權(quán)利要求

1.SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 采用高壓氣體對SLM成型金屬件進行沖洗以去除SLM成型金屬件表面的金屬粉末和灰塵； 將沖洗后的SLM成型金屬件置于懸浮液中，所述懸浮液中配備針狀和多棱角的金屬顆粒，采用攪拌法對所述SLM成型金屬件進行第一次拋光； 將第一次拋光后的SLM成型金屬件置于電解液中進行第二次拋光； 采用多重激光對第二次拋光后的SLM成型金屬件進行第三次拋光。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，所述第一次拋光的方法包括： 將納米級金屬顆粒置于水溶液中，配置濃度在60g/dm 3至68g/dm 3的懸濁液； 采用攪拌法使懸濁液流過SLM成型金屬件，持續(xù)時間1-2小時，攪拌速度為16～35r/s。 

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，所述金屬顆粒為納米三氧化二鋁、親水性氣相二氧化硅中的至少一種。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，所述第二次拋光的方法為： 將SLM成型金屬件置于硝酸鈣和磷酸氫二銨的電解液中，電解時間控制在3-4分鐘，電解時電流密度為2.1-2.3A/cm 2,頻率為600至800HZ。 

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，所述第三次拋光的方法為： 控制不同的激光功率分別對SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進行拋光，其中，邊緣區(qū)域是指與不同面交接處的距離小于等于1.5至2.2mm的區(qū)域，邊緣區(qū)域的激光功率小于非邊緣區(qū)域的激光功率。 

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，對所述非邊緣區(qū)域進行拋光時，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下： 激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。 

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SLM成型金屬件表面處理方法，其特征在于，對所述邊緣區(qū)域進行拋光時，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下： 激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。

說明書

SLM成型金屬件表面處理方法

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于金屬件表面處理技術(shù)領域，具體地涉及一種SLM成型金屬件表面處理方法。

背景技術(shù)

選擇性激光熔化(Selectivelasermelting，SLM)是金屬材料增材制造中的一種主要技術(shù)途徑。該技術(shù)選用激光作為能量源，按照三維CAD切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進行逐層掃描，掃描過的金屬粉末通過熔化、凝固從而達到冶金結(jié)合的效果，最終獲得模型所設計的金屬零件。

采用選擇性激光熔化SLM技術(shù)成型的零件無法完全致密，表面質(zhì)量也較差，需對其進一步的處理。現(xiàn)有的SLM成型金屬件表面處理采用申請?zhí)枮椤?01610063596.9”的發(fā)明專利“一種SLM成型鈦種植體表面處理方法”中的技術(shù)，其依次采用噴砂、酸洗、堿處理、鈣化處理得到表面粗糙度Ra在2～5μm之間的金屬件。但是，隨著科技的發(fā)展，在一些領域?qū)ζ浯植诙鹊囊笤絹碓礁?，如何制備表面粗糙度更低的產(chǎn)品是大勢所趨。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有SLM成型金屬件表面處理工藝存在表面粗糙度達不到某些領域要求的問題，本發(fā)明提供一種SLM成型金屬件表面處理方法，其可提高金屬件表面的粗糙度。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明第一方面提供一種SLM成型金屬件表面處理方法，包括以下步驟：

采用高壓氣體對SLM成型金屬件進行沖洗以去除SLM成型金屬件表面的金屬粉末和灰塵；

將沖洗后的SLM成型金屬件置于懸浮液中，所述懸浮液中配備針狀和多棱角的金屬顆粒，采用攪拌法對所述SLM成型金屬件進行第一次拋光；

將第一次拋光后的SLM成型金屬件置于電解液中進行第二次拋光；

采用多重激光對第二次拋光后的SLM成型金屬件進行第三次拋光。

本方案采用三聯(lián)法對金屬件進行拋光處理，即依次采用懸浮液拋光、電解液拋光和多重激光拋光的方式，提高SLM成型金屬件表面的粗糙度，至少可使SLM成型金屬件表面的粗糙度小于1.6μm。

