零件與模具的無模直接制造方法技術

零件與模具的無模直接制造方法，屬于零件快速制造方法，步驟為：（１）設計零件的三維ＣＡＤ模型；（２）對三維ＣＡＤ模型進行切片處理；（３）根據分層數據進行路徑規劃，生成每層成形的數控代碼；（４）采用數控等離子熔積噴槍或氬弧焊槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或粉末，在基板上按照每層數控代碼熔積成形；（５）熔積成形過程中，將等離子弧或氬弧與激光復合；（６）按照上述步驟逐層熔積成形，直至達到零件尺寸形狀的要求。本發明專利技術保持等離子或氬弧焊成形成本低、效率高，成形體易于達到滿密度的優點，僅附加小功率激光，成本低于激光熔敷和電子束成形技術，可快速、低成本地獲得組織力學性能和表面質量好的零件或模具。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于零件快速制造方法。
技術介紹
快速直接金屬零件制造(Direct Rapid Metal Manufacturing)已成為RP技術研究的國際前沿，目前已出現了多種直接快速制造金屬零件的方法。其中，可獲得密度高的方法主要有大功率的激光近終成形技術(LaserEngineering Net-Shaping，LENS)、電子束沉積技術、等離子熔積法等。見H.Muller，J.Sladojevic.Rapid tooling approaches for small lotproduction of sheet-metal parts，Journal of Material ProcessingTechnology，2001，11597-103；王華明.金屬材料激光表面改性與高性能金屬零件激光快速成形技術研究進展.航空學報，2002，23(5)473-478。LENS方法是采用大功率激光逐層將送到基板上的金屬粉末熔化，并快速凝固最終形成工件，工件的密度高于選擇性激光燒結方法。但該技術存在成形效率不高、難于達到滿密度、設備投資大、表面精度不高等問題。電子束沉積方法采用大功率的電子束熔化粉末材料，根據計算機模型施加電磁場，控制電子束的運動，逐層掃描直至整個零件成形完成。然而其工藝條件要求嚴格，需在真空中進行，致使成形尺寸受到限制，設備造價昂貴。等離子熔積方法是采用高度壓縮、集束性好的等離子束熔化同步供給的金屬粉末，在基板上逐層堆積形成金屬零件或模具的技術，具有比LENS方法和電子束沉積方法成形效率高，易于獲得滿密度，設備成本低等特點，見白培剛，史育紅，程軍等.三維成型焊接快速制造技術，焊接技術，1998(6)39-40。但是，該技術的成形精度不高，在熔積成形精度要求高的零件時，為提高精度采用微弧等離子，但其能量不足，且需提高弧柱的穩定性和集束性。
技術實現思路
本專利技術提供一種，在成形過程中將等離子束與小功率激光束復合，既可發揮等離子弧熔積成形效率高、易獲得滿密度、成本低的優點，又可發揮集束性更好的激光成形精度較高的長處。本專利技術的一種，包括下述步驟(1)根據零件成形的要求，設計零件的三維CAD模型；(2)根據零件形狀和尺寸精度要求，對三維CAD模型進行切片處理；(3)根據分層數據和每層形狀的特點進行路徑規劃，生成每層成形所需的數控代碼；(4)采用數控的等離子熔積噴槍或氬弧焊槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或者粉末，在基板上按照每層的數控代碼熔積成形；(5)熔積成形過程中，將等離子弧與激光束復合；(6)按照上述步驟(3)～(5)逐層熔積成形，直至成形體達到零件尺寸形狀的要求。所述的，可以在成形過程中或成形結束后，用超聲波、干式電火花加工、銑削或激光去除式方法，對成形體表面進行去除式精加工，或用激光和等離子進行表面處理，以達到所需的表面質量。所述的，和等離子弧復合的激光束可以為CO2激光器、YAG固體激光器或者調Q激光器發出的激光束，其平均功率為1000w以內。本專利技術在成形過程中將等離子束或氬弧與激光束相復合，即在等離子束或氬弧的同軸或一側使激光束聚焦于等離子束或氬弧作用的區域，將比現有的紙、光敏樹脂等材料熔點更高的金屬、金屬間化合物等材料逐層熔化到基板上。本專利技術以高效率、致密、低成本為特征的等離子熔積或氬弧焊方法快速地將成形粉末或絲材熔化在基體上逐層堆積成形；在成形過程中復合小功率激光束，為熔積成形增加成形熱能，以獲得致密和組織性能良好的成形體，在等離子弧中加入激光還可使等離子弧的磁壓縮效應增強，弧柱被壓縮，成形精度提高。