本发明涉及一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，包括：1)根据曲面薄壳层结构的曲面参数方程，进行曲面集合特征分析得到激光扫描路径，确定分区移动扫描方式；2)根据曲面薄壳层结构的类型，确定在曲面薄壳层上预置临时加强筋；3)进行激光选区熔化或者激光熔覆，得到曲面薄壳成形件；4)对曲面薄壳成形件进行热处理或者精机加处理。该制备方法具有：方法工序相对简单、作业效率有效提高，成形件的变形量能够满足使用、设计需要，耐腐蚀性和抗疲劳性能大大提高，使用寿命能够延长，降低了制造成本等特点。
1.一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
1）根据曲面薄壳层结构的曲面参数方程，进行曲面集合特征分析，得到激光选区熔化或激光熔覆时的扫描路径，确定移动扫描方式为分区移动扫描方式，在逐层增材制造成形过程中，控制激光器的工艺参数对曲面层边界轮廓线和各分区内进行扫描，各分区的形状为方形或者圆形，扫描方式为跳跃式或者连续式，其中跳跃式的扫描方式适用于在此层整个区域内间断地选取较远的分区进行扫描；连续式的扫描方式适用于在此层整个区域内依次地进行扫描；
2）根据曲面薄壳层结构的类型，在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，在曲面薄壳层上预置临时加强筋，通过预置临时加强筋，使得在进行逐层成形时，此曲面薄壳层以及此前诸层具有足够的强度，并且在完成此成形件的加工之后，易于去除，该加强筋的参数包括加强筋的种类，该种类包括圆柱形、长方体；加强筋的参数还包括加强筋的密度、加强筋的尺寸、加强筋与薄壳层搭接点的大小，其中，加强筋的宽度由成形件的薄壳层结构特点确定，为薄壳层厚度的5-10倍；加强筋的厚度为薄壳层厚度的1/2-1/5；加强筋与薄壳层搭接点的厚度为薄壳层厚度的1/3-1/5；
3）在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，应采用如下的工艺步骤：
a.首先进行成形件轮廓线的扫描；甲：对于激光选区熔化，激光器的参数为：功率200-
500W，打印速率为0.05-0.1m/min，光斑直径为3-8mm，搭接率为10%-20%；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；乙：对于激光熔覆，激光器的参数为：功率2000-10000W，打印速率为50-200mm/min，光斑直径为10-15mm，搭接率为10%-20%；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；
b. 再控制激光器的参数对预设网格线中的区域进行移动分区扫描，使得成形件的其它实体部分的粉末颗粒熔化，
c.最后控制激光器的参数对预置加强筋进行扫描，使得预置加强筋的粉末颗粒熔化，甲：对于激光选区熔化，打印速率为0.10-0.30m/min；乙：对于激光熔覆，打印速率为100-
4）完成上述步骤后，得到曲面薄壳成形件；对曲面薄壳成形件去除预置加强筋，然后进行成形件的热处理和/或精机加处理，其中，热处理时包括去应力退火处理或者完全退火处理或正火处理，其中，进行去应力退火处理时的处理温度为500-650℃，处理时间为2-3h；热处理还包括采用局部热处理，其使得成形件的关键部位获得所需的机械性能。
2.根据权利要求1所述的一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的粉末为金属粉末，其中金属粉末包括Fe、Ni、Co、Zn、Al、Cr、Ti中的一种；粉末按配比使用混粉机进行充分均匀混合，并将混合后的粉末放置在100-200℃的烘干箱中进行烘干1-1.5小时处理；将烘干处理后的混合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用；3D打印机送粉方式采用同轴送粉或者不同轴侧向送粉方式；所述步骤2）中的激光选区熔化或者激光熔覆时，采用氮气或者氩气作为保护气体。
3.根据权利要求1所述的一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的激光器采用二氧化碳激光器或者光纤激光器。
一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法。
背景技术
[0002] 目前，在曲面板材零件的加工中，引入了液压成形新技术，即采用液体作为传力介质以代替刚性的凸模或凹模来传递载荷，使坯料在液体压力作用下贴靠凹模或凸模，从而实现金属板材零件的成形。但是，它仅能针对板材这一类材料，尚无普遍解决含曲面薄壳层结构零件的加工问题的更好的方法，只能采用机加工的方法。
