金屬增材制造工藝制訂與實(shí)施 課件 項(xiàng)目二打印制作模具隨形冷卻型芯 任務(wù)三

項(xiàng)目二打印制作模具隨形冷卻型芯THREEDIMENSIONALPRINTINGSLM:Selectivelasermelting（選擇性激光熔化）是利用金屬粉末在激光束的熱作用下快速熔化、快速凝固的一種技術(shù)?！督饘僭霾闹圃旃に囍朴喤c實(shí)施》教材課件任務(wù)三實(shí)施打印與控制任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)STATUSOFINDUSTRYDEVELOPMENTYOURLOGO?任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握SLM金屬打印相關(guān)安全操作規(guī)程；2.能將有效打印程序快速傳輸?shù)皆霾脑O(shè)備中；3.能掌握一種典型金屬打印設(shè)備的基本操作，合理開(kāi)關(guān)機(jī)操作；4.能合理的配備打印粉末，熟練添加或清理粉末；5.能熟練掌握設(shè)備基本調(diào)試操作，包括刮刀、工作臺(tái)等的合理間隙。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表2-3-1）表2-3-1金屬打印步驟說(shuō)明表步驟說(shuō)明及圖示（一）打印前檢查與確認(rèn)1.操作前穿戴好防護(hù)服，戴口罩（內(nèi)側(cè)為普通口罩，外側(cè)為防毒口罩）、帶上一次性手套、防靜電手環(huán)，并整理好袖口。任務(wù)三實(shí)施打印與控制2.在前面切片環(huán)節(jié)已經(jīng)通過(guò)模型和材料規(guī)格完成了對(duì)設(shè)備型號(hào)的選擇。在本環(huán)節(jié)打印前仍需要再次確認(rèn)設(shè)備規(guī)格型號(hào)，本次打印模型尺寸為82*75*16mm，材料為鈷鉻合金粉末，因此YLM120設(shè)備即可滿(mǎn)足打印條件。3.現(xiàn)場(chǎng)對(duì)打印設(shè)備進(jìn)行打印前檢查與確認(rèn)，包括冷水機(jī)循環(huán)水位是否處于安全高度值；設(shè)備所在車(chē)間的環(huán)境溫度保持在（25±5）℃，濕度小于75%。確保順利完成本次打印任務(wù)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（二）啟動(dòng)設(shè)備1.首先打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，讓所有附屬設(shè)備通電。打開(kāi)循環(huán)過(guò)濾器電源開(kāi)關(guān)，確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。打開(kāi)金屬打印機(jī)電源開(kāi)關(guān)。2.接著打開(kāi)冷水機(jī)電源開(kāi)關(guān)，確保冷水機(jī)處于制冷狀態(tài)。3.啟動(dòng)金屬打印機(jī)內(nèi)置電腦，打開(kāi)配套操作軟件。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（三）預(yù)制惰性氣體1.打印開(kāi)始時(shí)，需要不斷從打印艙排出空氣，同時(shí)充入惰性氣體，以此來(lái)保證打印層不被氧化。材料不同，需要的惰性氣體也不相同。鈷鉻合金粉末可以用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體使用。制氮機(jī)在開(kāi)啟之前需要先打開(kāi)空氣壓縮機(jī)，并保證壓縮氣壓為0.5-0.8MPa。2.根據(jù)要求，依次按下開(kāi)關(guān)運(yùn)行制氮機(jī)，制氮機(jī)運(yùn)行后需要一定的時(shí)間氮?dú)饧兌炔拍苓_(dá)到99.99%，后方可進(jìn)行打印操作。任務(wù)三實(shí)施打印與控制1.打印前要先完成對(duì)設(shè)備粉末的清理工作，應(yīng)該從上而下，從里到外順序進(jìn)行。首先進(jìn)行的是成型缸內(nèi)的粉末清理（各個(gè)缸室的清理都包括掃、吸、擦三步）。（四）打印前清理2.進(jìn)行整個(gè)打印艙內(nèi)部的粉末清理工作，包括各構(gòu)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、各部位死角清理等?？刹捎梅辣鼔m器進(jìn)行吸粉清理。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.對(duì)關(guān)鍵部件要進(jìn)行酒精擦拭清潔。4.清理完打印室內(nèi)粉末后，需要用無(wú)塵布蘸酒精擦拭振鏡保護(hù)鏡，擦拭的手法為由內(nèi)向外，順時(shí)針螺旋擦拭。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（五）配制粉末材料1.打印前要提前完成粉末的配置，二次使用的粉末進(jìn)行必要的篩粉與過(guò)濾。二次使用粉末在使用前需要達(dá)到一定的混合比例，一般都要加入1/3的新粉，保證粉末的粒度和純度。該項(xiàng)操作也是打印成功的必要保障。2.新粉和二次使用的粉末都需要烘干，并且保證干燥度到達(dá)98%以上。粉末的干燥度影響著粉末的流動(dòng)性，粉末流動(dòng)性的好壞決定落粉或鋪粉的效果，最終都將影響打印成敗。（六）添加粉末1.把配置好的粉末先灌裝到加粉筒，利用到的工具有鏟子、漏斗等，灌裝粉末時(shí)一定要穿戴必要的防護(hù)用具，如靜電衣、防塵面具、防靜電手環(huán)等。任務(wù)三實(shí)施打印與控制2.再利用加粉筒把設(shè)備的粉缸加滿(mǎn)。操作前先將粉缸移動(dòng)到下限最大值，后加滿(mǎn)粉缸。3.檢查軟件操作頁(yè)面當(dāng)前的粉末余量，確保粉末已加滿(mǎn)。（七）更換、調(diào)平基板1.根據(jù)打印材料不同，選擇相應(yīng)基板材料。本項(xiàng)目打印粉末為鈷鉻合金粉末，選擇的基板材料為45#鋼板。任務(wù)三實(shí)施打印與控制2.固定打印基板時(shí)，需要將基板和打印艙平面保持齊平?？赏ㄟ^(guò)平直板來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。如果基板與打印艙平面不齊平，可以在基板下面的相應(yīng)位置墊上合適的墊片，直至兩者齊平為止。3.找好齊平后，利用六方扳手通過(guò)螺母固定，把打印基板安裝在成型缸底部。任務(wù)三實(shí)施打印與控制4.固定后，使基板在“齊平”的基礎(chǔ)上向上移動(dòng)1mm,保證激光焦距最佳位置。因?yàn)槟J(rèn)激光焦距位置是在基板上1mm處調(diào)整的，所以基板上1mm處為最佳焦距。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（八）更換刮條、調(diào)整刮刀1.利用扳手將整個(gè)刮刀全部拆下，清理刮刀上的殘留粉末和雜質(zhì)。2.用剪刀裁剪汽車(chē)雨刮條最前端的橡膠部分，裁剪要均勻，大小合適。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.將裁剪好的刮條安裝到刮刀下部，觀察橡膠條是否垂直于鎖緊端面。不垂直要進(jìn)行調(diào)整，最后鎖緊螺母使其牢固。4.將刮刀裝回到設(shè)備相應(yīng)位置，并配合塞尺，調(diào)節(jié)刮條相對(duì)于基板的位置，使左右間隙合適（0.03mm左右）。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（九）鋪粉、調(diào)整打印基板1.通過(guò)操作控制系統(tǒng)，完成粉缸頂粉和刮刀前后擺動(dòng)參數(shù)設(shè)置，使落粉（頂粉）粉量合適，使刮刀前后擺動(dòng)范圍合適。2.通過(guò)觀察粉層厚度與均勻程度，調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)刮刀和基板高度，完成鋪粉工作。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境1.關(guān)閉打印室倉(cāng)門(mén)。2.打開(kāi)惰性氣體電磁閥，打開(kāi)設(shè)備洗氣閥，充入惰性氣體，降低氧含量。當(dāng)室內(nèi)氧含量達(dá)到0.5以下可以開(kāi)始打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.打開(kāi)底板加熱，底板溫度設(shè)置為80°。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十一）