在一種可能的設計中，所述第一次拋光的方法包括：

將納米級金屬顆粒置于水溶液中，配置濃度在60g/dm 3至68g/dm 3的懸濁液；

采用攪拌法使懸濁液流過SLM成型金屬件，持續(xù)時間1-2小時，攪拌速度為16～35r/s。

在一種可能的設計中，所述金屬顆粒為納米三氧化二鋁、親水性氣相二氧化硅中的至少一種。

在一種可能的設計中，所述第二次拋光的方法為：

將SLM成型金屬件置于硝酸鈣和磷酸氫二銨的電解液中，電解時間控制在3-4分鐘，電解時電流密度為2.1-2.3A/cm 2,頻率為600至800HZ。

在一種可能的設計中，所述第三次拋光的方法為：

控制不同的激光功率分別對SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進行拋光，其中，邊緣區(qū)域是指與不同面交接處的距離小于等于1.5至2.2mm的區(qū)域，邊緣區(qū)域的激光功率小于非邊緣區(qū)域的激光功率。

在一種可能的設計中，對所述非邊緣區(qū)域進行拋光時，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：

激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。

在一種可能的設計中，對所述邊緣區(qū)域進行拋光時，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：

激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明采用三聯(lián)法對金屬件進行拋光處理，即依次采用懸浮液拋光、電解液拋光和多重激光拋光的方式，提高SLM成型金屬件表面的粗糙度，至少可使SLM成型金屬件表面的粗糙度小于1.6μm。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例來對本發(fā)明作進一步闡述。在此需要說明的是，對于這些實施例方式的說明雖然是用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。本文公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅用于描述本發(fā)明的示例實施例。然而，可用很多備選的形式來體現(xiàn)本發(fā)明，并且不應當理解為本發(fā)明限制在本文闡述的實施例中。

應當理解，對于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語“和/或”，其僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，單獨存在B，同時存在A和B三種情況；對于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語“/和”，其是描述另一種關(guān)聯(lián)對象關(guān)系，表示可以存在兩種關(guān)系，例如，A/和B，可以表示：單獨存在A，單獨存在A和B兩種情況；另外，對于本文中可能出現(xiàn)的字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對象是一種“或”關(guān)系。

應當理解，在下面的描述中提供了特定的細節(jié),以便于對示例實施例的完全理解。然而,本領域普通技術(shù)人員應當理解可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下實現(xiàn)示例實施例。例如可以在框圖中示出系統(tǒng)，以避免用不必要的細節(jié)來使得示例不清楚。在其他實例中，可以不以非必要的細節(jié)來示出眾所周知的過程、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以避免使得示例不清楚。

如圖1所示，本發(fā)明第一方面公開了一種SLM成型金屬件表面處理方法，包括以下步驟S01至步驟S04。

步驟S01、采用高壓氣體對SLM成型金屬件進行沖洗以去除SLM成型金屬件表面的金屬粉末和灰塵。

在該步驟中，采用高壓清洗機進行清洗，高壓氣體可以采用氮氣，其穩(wěn)定性強，易得且成本低。高壓清洗機通過動力裝置使壓縮的氮氣來沖洗SLM成型金屬件表面，可快速且經(jīng)濟的將SLM成型金屬件表面的金屬粉末和灰塵剝離。

步驟S02、將沖洗后的SLM成型金屬件置于懸浮液中，所述懸浮液中配備針狀和多棱角的金屬顆粒，采用攪拌法對所述SLM成型金屬件進行第一次拋光。

在該步驟中，采用懸浮液中配置針狀和多棱角的金屬顆粒，并采用攪拌法對多曲面、多通道、多凹槽、多死角的SLM成型金屬件進行內(nèi)外表面的第一次拋光，金屬顆?？刹捎眉{米三氧化二鋁、親水性氣相二氧化硅等。采用攪拌法可避免金屬顆粒沉降，提高拋光的均勻性。具體的，將納米三氧化二鋁或親水性氣相二氧化硅置于水溶液中，控制濃度在60g/dm 3至68g/dm 3之間，持續(xù)攪拌1-2小時，攪拌速度控制在16～35r/s。

納米三氧化二鋁、親水性氣相二氧化硅的金屬顆粒的粒徑為納米級，在攪拌中可與SLM成型金屬件內(nèi)外表面的摩擦達到拋光效果。

在該步驟中，金屬顆粒采用針狀和多棱角的混合結(jié)構(gòu)，在加速研磨速度的同時，也可提高拋光質(zhì)量。金屬顆粒的粒徑根據(jù)想要達到的表面粗糙度進行選擇。

攪拌過程中，懸濁液中的金屬顆粒與SLM成型金屬件之間的相對摩擦則可達到拋光作用，在這個過程中，攪拌速度和時長是一個關(guān)鍵參數(shù)，將時長控制在1-2小時且速度控制在16～35r/s，既可保證研磨精度，也可避免過度研磨對SLM成型金屬件內(nèi)外表面的的二次破壞。

