本發(fā)明涉及一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，用于PDC鉆頭模具的打印制作，屬于石油天燃?xì)?、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模具成型是胎體PDC鉆頭制造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是準(zhǔn)確實(shí)施鉆頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，模具成型精度及質(zhì)量直接影響成品PDC鉆頭的性能。在PDC鉆頭新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要反復(fù)修改驗(yàn)證鉆頭各設(shè)計(jì)參數(shù)，而模具多次成型的時(shí)間直接影響新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。
為解決PDC鉆頭模具成型困難，精度要求高的難題，一直在尋求有效地解決辦法。目前，常用的模成型工藝主要有2種：①傳統(tǒng)的機(jī)械加工與手工相結(jié)合；②數(shù)控加工。傳統(tǒng)機(jī)械加工是采用銑齒、修補(bǔ)、組合等方法進(jìn)行模具加工，加工過(guò)程工人手工操作量大，精度與效率受限于工人技術(shù)水平與熟練程度，難以滿(mǎn)足布齒要求越來(lái)越高的PDC鉆頭設(shè)計(jì)。數(shù)控加工雖然能夠滿(mǎn)足模具精度要求，但是在復(fù)雜曲面模具加工，尤其是深型腔加工過(guò)程中需要分模，單個(gè)加工并組合，對(duì)編程人員的技術(shù)水平有較高要求，由于是組合模具，精度也受到一定的影響，且加工成本較高。
目前，《3D打印技術(shù)在PDC鉆頭模具成型中的應(yīng)用》一文，提到在3D打印技術(shù)應(yīng)用于PDC鉆頭模具成型，其工作原理是打印出鉆頭生產(chǎn)的模具母模，再利用軟膜成型工藝的橡膠翻制用于生產(chǎn)的橡膠公模，最后利用翻制的橡膠公模翻制用于生產(chǎn)的陶瓷燒結(jié)模具，其工藝需要兩次轉(zhuǎn)換才能得到用于生產(chǎn)的燒結(jié)模具，而且經(jīng)過(guò)兩次軟膜成型工藝轉(zhuǎn)化模具的由于是采用橡膠有彈性收縮性，對(duì)模具精度有較大影響，工藝也相對(duì)繁瑣。
專(zhuān)利CN 104353833 A《一種PDC 鉆頭體的3D 打印制造方法》一文，提到一種PDC鉆頭體3D打印制造方法，其原理是應(yīng)用3D打印技術(shù)直接打印出PDC鉆頭的鉆頭體，相當(dāng)于直接3D打印出PDC鉆頭的鉆頭體金屬材質(zhì)的模型，PDC鉆頭作為石油天然氣勘探鉆井的主要鉆探工具，地下地層巖性復(fù)雜，為保證井下鉆井安全要求鉆頭具有足夠的強(qiáng)度，而3D打印的鉆頭體通過(guò)逐層粉末加熱融化成型其強(qiáng)度還不能滿(mǎn)足井下復(fù)雜的環(huán)境狀況，因此說(shuō)3D打印鉆頭體只是打印出金屬材質(zhì)的鉆頭體模型，而不能應(yīng)用于實(shí)際的石油天然氣鉆井生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法。本發(fā)明利用3D打印技術(shù)直接打印用于胎體鉆頭燒結(jié)的燒結(jié)模具，模具可以直接用于燒結(jié)鉆頭，模具成型精度高，不需要其它轉(zhuǎn)化程序。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，其特征在于，由如下步驟組成：
（1）建立PDC鉆頭模具的三維模型；
（2）將三維模型處理成3D打印機(jī)能識(shí)別的STL數(shù)據(jù)格式的三維模型；
（3）對(duì)STL數(shù)據(jù)格式的三維模型進(jìn)行模型診斷，將診斷后的三維模型輸入3D打印機(jī)；
（4）3D打印機(jī)對(duì)診斷后的三維模型進(jìn)行分層處理；
（5）設(shè)置分層處理后的三維模型的指標(biāo)，再進(jìn)行PDC鉆頭模具的打?。?/p>
（6）將打印好的PDC鉆頭模具依次進(jìn)行剝離支撐材料、打磨和幾何尺寸檢驗(yàn)，即完成PDC鉆頭模具3D打印制作。
所述步驟（3）中采用Geomagic Studio、ZEdit Pro或3-MATIC軟件對(duì)STL數(shù)據(jù)格式的三維模型進(jìn)行模型診斷。
所述步驟（5）中，三維模型的指標(biāo)包括厚度、模型內(nèi)部填充類(lèi)型、單位尺寸、比例大小、其它打印工藝參數(shù)、3D打印機(jī)性能、打印材料和模具精度要求。
所述步驟（5）中的打印材料為覆膜砂。
采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
一、利用3D打印技術(shù)可以制作任意復(fù)雜曲面形狀的模具，將該技術(shù)引入PDC鉆頭模具制造，加工鉆頭基礎(chǔ)模具用于鉆頭制造，改進(jìn)了傳統(tǒng)模具加工工藝，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)及唇面形狀的PDC鉆頭高效研發(fā)。解決了現(xiàn)有技術(shù)中手工操作量大、精度與效率受限于工人技術(shù)水平與熟練程度，難以滿(mǎn)足布齒要求越來(lái)越高的PDC鉆頭設(shè)計(jì)，精度受到影響，加工成本較高的問(wèn)題。