導(dǎo)入模型打印程序1.在導(dǎo)入界面選擇后綴為cli格式的文件。2.通過(guò)預(yù)覽查看，檢查程序和首層的路線(xiàn)軌跡。3.查看當(dāng)前成型層和預(yù)計(jì)打印時(shí)間等。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十二）運(yùn)行程序1.檢查各運(yùn)行環(huán)境參數(shù)包括：室內(nèi)氧含量、粉末余量、基板溫度、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、水冷機(jī)狀態(tài)、過(guò)濾系統(tǒng)狀態(tài)等。2.以上參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，開(kāi)始成型打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十三）過(guò)程控制1.檢查鋪粉效果，查看整個(gè)基板的鋪粉情況，需要至少保證整個(gè)基板鋪粉正常，沒(méi)有缺粉情況。2.檢查落粉口的落粉量，既不能沒(méi)有，又不能太多。太少可能影響成型區(qū)域鋪粉效果，太多可能會(huì)影響最終成型高度。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.檢查風(fēng)場(chǎng)方向和排塵效果，首先保證排風(fēng)和吸塵方向正確。其次能保證揚(yáng)塵能落到非打印區(qū)域或直接吸走。4.檢查掃描區(qū)域有無(wú)打印異樣，是否存在激光功率不足，支撐強(qiáng)度不足或過(guò)燒情況。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十四）打印完成1.打印完成后，界面顯示打印完成。2.關(guān)閉循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)變頻器。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十五）清粉取件1.打印結(jié)束后，為保證打印艙內(nèi)外溫度及氣壓的逐漸平衡，最好靜待一段時(shí)間后，再緩慢打開(kāi)艙門(mén)。2.手動(dòng)移動(dòng)底板升出成型缸。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.用毛刷清理粉末，把多余粉末掃進(jìn)收分筒內(nèi)，用吸塵器對(duì)殘余粉末進(jìn)行最后清理。4.用皮老虎清理沉孔里粉末，拆除底板。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（十六）關(guān)機(jī)1.清理好艙內(nèi)粉末，整理好工具配件，就可以關(guān)閉配套打印操作軟件，然后將金屬打印機(jī)的內(nèi)置電腦關(guān)機(jī)。2.關(guān)閉金屬打印機(jī)電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉冷水機(jī)電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉循環(huán)過(guò)濾器電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉制氮機(jī)電源開(kāi)關(guān)，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)電源開(kāi)關(guān)；最后關(guān)閉電源總開(kāi)關(guān)，使所有設(shè)備斷電。任務(wù)三實(shí)施打印與控制

