本发明公开了一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法，包括：确定铺粉层厚、激光功率和扫描速度参数的范围值；以等差值递进方式在各参数范围内设多个点值；将各点值一一对应形成多组Ⅰ型参数组，针对每个Ⅰ型参数组分别打印金属样品块；对所得样品块硬度测试，选出硬度最高的Ⅰ型参数组值，再确定该Ⅰ型参数组中激光功率点值和扫描速度点值的上下点值，将所得点值一一对应形成9组Ⅱ型参数组；针对该每个Ⅱ型参数组打印拉伸试棒；将所得拉伸试棒进行拉伸试验，得出力学性能最好的Ⅱ型参数组值，即得出适合该金属材料3D打印的工艺参数。本发明通过规律的参数组合方式，先用硬度试验缩小参数范围，再用拉伸试验得出最适合参数，简单可靠、经济实用。
1.一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)根据3D打印机型号和金属材料类别，确定3D打印过程中铺粉层厚、激光功率和激光扫描速度三个参数的选择范围值；
(2)在所述铺粉层厚参数的选择范围值内以等差值Ca的递进方式设置Na个参数点值,在所述激光功率参数的选择范围值内以等差值Cb的递进方式设置Nb个参数点值,在所述激光扫描速度参数的选择范围值内以等差值Cc的递进方式设置Nc个参数点值；
(3)以所述铺粉层厚的每个参数点值为一炉实验的定值，在每炉实验中，再分别以所述激光功率参数对应的Nb个参数点值和所述激光扫描速度对应的Nc个参数点值一一对应，形成Nb×Nc个Ⅰ型参数组，在所述每炉实验中针对每个Ⅰ型参数组的参数条件分别打印金属样品块，共完成至少Na×Nb×Nc个金属样品块的打印；
(4)将所得金属样品块分别进行硬度测试，并从硬度测试结果中选出硬度最高的铺粉层厚参数点值和与其对应的Ⅰ型参数组，以及该Ⅰ型参数组中所述激光功率参数点值的上下点值，和所述激光扫描速度参数点值的上下点值，则由得到的所述铺粉层厚参数点值，以及
3个激光功率参数点值和3个激光扫描速度参数点值经一一对应形成共9组Ⅱ型参数组；
(5)针对所述9组Ⅱ型参数组的每组参数条件分别打印拉伸试棒；
(6)将所得拉伸试棒分别进行拉伸试验，根据拉伸试验的结果数据得到拉伸试棒力学性能最好的Ⅱ型参数组值，该Ⅱ型参数组值即为最适合所述金属材料3D打印的工艺参数。
2.根据权利要求1所述的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中铺粉层厚参数的选择范围值为20～40μm，激光功率参数的选择范围值为60～200W，激光扫描速度参数的选择范围值为500～1500mm/s。
3.根据权利要求2所述的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述铺粉层厚参数的等差值Ca为5μm，所述激光功率参数的等差值Cb为20W，所述激光扫描速度参数的等差值Cc为100mm/s。
4.根据权利要求1所述的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中金属样品块为10×10×20mm的长方体金属块。
5.根据权利要求1所述的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中针对所述9组Ⅱ型参数组的每组参数条件分别完成5个拉伸试棒的打印。
6.根据权利要求1所述的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，其特征在于，所述方法还包括对所述拉伸试棒的热处理或热等静压试验，根据所述热处理或热等静压试验的试验结果，得到最适合所述金属材料3D打印的工艺参数。
一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法。
背景技术
[0002] 工业级3D打印技术采用金属粉末作为原材料，生产出来的金属零件需要满足性能才能交付使用。不同型号、不同厂家的3D打印机之间存在一定的差异，其输出的参数也存在偏差。即使对于同一台3D打印设备，不同金属材料之间采用的参数也不相同。目前，针对金属材料的工艺参数，只局限于常用的几种合金(GH4169、GH3536、316L等)，无法满足市场的差异化需求。同时，在3D打印过程中，还存在许多变量，如激光功率、激光扫描速度、铺粉层厚等，这些参数变量会大大影响打印所得零件的最终性能，盲目的进行工艺参数的摸索，将会浪费大量的人力、物力和财力。
