本發(fā)明涉及3D打印
技術領域：
，特別是涉及一種金屬材料3D打印的工藝參數確定方法。
背景技術：
：工業(yè)級3D打印技術采用金屬粉末作為原材料，生產出來的金屬零件需要滿足性能才能交付使用。不同型號、不同廠家的3D打印機之間存在一定的差異，其輸出的參數也存在偏差。即使對于同一臺3D打印設備，不同金屬材料之間采用的參數也不相同。目前，針對金屬材料的工藝參數，只局限于常用的幾種合金(GH4169、GH3536、316L等)，無法滿足市場的差異化需求。同時，在3D打印過程中，還存在許多變量，如激光功率、激光掃描速度、鋪粉層厚等，這些參數變量會大大影響打印所得零件的最終性能，盲目的進行工藝參數的摸索，將會浪費大量的人力、物力和財力。由此可見，本領域仍沒有行之有效的有關金屬材料3D打印工藝參數的確定方法，亟待加以創(chuàng)新。本發(fā)明就是在現有
背景技術：
的基礎上創(chuàng)設一種方法簡單、省時省料的金屬材料3D打印的工藝參數確定方法，實屬當前重要研發(fā)課題之一。技術實現要素：本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種金屬材料3D打印的工藝參數確定方法，使其簡單、方便、準確的實現對其工藝參數的確定，且省時省料，從而克服現有工藝參數確定方法的不足。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種金屬材料3D打印的工藝參數確定方法，所述方法包括如下步驟：(1)根據3D打印機型號和金屬材料類別，確定3D打印過程中鋪粉層厚、激光功率和激光掃描速度三個參數的選擇范圍值；(2)在所述鋪粉層厚參數的選擇范圍值內以等差值Ca的遞進方式設置Na個參數點值,在所述激光功率參數的選擇范圍值內以等差值Cb的遞進方式設置Nb個參數點值,在所述激光掃描速度參數的選擇范圍值內以等差值Cc的遞進方式設置Nc個參數點值；(3)以所述鋪粉層厚的每個參數點值為一爐實驗的定值，在每爐實驗中，再分別以所述激光功率參數對應的Nb個參數點值和所述激光掃描速度對應的Nc個參數點值一一對應，形成Nb×Nc個Ⅰ型參數組，在所述每爐實驗中針對每個Ⅰ型參數組的參數條件分別打印金屬樣品塊，共完成至少Na×Nb×Nc個金屬樣品塊的打?。?4)將所得金屬樣品塊分別進行硬度測試，并從硬度測試結果中選出硬度最高的鋪粉層厚參數點值和與其對應的Ⅰ型參數組，以及該Ⅰ型參數組中所述激光功率參數點值的上下點值，和所述激光掃描速度參數點值的上下點值，則由得到的所述鋪粉層厚參數點值，以及3個激光功率參數點值和3個激光掃描速度參數點值經一一對應形成共9組Ⅱ型參數組；(5)針對所述9組Ⅱ型參數組的每組參數條件分別打印拉伸試棒；(6)將所得拉伸試棒分別進行拉伸試驗，根據拉伸試驗的結果數據得到拉伸試棒力學性能最好的Ⅱ型參數組值，該Ⅱ型參數組值即為最適合所述金屬材料3D打印的工藝參數。作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟(1)中鋪粉層厚參數的選擇范圍值為20～40μm，激光功率參數的選擇范圍值為60～200W，激光掃描速度參數的選擇范圍值為500～1500mm/s。進一步改進，所述步驟(2)中所述鋪粉層厚參數的等差值Ca為5μm，所述激光功率參數的等差值Cb為20W，所述激光掃描速度參數的等差值Cc為100mm/s。進一步改進，所述步驟(3)中金屬樣品塊為10×10×20mm的長方體金屬塊。進一步改進，所述步驟(5)中針對所述9組Ⅱ型參數組的每組參數條件分別完成5個拉伸試棒的打印。進一步改進，所述方法還包括對所述拉伸試棒的熱處理或熱等靜壓試驗，根據所述熱處理或熱等靜壓試驗的試驗結果，得到最適合所述金屬材料3D打印的工藝參數。采用這樣的設計后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：本發(fā)明采取等差值的方式設置各參數點值，通過規(guī)律的參數組合打印金屬樣品塊，再采用硬度試驗測試縮小參數范圍，然后又通過小范圍的打印拉伸試棒及進行拉伸測試，最終得出適合的工藝燒結參數，不僅得到的參數值合理可靠，而且大大縮短了參數篩選時間，節(jié)省了大量的時間成本，并且大大降低了原材料的消耗。本發(fā)明適用于任何一種金屬材料，方法簡單可靠，經濟實用。