本發(fā)明涉及一種基于超聲振動(dòng)的金屬3d打印零部件應(yīng)力消除方法，屬于3d打印技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光選區(qū)熔化成形技術(shù)(金屬3d打印技術(shù)一種)是以原型制造技術(shù)為基本原理發(fā)展起來的一種先進(jìn)的激光增材制造技術(shù)。
通過專用軟件對(duì)零件三維數(shù)模進(jìn)行切片分層，獲得各截面的輪廓數(shù)據(jù)后，利用高能量激光束根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實(shí)體零件。
突破了傳統(tǒng)制造工藝的變形成形和去除成形的常規(guī)思路，可根據(jù)零件三維數(shù)模，利用金屬粉末無需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意復(fù)雜形狀的實(shí)體零件，實(shí)現(xiàn)“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的難加工鈦合金、高溫合金等零件。
但是，在成形過程中，金屬粉末被完全熔化，局部溫度可以達(dá)到3000度以上，成形的熔池尺寸往往在幾百微米以內(nèi)，未熔化部分仍然保持著室溫，因此形成很強(qiáng)的溫度梯度，由于材料的熱脹冷縮，加熱部位和室溫部位產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。打印過程中殘余應(yīng)力逐漸積累，當(dāng)應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度以后，材料基體發(fā)生破壞，形成裂紋。根據(jù)裂紋擴(kuò)展的距離，分成微觀裂紋和宏觀裂紋。宏觀裂紋導(dǎo)致材料的使用失效，可以很容易檢測。影響最大的微觀裂紋在材料內(nèi)部，很難通過常規(guī)的超聲波探傷等檢測到，產(chǎn)生很大的潛在威脅。因此，必須對(duì)金屬3d打印中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力加以消除。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述的不足，提供一種基于超聲振動(dòng)的金屬3d打印零部件應(yīng)力消除方法。
本發(fā)明的一種基于超聲振動(dòng)的金屬3d打印零部件應(yīng)力消除方法，包括安裝在3d打印成形基板下的超聲波發(fā)生器，以及和超聲波發(fā)生器連接的振動(dòng)頻率控制器，還包括用于檢測3d打印層級(jí)的層級(jí)測量裝置；還包括材料控制模塊以及材料應(yīng)力測量儀；
將超聲波發(fā)生器置于3d打印成形基板下，通過傳輸部件，將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的振動(dòng)引入到成形基板上；
振動(dòng)頻率控制器和超聲波發(fā)生器連接，通過振動(dòng)頻率控制器調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的振動(dòng)頻率和時(shí)間；
層級(jí)測量裝置和振動(dòng)頻率控制器連接，層級(jí)測量裝置為激光探測器，用于探測3d打印物體的打印層級(jí)，并將打印層級(jí)反饋給振動(dòng)頻率控制器；
應(yīng)力測量儀和振動(dòng)頻率控制器連接；
材料控制模塊和3d打印頭連接；
步驟為：
s1：開啟3d打印過程激光開始熔化粉末，當(dāng)單層打印完成時(shí)，啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，在材料控制模塊內(nèi)根據(jù)不同的材料設(shè)置打印參數(shù)；
s2：通過材料應(yīng)力測量儀和層級(jí)測量裝置反饋的數(shù)據(jù)，控制振動(dòng)頻率控制器的參數(shù)，讓超聲波發(fā)生器振動(dòng)持續(xù)一段時(shí)間；
