本技术涉及一种高精度金属3D打印技术及其应用,旨在解决传统3D打印中存在的台阶效应问题。该技术通过优化打印参数和后处理工艺,显著提高金属制件的尺寸精度,适用于精密制造领域。
背景技术
在3D打印过程中由于材料是通过逐层累加的方式完成沉积的,沉积层都存在一定的厚度,导致每一相邻的沉积层无法完全贴合实际的曲面形状,从而在表面形成台阶,在零件表面会呈现出类似台阶状的纹理,这种台阶效应的存在会对成形制件表面粗糙度、尺寸精度、力学性能、疲劳性能和材料收得率等方面造成显著的影响。对于表面粗糙度而言,台阶的存在使得零件表面不再光滑,粗糙度增大。粗糙度的大小与层厚、打印工艺等因素有关,一般来说,层厚越大,表面粗糙度越高。对于尺寸精度来说,受沉积方式和厚度的影响,在成形复杂结构时,台阶的存在会导致实际尺寸与设计尺寸之间存在偏差,这种尺寸偏差可能会影响制件的装配精度和功能性。在力学性能和疲劳性能方面,台阶处可能成为应力集中点,降低零件的强度和疲劳寿命。在受力情况下,应力会在台阶处集中,容易导致零件在台阶处发生断裂或破坏。此外,为了满足制件实际的工程使用要求,需要对台阶效应造成的尺寸偏差进行机加工和后处理,在此过程中会对材料造成损耗,进而影响材料的收得率。
为了改善3D打印过程中台阶效应的影响,研究人员从优化工艺参数和后处理和材料选择等方面进行了尝试。在优化工艺参数方面,降低每一层的厚度得到较薄的层厚,能够更好地逼近零件的曲面和倾斜表面,提高表面质量,从而减少台阶效应,但沉积层厚度的减小会增加制造时间和成本,还可能会导致层间结合不良等问题。针对台阶效应进行机械加工后处理时,对打印后的零件进行机械加工是一种常见的的方法。通过铣削、磨削等加工方式,可以去除零件表面的台阶,提高表面平整度和尺寸精度,进而减少台阶效应,但机械加工可能会引入残余应力,影响零件的性能,此外,对于一些复杂形状的制件,机械加工也可能存在工艺困难。
实现思路