二、采用本發(fā)明，簡(jiǎn)化了加工工序，可直接由CAD模型驅(qū)動(dòng)設(shè)備打印，無(wú)需銑削操作，可降低工時(shí)，提高效率。
三、能夠應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鉆頭，且無(wú)需分模編程，對(duì)技術(shù)人員無(wú)特殊技能要求，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高工作效率。
四、3D打印技術(shù)制作的基礎(chǔ)模具能夠在精度、強(qiáng)度以及表面光潔度等方面滿(mǎn)足鉆頭設(shè)計(jì)要求，且精度高于普通工藝加工的模具。
五、后期處理工序主要是提高模具本質(zhì)強(qiáng)度、美化外觀(guān)、對(duì)原型件缺失進(jìn)行修補(bǔ)和修復(fù)，提高表面質(zhì)量。
六、采用本發(fā)明制作模具，為一次成型模具，精度高，周期短，且生產(chǎn)出的鉆頭外觀(guān)與設(shè)計(jì)完全重合，鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不受加工設(shè)備能力的影響，而本發(fā)明采用覆膜砂為打印材質(zhì)，成型的模具可以直接燒結(jié)鉆頭成型，大大縮短了鉆頭制造周期。與現(xiàn)有3D打印PDC鉆頭模具相比，本發(fā)明不需要采用軟膜成型工藝，工藝為一次成型，不需要兩次轉(zhuǎn)換就能得到用于生產(chǎn)的燒結(jié)模具，且制作模具精度高）。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，由如下步驟組成：
（1）建立PDC鉆頭模具的三維模型；
（2）將三維模型處理成3D打印機(jī)能識(shí)別的STL數(shù)據(jù)格式的三維模型；
（3）對(duì)STL數(shù)據(jù)格式的三維模型進(jìn)行模型診斷，將診斷后的三維模型輸入3D打印機(jī)；
（4）3D打印機(jī)對(duì)診斷后的三維模型進(jìn)行分層處理；
（5）設(shè)置分層處理后的三維模型的指標(biāo)，再進(jìn)行PDC鉆頭模具的打印；
（6）將打印好的PDC鉆頭模具依次進(jìn)行剝離支撐材料、打磨和幾何尺寸檢驗(yàn)，即完成PDC鉆頭模具3D打印制作，此種模具可以直接用于胎體PDC鉆頭燒結(jié)鉆頭成型。
所述步驟（3）中采用Geomagic Studio、ZEdit Pro或3-MATIC軟件對(duì)STL數(shù)據(jù)格式的三維模型進(jìn)行模型診斷。
所述步驟（5）中，三維模型的指標(biāo)包括厚度、模型內(nèi)部填充類(lèi)型、單位尺寸、比例大小、其它打印工藝參數(shù)、3D打印機(jī)性能、打印材料和模具精度要求。
所述步驟（5）中的打印材料為覆膜砂。
本實(shí)施例中涉及到的模型診斷、分層處理等與現(xiàn)有3D打印方法中的相同，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例2
一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，包括如下步驟：
（1）建立PDC鉆頭模具的三維模型；
（2）將三維模型通過(guò)Objet Studio?、formlabs FORM等軟件處理成3D打印機(jī)能識(shí)別的STL數(shù)據(jù)格式的三維模型；
（3）采用Geomagic Studio、ZEdit Pro或3-MATIC等軟件對(duì)STL數(shù)據(jù)格式的三維模型進(jìn)行模型診斷，將診斷后的三維模型輸入3D打印機(jī)；
（4）3D打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序軟件對(duì)診斷后的三維模型進(jìn)行分層處理；
（5）設(shè)置分層處理后的三維模型的厚度、模型內(nèi)部填充類(lèi)型、單位尺寸、比例大小、其它打印工藝參數(shù)、3D打印機(jī)性能、打印材料和模具精度要求，再進(jìn)行PDC鉆頭模具的打印，所述打印材料為覆膜砂；
（6）將打印好的PDC鉆頭模具依次進(jìn)行剝離支撐材料、打磨和幾何尺寸檢驗(yàn)，即完成PDC鉆頭模具3D打印制作,此種模具可以直接用于胎體PDC鉆頭燒結(jié)鉆頭成型。
3D打印技術(shù)，是根據(jù)三維計(jì)算機(jī)數(shù)字模型，采用逐層堆積的方法成型零件，適合于個(gè)性化、小批量、形狀復(fù)雜、中空等零部件制造。該技術(shù)能在幾小時(shí)或幾十小時(shí)內(nèi)直接從CAD三維實(shí)體模型制作出原型。
胎體PDC鉆頭即燒結(jié)式鉆頭，這個(gè)需要模具，而傳統(tǒng)模具制作需要機(jī)床和人工同時(shí)參與，制作周期長(zhǎng)，而且鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受制于機(jī)床的加工能力，結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜，機(jī)床與人工同時(shí)參與的模具制作精度不高，鉆頭外觀(guān)與設(shè)計(jì)不能完美重合。
本發(fā)明采用3D打印制作模具，為一次成型模具，精度高，周期短，且生產(chǎn)出的鉆頭外觀(guān)與設(shè)計(jì)完全重合，鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不受加工設(shè)備能力的影響，而本3D打印的材質(zhì)為覆膜砂，成型的模具可以直接燒結(jié)鉆頭成型，大大提供了鉆頭制作精度，大大縮短了鉆頭制造周期。