金屬增材制造工藝制訂與實(shí)施 課件 項(xiàng)目四 打印航空葉輪 任務(wù)三

項(xiàng)目四打印航空葉輪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)。《金屬增材制造工藝制訂與實(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.能將有效打印程序快速傳輸?shù)皆霾脑O(shè)備中；2.能熟練掌握SLM328型金屬打印設(shè)備的基本操作；3.能合理的配備打印粉末，熟練添加或清理粉末；4.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；5.能有效監(jiān)控打印過(guò)程，并采取合理處置措施?！窘饘俅蛴“踩僮饕?guī)程】(參見(jiàn)項(xiàng)目一所列相關(guān)內(nèi)容）任務(wù)三實(shí)施打印與控制圖1-3-2120型金屬3D打印機(jī)【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表4-3-1）表4-3-1金屬打印步驟說(shuō)明表步驟說(shuō)明圖示（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)施打印與控制步驟說(shuō)明圖示（一）打印前檢查與確認(rèn)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200*200*77mm，材料為高溫合金Ni718粉末，因此需要YLM328設(shè)備進(jìn)行打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制步驟說(shuō)明圖示（一）打印前檢查與確認(rèn)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)，讓所有設(shè)備通電。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)。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)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（二）啟動(dòng)設(shè)備2.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.打印的過(guò)程中需要不斷往打印室內(nèi)部充入惰性氣體，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。高溫合金Ni718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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（三）預(yù)制惰性氣體2.根據(jù)要求順序按下開(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（四）打印前清理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）。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（四）打印前清理2.進(jìn)行粉缸內(nèi)的粉末清理。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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（四）打印前清理3.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，擦拭的手法為由里向外，順時(shí)針螺旋擦拭。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（四）打印前清理4.最后進(jìn)行周?chē)h(huán)境衛(wèi)生清理工作。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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（五）配制粉末材料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，最終影都將響打印成敗。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（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)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（六）添加粉末2.利用加粉筒把設(shè)備的粉缸加滿。加粉時(shí)需要把所有接口關(guān)閉，安裝到位后再打開(kāi),方便落粉。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（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)目打印粉末為高溫合金Ni718，選擇的基板材料為45#或不銹鋼板。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（七）更換、調(diào)平基板2.固定前需要將基板和打印艙底面調(diào)平，如基板的平面度不高，可以采用在基板下面墊調(diào)高墊片。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（七）更換、調(diào)平基板3.找好水平后，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，和成型缸地面平齊。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（七）更換、調(diào)平基板4.固定后，使基板向上移動(dòng)1mm,保證激光焦距最佳位置。因?yàn)檎{(diào)整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)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（八）更換刮條、調(diào)整刮刀2.用剪刀裁剪汽車(chē)雨刮條最前面的橡膠部分，裁剪要均勻，大小合適。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（八）更換刮條、調(diào)整刮刀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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（八）更換刮條、調(diào)整刮刀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)，完成刮刀撞粉、粉筒落粉和刮刀前后擺動(dòng)參數(shù)設(shè)置，使落粉粉量合適，使刮刀前后擺動(dòng)范圍合適。

任務(wù)三實(shí)施打印與控制（九）鋪粉、調(diào)整打印基板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)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境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0.2以下可以開(kāi)始打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境3.打開(kāi)底板加熱，底板溫度設(shè)置為60°。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。（由于下面有2-3mm的實(shí)體支撐，初始層可以再酌情考慮）任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十三）過(guò)程控制2.檢查頂粉口的頂粉量，既不能太少，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)浪費(fèi)粉末，減少鋪粉次數(shù)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十三）過(guò)程控制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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十三）過(guò)程控制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。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十四）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)。

任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十五）清粉取件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（十五）清粉取件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。。

任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十五）清粉取件4.用手風(fēng)器清理沉孔里粉末，拆除底板。

任務(wù)三實(shí)施打印與控制（十六）關(guān)機(jī)1.關(guān)閉配套軟件APP，金屬打印機(jī)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1.金屬打印中，支撐的作用是什么？