[0003] 3D打印技术在目前作为一项研究热点技术，其在金属成形件加工方面应用十分广泛。然而，在金属成形件激光直接制造中，会遇到各种需要成形曲面薄壳层部分的情况。目前，由于机械设备轻量化的要求，以及机械加工水平的不断提高，许多生产制造商从改变设计起，引入了各种含曲面薄壳层结构的成形件。
[0004] 曲面薄壳结构形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。无论是哪种形式，对于含曲面薄壳层结构的零件，其成形过程中需要解决的最主要的问题就是不可逆的变形问题，而温度越高，变形就越大。因而提出一种能够克服上述缺陷并且使得成形件满足使用、设计、强度等要求的制备方法具有重要的重要研究意义。
发明内容
[0005] 针对现有技术中曲面薄壳层加工成形技术中存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，该制备方法具有：方法工序相对简单、作业效率有效提高，成形件的变形量能够满足使用、设计需要，耐腐蚀性和抗疲劳性能大大提高，使用寿命能够延长，降低了制造成本等特点。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
[0007] 一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0008] 1)根据曲面薄壳层结构的曲面参数方程，进行曲面集合特征分析，得到激光选区熔化或激光熔覆时的扫描路径，确定移动扫描方式为分区移动扫描方式，在逐层增材制造成形过程中，控制激光器的工艺参数对曲面层边界轮廓线和各分区内进行扫描，各分区的形状为方形、长方形或者圆形，扫描方式为跳跃式或者连续式，其中跳跃式的扫描方式适用于在此层整个区域内间断地选取较远的分区进行扫描；连续式的扫描方式适用于在此层整个区域内依次地进行扫描；
[0009] 2)根据曲面薄壳层结构的类型，在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，在曲面薄壳层上预置临时加强筋，通过预置临时加强筋，使得在进行逐层成形时，此曲面薄壳层以及此前诸层具有足够的强度，并且在完成此成形件的加工之后，易于去除，该加强筋的参数包括加强筋的种类，该种类包括圆柱形、长方体或者各层交叉型；还加强筋的参数还包括加强筋的密度、加强筋的尺寸、加强筋与薄壳层搭接点的大小，其中，加强筋的密度由成形件的薄壳层结构特点确定，为层厚的5-10倍；加强筋的尺寸为薄壳层厚度的1/2-1/5；加强筋与薄壳层搭接点的大小为薄壳层厚度的1/3-1/5；
[0010] 3)在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，应采用如下的工艺步骤：
[0011] a.首先进行成形件轮廓线的扫描；甲：对于激光选区熔化，激光器的参数为：功率200-500W，打印速率为0.05-0.1m/min，光斑直径为3-8mm，搭接率为10％-20％；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；乙：对于激光熔覆，激光器的参数为：功率2000-
10000W，打印速率为50-200mm/min，光斑直径为10-15mm，搭接率为10％-20％；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；
[0012] b.再控制激光器的参数对预设网格线中的区域进行移动分区扫描，使得成形件的其它实体部分的粉末颗粒熔化，
[0013] c.最后控制激光器的参数对预置加强筋进行扫描，使得预置加强筋的粉末颗粒熔化，甲：对于激光选区熔化，打印速率为0.10-0.30m/min，其它参数同上；乙：对于激光熔覆，打印速率为100-500mm/min，其它参数同上；
[0014] 4)完成上述步骤后，得到曲面薄壳成形件；对曲面薄壳成形件去除预置加强筋，然后进行成形件的热处理和/或精机加处理，其中，热处理时包括去应力退火处理或者完全退火处理或正火处理，其中，进行去应力退火处理时的处理温度为500-650℃，处理时间为2-3h；采用完全退火处理或正火处理；热处理还包括采用局部热处理，其使得成形件的关键部位获得所需的机械性能。
[0015] 作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤1)中的粉末为金属粉末和/或合金粉末，其中金属粉末包括Fe、Ni、Co、Zn、Al、Cr、Ti中的一种；粉末按配比使用混粉机进行充分均匀混合，并将混合后的粉末放置在100-200℃的烘干箱中进行烘干1-1.5小时处理；将烘干处理后的复合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用；3D打印机送粉方式采用同轴送粉或者不同轴侧向送粉方式；所述步骤2)中的激光选区熔化或者激光熔覆时，采用氮气或者氩气作为保护气体。
