陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102699324A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102699324A(43)申请公布日2012.10.03(21)申请号201210036162.1(22)申请日2012.02.17(71)申请人湖北工业大学地址430068湖北省武汉市武昌南湖李家墩特1号(72)发明人钱应平黄菊华周细枝郑重易国锋(74)专利代理机构武汉帅丞知识产权代理有限公司42220代理人朱必武(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书77页页附图附图22页(54)发明名称陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法(57)摘要一种陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法，其特征在于：1、首先进行数据处理：由零件的三维CAD模型经修改、翻型后得到约束用陶瓷型CAD模型，经分层软件处理得到二维约束用陶瓷模片截面轮廓数据，将此信息转换为层面扫描数控代码；2、分层交替操作成形：在计算机控制下，先挤出成形一层陶瓷模片，干燥陶瓷模片；接着在等离子沉积工位上沉积一层金属材料；按此过程重复沉积第2至最后一层金属材料；3、待零件成形完毕，除去约束用陶瓷片。通过在线成形陶瓷模片的约束与支撑作用，解决大倾角和带悬臂结构复杂形状零件难以直接成形的瓶颈问题。集约快速成形和金属凝固理论，建立复杂高温合金零件直接成形的关键技术，获得低成本、厚大复杂高温合金零件直接快速开发的材料—成形—组织—性能一体化新技术。CN1026934ACN102699324A权利要求书1/1页1.一种陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法，其特征在于：（1）、首先进行数据处理：由零件的三维CAD模型经修改、翻型后得到约束用陶瓷型CAD模型，经分层软件处理得到二维约束用陶瓷模片截面轮廓数据，将此信息转换为层面扫描数控代码；（2）、分层交替操作成形：在计算机控制下，先挤出成形一层陶瓷模片，干燥陶瓷模片；接着在等离子沉积工位上沉积一层金属材料；按此过程重复沉积第2至最后一层金属材料；（3）、待零件成形完毕，除去约束用陶瓷片。2.如权利要求1所述的陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法，其特征在于：所述的干燥采用等离子弧进行快速扫描干燥。3.如权利要求1或2所述的陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法，其特征在于：所述成形方法为在线进行。2CN102699324A说明书1/7页陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法技术领域[0001]该发明属于高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形方法，主要是基于激光束实现了材料-成形-组织-性能一体化的制造，通过在线成形陶瓷模片的二维约束与支撑作用，解决了等离子沉积成形过程中的金属液流淌和带悬空结构复杂零件尤其是厚大复杂零件难以直接成形的瓶颈问题。该技术的实施可以深化快速制造的应用，广泛应用于航空航天、能源动力、国防军工等领域的高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形。也可直接用于金属模具和梯度功能零件的直接成形。背景技术[0002]目前已有的高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形方法主要是基于激光束、电子束、等离子束的高能束成形，该技术可由零件CAD模型经分层切片处理后驱动快速成形设备实现难加工金属零件的直接制造。因此，这是一种零件结构与材料设计、成形、加工一体化的短流程、数字化制造技术，代表着先进制造技术的发展方向[1]。目前，采用高能束流的直接制造方法主要有选区激光烧结法(SelectiveLaserSintering，SLS)、激光熔化成形法(SelectiveLaserMelting，SLM)、激光近终成形法(LaserEngineeredShape，LENS)、电子束熔化法(ElectronBeamMelting，EBM)和等离子束沉积成形法(PlasmaDepositionManufacturing，PDM)。[0003]SLS法可采用较小功率的激光成形复杂形状金属零件，但要获得高致密度需要进行浸渗、热等静压等复杂后处理，且零件强度和精度多数情况下达不到要求[2]-[5]；改良的SLM技术由德国Fraunhofer研究所在SLS基础上于1995年首次提出，并于2002年研究成功，相比SLS法，SLM可直接成形致密性接近100％的金属零件[6]-[8]。近年来，由于SLM技术的众多优点，吸引着越来越多的机构进行研究，如德国的EOS公司、ConceptLaserts公司、MCP公司、比利时鲁汶大学、英国CRDM公司、日本OSAKADA实验室、新加坡国立大学、国内的华中科技大学、华南理工大学等围绕材料、工艺及原理开展了研究并开发出相应设备。然而，SLM技术也存在不足之处：扫描成形过程中熔池飞溅、球化和粘粉等因素导致成形件表面粗糙度较高，成形效率低，设备投资、运行和维护成本高[2]；