盡管我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)盡可能減少支撐，但有時(shí)也不可能將其完全消除。支撐有三大主要功能：（1）隔離材料：支撐可用于“固定”未與前一層相連的材料（即與加工托盤(pán)形成的角度小于45°的懸伸結(jié)構(gòu)，或局部最低點(diǎn)特征）。最好是將支撐結(jié)構(gòu)集成到組件設(shè)計(jì)中。（2）減少殘留應(yīng)力：我們應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)減小加工過(guò)程中的殘留應(yīng)力，避免尖銳邊緣，并避免大面積加工區(qū)域直接附著在加工托盤(pán)上。如果這點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，那么可以應(yīng)用支撐來(lái)抵消零件中的應(yīng)力，防止材料從加工托盤(pán)上脫落。這一方法不推薦用于批量生產(chǎn)加工件。（3）散熱通道：未熔粉末是一種絕熱體。支撐會(huì)從下表層區(qū)域轉(zhuǎn)移走一些熱量，這有助于避免粉末燃燒、過(guò)度熔化、變形和變色；對(duì)于正對(duì)刮刀方向的下表層，其效果尤為顯著。通過(guò)旋轉(zhuǎn)零件改變其與刮刀的相對(duì)朝向，也可減少上述不利影響。?知識(shí)加油站-SLM激光選區(qū)熔化打印的相關(guān)注意問(wèn)題任務(wù)三實(shí)施打印與控制2.主要支撐和輔助支撐（1）主要支撐指的是那些在CAD環(huán)境中隨組件一起開(kāi)發(fā)的支撐，它是一次性結(jié)構(gòu)，當(dāng)加工完成時(shí)將被移除。輔助支撐是那些在加工文件處理軟件中生成的支撐。（2）主要支撐的特點(diǎn)是堅(jiān)固，可控性更好?？梢詫⑺鼈儗?dǎo)入到加工文件處理軟件中（以STL形式），或與零件的主體一起設(shè)計(jì)。還可以使用完整的修訂控制功能將它們以參數(shù)的形式導(dǎo)出。也可以執(zhí)行有限元應(yīng)力分析。此外，我們可以設(shè)計(jì)和模擬主要支撐，讓其以可控方式傳遞熱量，如圖4-3-1所示。在加工文件處理軟件中創(chuàng)建的輔助支撐也可通過(guò)參數(shù)進(jìn)行管理，但缺乏可追溯性和可重復(fù)性。如果更改零件設(shè)計(jì)，它們可能需要重建?；旌现卧O(shè)計(jì)充分利用CAD設(shè)計(jì)和加工文件處理軟件的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳方案。圖4-3-1主要支撐與輔助支撐任務(wù)三實(shí)施打印與控制

3.圓角和倒角

雖然0.3mm～1mm的水平懸伸結(jié)構(gòu)可采用自身支撐，但是不建議這樣做。而超過(guò)1mm的懸伸結(jié)構(gòu)則必須要重新設(shè)計(jì)或?yàn)槠涮砑又??？稍诮M件中添加圓角和倒角以消除懸伸結(jié)構(gòu)。

4.關(guān)于移除支撐的問(wèn)題

孔洞和管道內(nèi)的支撐很難移除，并且可能需要后續(xù)加工。同樣，支撐太小也會(huì)給移除帶來(lái)難度。如果零件的幾何形狀比支撐更加脆弱，則在后期處理過(guò)程中零件損壞的風(fēng)險(xiǎn)較高。

5.水平細(xì)節(jié)——添加支撐或重新設(shè)計(jì)

零件側(cè)面露出的橫向孔可能也需要支撐。在大多數(shù)激光粉末床機(jī)器上可加工出的孔的最小尺寸為0.4mm。

直徑大于10mm的孔洞和管道將需要在其中心添加支撐，此時(shí)應(yīng)考慮重新設(shè)計(jì)。直徑介于這兩個(gè)尺寸之間的孔洞可在不添加支撐的情況下加工，但它們的下表層表面可能會(huì)出現(xiàn)一些變形，這是因?yàn)閼疑觳糠稚戏降娜鄢乩鋮s速度減慢所致。

任務(wù)三實(shí)施打印與控制

由于水平孔的圓度很可能不會(huì)十分理想，因此更可行的方法通常是改變它們的形狀以便它們能夠采用自身支撐。在某些情況下，淚滴形或菱形孔都是可以接受的最終特征。兩種輪廓都可用于流體通道，并可提供相似的液壓