?知識(shí)加油站-SLM激光選區(qū)熔化打印的相關(guān)注意問(wèn)題

1.殘留應(yīng)力的產(chǎn)生原因

殘留應(yīng)力是快速加熱和冷卻的必然產(chǎn)物，這是激光粉末床熔化工藝的固有特性。每一個(gè)新的加工層都是通過(guò)如下方式構(gòu)建的：在粉末床上移動(dòng)聚焦激光，熔化粉末頂層并將其與下方的一個(gè)加工層熔合。熱熔池中的熱量會(huì)傳遞至下方的固體金屬，這樣熔融的金屬就會(huì)冷卻并凝固。這一過(guò)程非常迅速，大約只有幾微秒。

新的金屬層在下層金屬的上表面凝固和冷卻時(shí)會(huì)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，但由于受到下方固體結(jié)構(gòu)的限制，其收縮會(huì)導(dǎo)致層與層之間形成剪切力（參見(jiàn)圖2-3-1）。圖2-3-1金屬層熔融過(guò)程中的收縮現(xiàn)象任務(wù)三實(shí)施打印與控制

殘留應(yīng)力具有破壞性。當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)加工層頂部增加另一個(gè)加工層時(shí)，應(yīng)力隨之形成并累積，這可能導(dǎo)致零件變形，其邊緣卷起，之后可能會(huì)脫離支撐。在比較極端的情況下，應(yīng)力可能會(huì)超出零件的強(qiáng)度，造成組件破壞性開(kāi)裂或加工托盤(pán)變形。

這些效應(yīng)在具有較大橫截面的零件中最為明顯，因?yàn)榇祟?lèi)零件往往具有較長(zhǎng)的焊道，而且剪切力作用的距離更長(zhǎng)。圖2-3-2金屬打印殘余應(yīng)力引起的變形任務(wù)三實(shí)施打印與控制

2.通過(guò)優(yōu)化掃描路徑來(lái)盡量減少殘留應(yīng)力

當(dāng)我們用激光軌跡填充零件中心時(shí)，通常會(huì)來(lái)回移動(dòng)激光，這一過(guò)程稱(chēng)之為

“掃描”。我們所選擇的模式會(huì)影響掃描矢量的長(zhǎng)度，因此也會(huì)影響可能在零件上積累的應(yīng)力水平。采用縮短掃描矢量的策略，則會(huì)相應(yīng)減少殘留應(yīng)力的產(chǎn)生。

下面介紹幾種能夠盡量減少殘留應(yīng)力產(chǎn)生的掃描模式（掃描策略）：（1）迂回掃描模式：①每層掃描完成后旋轉(zhuǎn)67°；②加工效率較高；③殘留應(yīng)力逐漸增加；④適合較小和較薄的特征結(jié)構(gòu)；任務(wù)三實(shí)施打印與控制

（2）條紋掃描模式①殘留應(yīng)力分布均勻；②適合大型零件；③加工效率高于棋盤(pán)掃描模式；（3）棋盤(pán)掃描模式①每層分為若干個(gè)5x5mm的島狀區(qū)域；②每層掃描完成后將整體模式和每個(gè)島狀區(qū)域旋轉(zhuǎn)67°；③殘留應(yīng)力分布均勻；③適合大型零件；任務(wù)三實(shí)施打印與控制除了根據(jù)實(shí)際情況，選擇合理的上述掃描模式外，我們也可以在從一個(gè)加工層移至下一個(gè)加工層時(shí)旋轉(zhuǎn)掃描矢量的方向，這樣一來(lái)，應(yīng)力就不會(huì)全部集中在同一個(gè)平面上。每層之間通