s3：對(duì)材料殘余應(yīng)力傾向大的，提高振動(dòng)頻率控制器的參數(shù)，使得振動(dòng)時(shí)間響應(yīng)延長；對(duì)傾向小的時(shí)間略短；
s4：超聲振動(dòng)結(jié)束之后，繼續(xù)下一層的打印；
s5：對(duì)于殘余應(yīng)力傾向低的材料，通過層級(jí)測量裝置提高檢測層級(jí)，在打印數(shù)層之后再開啟超聲波發(fā)生器，進(jìn)行一次超聲振動(dòng)。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的直接金屬3d打印，本發(fā)明提出的超聲波應(yīng)力消除方法及裝置可以有效消除殘應(yīng)力，消除微觀裂紋等缺陷。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
本發(fā)明的一種基于超聲振動(dòng)的金屬3d打印零部件應(yīng)力消除方法，包括安裝在3d打印成形基板1下的超聲波發(fā)生器2，以及和超聲波發(fā)生器2連接的振動(dòng)頻率控制器3，還包括用于檢測3d打印層級(jí)的層級(jí)測量裝置4；還包括材料控制模塊5以及材料應(yīng)力測量儀6；
將超聲波發(fā)生器2置于3d打印成形基板1下，通過傳輸部件，將超聲波發(fā)生器2產(chǎn)生的振動(dòng)引入到成形基板1上；
振動(dòng)頻率控制器3和超聲波發(fā)生器2連接，通過振動(dòng)頻率控制器3調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器2的振動(dòng)頻率和時(shí)間；
層級(jí)測量裝置4和振動(dòng)頻率控制器3連接，層級(jí)測量裝置4為激光探測器，用于探測3d打印物體的打印層級(jí)，并將打印層級(jí)反饋給振動(dòng)頻率控制器3；
應(yīng)力測量儀6和振動(dòng)頻率控制器4連接；
材料控制模塊5和3d打印頭7連接；
步驟為：
s1：開啟3d打印過程激光開始熔化粉末，當(dāng)單層打印完成時(shí)，啟動(dòng)超聲波發(fā)生器2，在材料控制模塊5內(nèi)根據(jù)不同的材料設(shè)置打印參數(shù)；
s2：通過材料應(yīng)力測量儀6和層級(jí)測量裝置4反饋的數(shù)據(jù)，控制振動(dòng)頻率控制器3的參數(shù)，讓超聲波發(fā)生器2振動(dòng)持續(xù)一段時(shí)間；
s3：對(duì)材料殘余應(yīng)力傾向大的，提高振動(dòng)頻率控制器3的參數(shù)，使得振動(dòng)時(shí)間響應(yīng)延長；對(duì)傾向小的時(shí)間略短；
s4：超聲振動(dòng)結(jié)束之后，繼續(xù)下一層的打??；
s5：對(duì)于殘余應(yīng)力傾向低的材料，通過層級(jí)測量裝置4提高檢測層級(jí)，在打印數(shù)層之后再開啟超聲波發(fā)生器，進(jìn)行一次超聲振動(dòng)。
實(shí)施例1：
1.利用計(jì)算機(jī)三維造型軟件(如ug，proe)設(shè)計(jì)出零件的cad三維模型，然后由切片軟件處理后保存為stl文件，將文件導(dǎo)入金屬3d打印機(jī)中；
2.開啟超聲波發(fā)生器，同時(shí)開啟激光器，鋪粉棍鋪上一層厚約為0.1-0.2mm的粉層，調(diào)整激光功率；
3.激光器沿著切片信息掃描，粉末隨之熔化，并在振動(dòng)下凝固結(jié)晶；
4.重復(fù)2-3步驟，直至整個(gè)零件加工完成；
5.最后從分粉末中取出零件。
實(shí)施例2：
1.利用計(jì)算機(jī)三維造型軟件(如ug，proe)設(shè)計(jì)出零件的cad三維模型，然后由切片軟件處理后保存為stl文件，將文件導(dǎo)入金屬3d打印機(jī)中；
2.鋪粉輥鋪金屬粉一層，厚度0.05mm，開啟激光器沿著切片信 息掃描，粉末隨之熔化，打印完成一層；
3.開啟超聲波振動(dòng)裝置，振幅1微米，頻率50khz，持續(xù)3s；
4.重復(fù)2-3步驟，直至整個(gè)零件加工完成；
5.最后從分粉末中取出零件。
上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。