[0016] 作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤1)中的激光器采用二氧化碳激光器或者光纤激光器。
[0017] 与现有技术中薄壳层加工成型技术相比，采用本发明的一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法具有如下有益效果：
[0018] (1)采用分区移动扫描方式，降低各个区域的连续加热时间，可以减少热变形。
[0019] (2)采用预置加强筋的方法，可以在增材制造成形过程中，及时避免正在成形过程中的薄壳层结构发生变形，甚至产生裂纹。
[0020] (3)对于可以通过加工后的成形件局部热处理能提高成形件的加工精度，满足设计使用要求；使用寿命得到延长，并且耐腐蚀性和抗疲劳性能大大提高。
[0021] (4)工序简单快捷，作业效率高，大大降低了维修成本，制备方法环保无污染，是绿色的制造方法，具有适用性广泛的特点。
附图说明
[0022] 附图1为本发明一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图1对本发明一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法具体步骤作以详细说明。
[0024] 一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
[0025] 1)根据曲面薄壳层结构的曲面参数方程，进行曲面集合特征分析，得到激光选区熔化或激光熔覆时的扫描路径，确定移动扫描方式为分区移动扫描方式，在逐层增材制造成形过程中，控制激光器的工艺参数对曲面层边界轮廓线和各分区内进行扫描，各分区的形状为方形、长方形或者圆形，扫描方式为跳跃式或者连续式，其中跳跃式的扫描方式适用于在此层整个区域内间断地选取较远的分区进行扫描；连续式的扫描方式适用于在此层整个区域内依次地进行扫描；
[0026] 2)根据曲面薄壳层结构的类型，在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，在曲面薄壳层上预置临时加强筋，通过预置临时加强筋，使得在进行逐层成形时，此曲面薄壳层以及此前诸层具有足够的强度，并且在完成此成形件的加工之后，易于去除，该加强筋的参数包括加强筋的种类，该种类包括圆柱形、长方体或者各层交叉型；还加强筋的参数还包括加强筋的密度、加强筋的尺寸、加强筋与薄壳层搭接点的大小，其中，加强筋的密度由成形件的薄壳层结构特点确定，为层厚的5-10倍；加强筋的尺寸为薄壳层厚度的1/2-1/5；加强筋与薄壳层搭接点的大小为薄壳层厚度的1/3-1/5；
[0027] 3)在进行激光选区熔化或者激光熔覆时，应采用如下的工艺步骤：
[0028] a.首先进行成形件轮廓线的扫描；甲：对于激光选区熔化，激光器的参数为：功率200-500W，打印速率为0.05-0.1m/min，光斑直径为3-8mm，搭接率为10％-20％；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；乙：对于激光熔覆，激光器的参数为：功率2000-
10000W，打印速率为50-200mm/min，光斑直径为10-15mm，搭接率为10％-20％；打印过程中，惰性保护气体的气压为0.1-0.5MPa；
[0029] b.再控制激光器的参数对预设网格线中的区域进行移动分区扫描，使得成形件的其它实体部分的粉末颗粒熔化，
[0030] c.最后控制激光器的参数对预置加强筋进行扫描，使得预置加强筋的粉末颗粒熔化，甲：对于激光选区熔化，打印速率为0.10-0.30m/min，其它参数同上；乙：对于激光熔覆，打印速率为100-500mm/min，其它参数同上；
[0031] 4)完成上述步骤后，得到曲面薄壳成形件；对曲面薄壳成形件去除预置加强筋，然后进行成形件的热处理和/或精机加处理，其中，热处理时包括去应力退火处理或者完全退火处理或正火处理，其中，进行去应力退火处理时的处理温度为500-650℃，处理时间为2-3h；采用完全退火处理或正火处理；热处理还包括采用局部热处理，其使得成形件的关键部位获得所需的机械性能。
[0032] 所述步骤1)中的粉末为金属粉末和/或合金粉末，其中金属粉末包括Fe、Ni、Co、Zn、Al、Cr、Ti中的一种；粉末按配比使用混粉机进行充分均匀混合，并将混合后的粉末放置在100-200℃的烘干箱中进行烘干1-1.5小时处理；将烘干处理后的复合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用；3D打印机送粉方式采用同轴送粉或者不同轴侧向送粉方式；所述步骤2)中的激光选区熔化或者激光熔覆时，采用氮气或者氩气作为保护气体。所述步骤1)中的激光器采用二氧化碳激光器或者光纤激光器。
[0033] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