整個攪拌過程中，采用超聲波裝置進行高頻振蕩，使金屬顆?？删鶆虻姆稚⒃谒?。

第二次拋光完成后，將SLM成型金屬件取出，置于去離子水中進行超聲清洗后干燥。

步驟S03、將第一次拋光后的SLM成型金屬件置于電解液中進行第二次拋光。

在該步驟中，采用電解液對多曲面、多通道、多凹槽、多死角的SLM成型金屬件進行內(nèi)外表面進行二次拋光。電解液采用硝酸鈣和磷酸氫二銨，其中，控制鈣、磷的摩爾比1.67。電解時間控制在3-4分鐘，電解時電流密度為2.1-2.3A/cm 2,頻率為600至800HZ。

同樣的，在第二次拋光完成后，將SLM成型金屬件取出，置于去離子水中進行超聲清洗后干燥。

步驟S04、采用多重激光對第二次拋光后的SLM成型金屬件進行第三次拋光。

在該步驟中，對SLM成型金屬件進行加熱，具體的，可采用高頻感應加熱的方式。加熱完成后，將SLM成型金屬件置于激光頭下0.1mm以內(nèi)進行拋光，具體的，多重激光方式為：控制不同的激光功率分別對SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進行拋光，其中，邊緣區(qū)域是指與不同面交接處的距離小于等于1.5至2.2mm的區(qū)域，邊緣區(qū)域的激光功率小于非邊緣區(qū)域的激光功率。

針對非邊緣區(qū)域，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。脈沖寬度根據(jù)粗糙度的要求具體制定。

針對邊緣區(qū)域：激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.1-2mm/s。脈沖寬度根據(jù)粗糙度的要求具體制定。

本步驟中，通過對SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域采用不同的拋光參數(shù)，可大大提高SLM成型金屬件的拋光質(zhì)量。

本方案的方法采用三聯(lián)拋光的工藝方法，先經(jīng)懸濁液拋光、電解液拋光后再經(jīng)激光拋光，在提高SLM成型金屬件拋光的粗糙度時，也可減小激光拋光次數(shù)，減小拋光成本。

實施例

鈦合金粉末作為3D打印材料已經(jīng)有很長一段時間了，本實施例SLM成型金屬件以鈦合金為例進行舉例，其表面處理方法具體為：

采用高壓氮氣清洗機進行清洗以去除SLM成型金屬件表面的金屬粉末和灰塵。

配置懸濁液，懸濁液為水和針狀和多棱角的納米三氧化二鋁，懸濁液濃度為60g/dm 3，持續(xù)攪拌1.5小時，攪拌速度為18r/s，攪拌過程中，采用超聲波裝置進行高頻振蕩，使金屬顆粒可均勻的分散在水中。

將SLM成型金屬件取出，置于去離子水中進行超聲清洗后干燥。

將干燥后的SLM成型金屬件置于硝酸鈣和磷酸氫二銨的電解液中，電解液中的鈣、磷的摩爾比1.67。電解3分鐘，電解時電流密度為2.1A/cm 2,頻率為800HZ。

將SLM成型金屬件取出，置于去離子水中進行超聲清洗后干燥。

將干燥后的SLM成型金屬件置于激光器的激光頭下，調(diào)整激光頭與SLM成型金屬件的距離為0.1mm，在激光器內(nèi)設置激光頭的運動軌跡。具體的，先對SLM成型金屬件進行成像，根據(jù)成像結(jié)果對其進行邊緣識別，此處的邊緣為不同面的交界處，圖像識別可采用現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡模型；再對圖像中的SLM成型金屬件區(qū)域進行區(qū)域劃分，劃分為邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域。

針對邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域，控制參數(shù)如下進行精細拋光：

針對非邊緣區(qū)域，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為40w、光束入射角45°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.8mm/s，脈沖寬度為2.5ns。

針對邊緣區(qū)域：激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：激光重復頻率為50Hz、激光波長為1064nm、激光功率為25w、光束入射角45°，拋光過程中激光器相對于拋光表面的運動速度0.8mm/s，脈沖寬度為2.5ns。

采用上述實施例的方法步驟，得到的SLM成型金屬件表面的粗糙度可達小于1μm。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。

SLM成型金屬件表面處理方法.pdf