[0003] 由此可见，本领域仍没有行之有效的有关金属材料3D打印工艺参数的确定方法，亟待加以创新。本发明就是在现有背景技术的基础上创设一种方法简单、省时省料的金属材料3D打印的工艺参数确定方法，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法，使其简单、方便、准确的实现对其工艺参数的确定，且省时省料，从而克服现有工艺参数确定方法的不足。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种金属材料3D打印的工艺参数确定方法，所述方法包括如下步骤：
[0006] (1)根据3D打印机型号和金属材料类别，确定3D打印过程中铺粉层厚、激光功率和激光扫描速度三个参数的选择范围值；
[0007] (2)在所述铺粉层厚参数的选择范围值内以等差值Ca的递进方式设置Na个参数点值,在所述激光功率参数的选择范围值内以等差值Cb的递进方式设置Nb个参数点值,在所述激光扫描速度参数的选择范围值内以等差值Cc的递进方式设置Nc个参数点值；
[0008] (3)以所述铺粉层厚的每个参数点值为一炉实验的定值，在每炉实验中，再分别以所述激光功率参数对应的Nb个参数点值和所述激光扫描速度对应的Nc个参数点值一一对应，形成Nb×Nc个Ⅰ型参数组，在所述每炉实验中针对每个Ⅰ型参数组的参数条件分别打印金属样品块，共完成至少Na×Nb×Nc个金属样品块的打印；
[0009] (4)将所得金属样品块分别进行硬度测试，并从硬度测试结果中选出硬度最高的铺粉层厚参数点值和与其对应的Ⅰ型参数组，以及该Ⅰ型参数组中所述激光功率参数点值的上下点值，和所述激光扫描速度参数点值的上下点值，则由得到的所述铺粉层厚参数点值，以及3个激光功率参数点值和3个激光扫描速度参数点值经一一对应形成共9组Ⅱ型参数组；
[0010] (5)针对所述9组Ⅱ型参数组的每组参数条件分别打印拉伸试棒；
[0011] (6)将所得拉伸试棒分别进行拉伸试验，根据拉伸试验的结果数据得到拉伸试棒力学性能最好的Ⅱ型参数组值，该Ⅱ型参数组值即为最适合所述金属材料3D打印的工艺参数。
[0012] 作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中铺粉层厚参数的选择范围值为20～40μm，激光功率参数的选择范围值为60～200W，激光扫描速度参数的选择范围值为500～1500mm/s。
[0013] 进一步改进，所述步骤(2)中所述铺粉层厚参数的等差值Ca为5μm，所述激光功率参数的等差值Cb为20W，所述激光扫描速度参数的等差值Cc为100mm/s。
[0014] 进一步改进，所述步骤(3)中金属样品块为10×10×20mm的长方体金属块。
[0015] 进一步改进，所述步骤(5)中针对所述9组Ⅱ型参数组的每组参数条件分别完成5个拉伸试棒的打印。
[0016] 进一步改进，所述方法还包括对所述拉伸试棒的热处理或热等静压试验，根据所述热处理或热等静压试验的试验结果，得到最适合所述金属材料3D打印的工艺参数。
[0017] 采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
[0018] 本发明采取等差值的方式设置各参数点值，通过规律的参数组合打印金属样品块，再采用硬度试验测试缩小参数范围，然后又通过小范围的打印拉伸试棒及进行拉伸测试，最终得出适合的工艺烧结参数，不仅得到的参数值合理可靠，而且大大缩短了参数筛选时间，节省了大量的时间成本，并且大大降低了原材料的消耗。
[0019] 本发明适用于任何一种金属材料，方法简单可靠，经济实用。
具体实施方式
[0020] 本实施例以鑫精合激光科技发展(北京)有限公司开发的3D打印机(TSC-X350B)、200W激光器、牌号为GH3526的金属材料为例，具体阐述本发明金属材料3D打印的工艺参数确定方法，不应理解为是对该发明的任何限制，其具体方法如下：
[0021] 1)选用合格的金属粉末，并准备与该金属粉末材料类别相同的基体材料。