在成形過程中或成形結束后，根據對產品表面質量的要求和已堆積層的表面情況，有時需用超聲波、干式電火花加工、銑削或激光對成形體表面進行表面去除式精加工，或用激光和等離子進行表面處理，以達到所需的表面質量。本專利技術保持等離子或氬弧熔積成形成本低，成形效率高，成形體易于達到滿密度的優點，且一般在大氣環境條件下成形，而且成形時僅附加小功率激光束，設備和運行成本低于激光熔敷和電子束成形技術。因此，采用本專利技術可以快速、低成本地獲得組織力學性能和表面質量好的金屬等高熔點材料的零件或模具。具體實施例方式實施例1首先采用數控的等離子熔積(堆焊)噴槍，根據零件成形的要求，用鐵-鎳-鉻合金絲材，在基板上按照由三維CAD模型得到的數字化成形路徑熔積成形；其次將功率為50w的YAG固體激光器發出的激光束，與轉移弧電流為150A的等離子弧復合，達到使等離子弧柱壓縮，提高成形精度的目的。為了達到所需的成形高度，可按上述步驟多次進行，直至達到高度要求。實施例2根據零件成形的要求，采用鎳基合金粉末，在基板上按照由三維CAD模型得到的數字化熔積成形路徑，將轉移弧電流為120A的等離子弧與功率為150w的調Q激光束復合成形。按上述步驟多次進行，逐層熔積成形達到所需高度。實施例3采用鎳鋁金屬間化合物粉末，在基板上按照由三維CAD模型得到的數字化熔積成形路徑，將轉移弧電流為180A的等離子弧與功率為200w的調Q激光束復合，逐層熔積成形；其次，在成型過程中或成形結束后，采用調Q激光對成形體表面正面照射，進行激光表面去除式微細精加工，以提高表面質量。實施例4根據零件成形的要求，采用金屬陶瓷復合粉末，在基板上按照由三維CAD模型得到的數字化熔積成形路徑，將轉移弧電流為180A的等離子弧與功率為400w的調Q激光束復合成形。按上述步驟多次進行，逐層熔積成形達到所需高度。權利要求1.一種，包括下述步驟(1)根據零件成形的要求，設計零件的三維CAD模型；(2)根據零件形狀和尺寸精度要求，對三維CAD模型進行切片處理；(3)根據分層數據和每層形狀的特點進行路徑規劃，生成每層成形所需的數控代碼；(4)采用數控的等離子熔積噴槍或氬弧焊槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或者粉末，在基板上按照每層的數控代碼熔積成形；(5)熔積成形過程中，將等離子弧與激光束復合；(6)按照上述步驟(3)～(5)逐層熔積成形，直至成形體達到零件尺寸形狀的要求。2.如權利要求1所述的，其特征在于在成形過程中或成形結束后，用超聲波、干式電火花加工、銑削或激光去除式方法，對成形體表面進行去除式精加工；或用激光和等離子進行表面處理，以達到所需的表面質量。3.如權利要求1或2所述的，其特征在于和等離子弧復合的激光束為CO2激光器、YAG固體激光器或者調Q激光器發出的激光束，其平均功率為1000w以內。全文摘要，屬于零件快速制造方法，步驟為(1)設計零件的三維CAD模型；(2)對三維CAD模型進行切片處理；(3)根據分層數據進行路徑規劃，生成每層成形的數控代碼；(4)采用數控等離子熔積噴槍或氬弧焊槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或粉末，在基板上按照每層數控代碼熔積成形；(5)熔積成形過程中，將等離子弧或氬弧與激光復合；(6)按照上述步驟逐層熔積成形，直至達到零件尺寸形狀的要求。本專利技術保持等離子或氬弧焊成形成本低、效率高，成形體易于達到滿密度的優點，僅附加小功率激光，成本低于激光熔敷和電子束成形技術，可快速、低成本地獲得組織力學性能和表面質量好的零件或模具。文檔編號B22F3/105GK1792513SQ20051012055公開日本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種零件與模具的無模直接制造方法，包括下述步驟：（１）根據零件成形的要求，設計零件的三維ＣＡＤ模型；（２）根據零件形狀和尺寸精度要求，對三維ＣＡＤ模型進行切片處理；（３）根據分層數據和每層形狀的特點進行路徑規劃，生成每層成形所需的數控代碼；（４）采用數控的等離子熔積噴槍或氬弧焊槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或者粉末，在基板上按照每層的數控代碼熔積成形；（５）熔積成形過程中，將等離子弧與激光束復合；（６）按照上述步驟（３）～（５）逐層熔積成形，直至成形體達到零件尺寸形狀的要求。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張海鷗，王桂蘭，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：83[中國|武漢]