具體實施方式本實施例以鑫精合激光科技發(fā)展(北京)有限公司開發(fā)的3D打印機(TSC-X350B)、200W激光器、牌號為GH3526的金屬材料為例，具體闡述本發(fā)明金屬材料3D打印的工藝參數確定方法，不應理解為是對該發(fā)明的任何限制，其具體方法如下：1)選用合格的金屬粉末，并準備與該金屬粉末材料類別相同的基體材料。2)根據該3D打印機型號，確定該激光功率參數的范圍為60W～200W，并以等差值20W的遞進方式確定8個參數值；確定該激光掃描速度參數的范圍為500mm/s～1500mm/s，并以等差值100mm/s的遞進方式確定11個參數值；確定該鋪粉層厚參數的范圍為20μm～40μm，并以等差值5μm的遞進方式確定5個參數值；具體數值如下表1，其余參數值參考現有數值即可。表1該鋪粉層厚、激光功率和激光掃描速度參數的參數設置點值鋪粉層厚(μm)激光功率(W)掃描速度(mm/s)206050025806003010070035120800401409001601000180110020012001300140015003)以鋪粉層厚的每個參數點值為一爐實驗的定值，在每爐實驗中，再分別以激光功率參數對應的8個參數點值和激光掃描速度對應的11個參數點值一一對應，形成8×11個Ⅰ型參數組，在每爐實驗中針對每個Ⅰ型參數組的參數條件分別打印一個金屬樣品塊，共完成5×8×11個金屬樣品塊的打印。如第一爐實驗以20μm的鋪粉層厚為基準進行打印，每個Ⅰ型參數組的參數條件分別打印一個10*10*20mm長方體金屬塊，則得88個長方體金屬塊。當然，每組Ⅰ型參數組打印金屬樣品快的個數可以根據實際需要增加。4)待5爐實驗全部燒結完成后，將其打印的金屬塊從基板上切下，并對每個長方體金屬塊進行洛氏硬度測試，結果見下表2至4。表2Ⅰ型參數組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數據(鋪粉層厚20μm)表3Ⅰ型參數組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數據(鋪粉層厚25μm)表4Ⅰ型參數組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數據(鋪粉層厚30μm)從測試結果中選出硬度最高的那組參數，即鋪粉層厚參數點值和與其對應的Ⅰ型參數組值，以及該Ⅰ型參數組中該激光功率參數點值的上下點值，和該激光掃描速度參數點值的上下點值，如從下表2至4中可得出鋪粉層厚為25μm、激光功率為140W和激光掃描速度為1100mm/s時，打印得到的長方形金屬塊的硬度最硬，則確定工藝參數：鋪粉層厚為25μm，激光功率為120W、140W、160W,激光掃描速度為1000mm/s、1100mm/s、1200mm/s，再由得到的3個激光功率參數點值和3個激光掃描速度參數點值一一對應形成9組Ⅱ型參數組。當然，鋪粉層厚不僅會影響零件的性能，還會影響零件的精度，其數值越小，精度越大，時間成本隨之增加，所以在確定該Ⅱ型參數組時，可根據自身實際情況確定鋪粉層厚，在鋪粉層厚確定后，3個激光功率參數和3個激光掃描速度參數一一對應，確定9組Ⅱ型參數組。5)針對該9組Ⅱ型參數組的每組參數條件分別打印拉伸試棒，如每組參數打印5個縱向拉伸試棒，共打印完成45個拉伸試棒。6)將所得45個拉伸試棒分別進行拉伸試驗，實驗結果見下表5。表5Ⅱ型參數組打印的拉伸試棒室溫拉伸測試均值(鋪粉層厚25μm)根據拉伸試驗的結果數據得到拉伸試棒力學性能最好的一個Ⅱ型參數組值，該Ⅱ型參數組值即為最適合該金屬材料3D打印的工藝燒結參數。如從表5可得出：160W激光功率和1000mm/s激光掃描速度為最優(yōu)組合，用此參數組值打印出來的材料，在保證了強度的同時，又具有很高的塑性，具有優(yōu)越的綜合力學性能。7)用戶還可根據實際需要，對所得拉伸試棒進行后續(xù)的熱處理、熱等靜壓等試驗操作，再根據該熱處理或熱等靜壓試驗的試驗結果，得到最適合該金屬材料3D打印的工藝燒結參數。當然，還可根據實際需要，如打印金屬塊需要滿足的其他性能，可以在此基礎上進行參數的微調。本發(fā)明采取上述方法進行工藝燒結參數的摸索，適用于任何一種金屬材料；同時相比于直接用室溫拉伸實驗數據，用硬度數據來找變化趨勢，大大縮小了參數范圍，節(jié)省了大量的時間成本，以及原材料的消耗也大大降低，方法簡單可靠，經濟實用。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內。當前第1頁1 2 3