[0022] 2)根据该3D打印机型号，确定该激光功率参数的范围为60W～200W，并以等差值20W的递进方式确定8个参数值；确定该激光扫描速度参数的范围为500mm/s～1500mm/s，并以等差值100mm/s的递进方式确定11个参数值；确定该铺粉层厚参数的范围为20μm～40μm，并以等差值5μm的递进方式确定5个参数值；具体数值如下表1，其余参数值参考现有数值即可。
[0023] 表1 该铺粉层厚、激光功率和激光扫描速度参数的参数设置点值[0024]铺粉层厚(μm) 激光功率(W) 扫描速度(mm/s)
20 60 500
25 80 600
30 100 700
35 120 800
40 140 900
160 1000
180 1100
200 1200
1300
1400
1500
[0025] 3)以铺粉层厚的每个参数点值为一炉实验的定值，在每炉实验中，再分别以激光功率参数对应的8个参数点值和激光扫描速度对应的11个参数点值一一对应，形成8×11个Ⅰ型参数组，在每炉实验中针对每个Ⅰ型参数组的参数条件分别打印一个金属样品块，共完成5×8×11个金属样品块的打印。如第一炉实验以20μm的铺粉层厚为基准进行打印，每个Ⅰ型参数组的参数条件分别打印一个10*10*20mm长方体金属块，则得88个长方体金属块。当然，每组Ⅰ型参数组打印金属样品快的个数可以根据实际需要增加。
[0026] 4)待5炉实验全部烧结完成后，将其打印的金属块从基板上切下，并对每个长方体金属块进行洛氏硬度测试，结果见下表2至4。
[0027] 表2 Ⅰ型参数组打印的部分金属块硬度(HRC)数据(铺粉层厚20μm)[0028]
[0029] 表3 Ⅰ型参数组打印的部分金属块硬度(HRC)数据(铺粉层厚25μm)[0030]
[0031] 表4 Ⅰ型参数组打印的部分金属块硬度(HRC)数据(铺粉层厚30μm)[0032]
[0033] 从测试结果中选出硬度最高的那组参数，即铺粉层厚参数点值和与其对应的Ⅰ型参数组值，以及该Ⅰ型参数组中该激光功率参数点值的上下点值，和该激光扫描速度参数点值的上下点值，如从下表2至4中可得出铺粉层厚为25μm、激光功率为140W和激光扫描速度为1100mm/s时，打印得到的长方形金属块的硬度最硬，则确定工艺参数：铺粉层厚为25μm，激光功率为120W、140W、160W,激光扫描速度为1000mm/s、1100mm/s、1200mm/s，再由得到的3个激光功率参数点值和3个激光扫描速度参数点值一一对应形成9组Ⅱ型参数组。
[0034] 当然，铺粉层厚不仅会影响零件的性能，还会影响零件的精度，其数值越小，精度越大，时间成本随之增加，所以在确定该Ⅱ型参数组时，可根据自身实际情况确定铺粉层厚，在铺粉层厚确定后，3个激光功率参数和3个激光扫描速度参数一一对应，确定9组Ⅱ型参数组。
[0035] 5)针对该9组Ⅱ型参数组的每组参数条件分别打印拉伸试棒，如每组参数打印5个纵向拉伸试棒，共打印完成45个拉伸试棒。
[0036] 6)将所得45个拉伸试棒分别进行拉伸试验，实验结果见下表5。
[0037] 表5 Ⅱ型参数组打印的拉伸试棒室温拉伸测试均值(铺粉层厚25μm)[0038]
[0039] 根据拉伸试验的结果数据得到拉伸试棒力学性能最好的一个Ⅱ型参数组值，该Ⅱ型参数组值即为最适合该金属材料3D打印的工艺烧结参数。如从表5可得出：160W激光功率和1000mm/s激光扫描速度为最优组合，用此参数组值打印出来的材料，在保证了强度的同时，又具有很高的塑性，具有优越的综合力学性能。
[0040] 7)用户还可根据实际需要，对所得拉伸试棒进行后续的热处理、热等静压等试验操作，再根据该热处理或热等静压试验的试验结果，得到最适合该金属材料3D打印的工艺烧结参数。
[0041] 当然，还可根据实际需要，如打印金属块需要满足的其他性能，可以在此基础上进行参数的微调。
[0042] 本发明采取上述方法进行工艺烧结参数的摸索，适用于任何一种金属材料；同时相比于直接用室温拉伸实验数据，用硬度数据来找变化趋势，大大缩小了参数范围，节省了大量的时间成本，以及原材料的消耗也大大降低，方法简单可靠，经济实用。
[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
