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(duì)SLM成型金屬件進(jìn)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(duì)所述SLM成型金屬件進(jìn)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(jìn)行第二次拋光； 采用多重激光對(duì)第二次拋光后的SLM成型金屬件進(jìn)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(jí)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(guò)SLM成型金屬件，持續(xù)時(shí)間1-2小時(shí)，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(shí)間控制在3-4分鐘，電解時(shí)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(duì)SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進(jìn)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(duì)所述非邊緣區(qū)域進(jìn)行拋光時(shí)，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下： 激光重復(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)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(duì)所述邊緣區(qū)域進(jìn)行拋光時(shí)，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下： 激光重復(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)速度0.1-2mm/s。

說(shuō)明書(shū)

SLM成型金屬件表面處理方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬件表面處理技術(shù)領(lǐng)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(jìn)行逐層掃描，掃描過(guò)的金屬粉末通過(guò)熔化、凝固從而達(dá)到冶金結(jié)合的效果，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件。

采用選擇性激光熔化SLM技術(shù)成型的零件無(wú)法完全致密，表面質(zhì)量也較差，需對(duì)其進(jìn)一步的處理?，F(xiàn)有的SLM成型金屬件表面處理采用申請(qǐng)?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(lǐng)域?qū)ζ浯植诙鹊囊笤絹?lái)越高，如何制備表面粗糙度更低的產(chǎn)品是大勢(shì)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(dá)不到某些領(lǐng)域要求的問(wèn)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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(duì)SLM成型金屬件進(jìn)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(duì)所述SLM成型金屬件進(jìn)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(jìn)行第二次拋光；

采用多重激光對(duì)第二次拋光后的SLM成型金屬件進(jìn)行第三次拋光。

本方案采用三聯(lián)法對(duì)金屬件進(jìn)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(shè)計(jì)中，所述第一次拋光的方法包括：

將納米級(jí)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(guò)SLM成型金屬件，持續(xù)時(shí)間1-2小時(shí)，攪拌速度為16～35r/s。

在一種可能的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)間控制在3-4分鐘，電解時(shí)電流密度為2.1-2.3A/cm 2,頻率為600至800HZ。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述第三次拋光的方法為：

控制不同的激光功率分別對(duì)SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進(jìn)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(shè)計(jì)中，對(duì)所述非邊緣區(qū)域進(jìn)行拋光時(shí)，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：

激光重復(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)速度0.1-2mm/s。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，對(duì)所述邊緣區(qū)域進(jìn)行拋光時(shí)，激光器控制激光頭的相關(guān)參數(shù)如下：

激光重復(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明采用三聯(lián)法對(duì)金屬件進(jìn)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(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)施方式

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

應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“和/或”，其僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對(duì)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：?jiǎn)为?dú)存在A，單獨(dú)存在B，同時(shí)存在A和B三種情況；對(duì)于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“/和”，其是描述另一種關(guān)聯(lián)對(duì)象關(guān)系，表示可以存在兩種關(guān)系，例如，A/和B，可以表示：?jiǎn)为?dú)存在A，單獨(dú)存在A和B兩種情況；另外，對(duì)于本文中可能出現(xiàn)的字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“或”關(guān)系。

應(yīng)當(dāng)理解，在下面的描述中提供了特定的細(xì)節(jié),以便于對(duì)示例實(shí)施例的完全理解。然而,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施例。例如可以在框圖中示出系統(tǒng)，以避免用不必要的細(xì)節(jié)來(lái)使得示例不清楚。在其他實(shí)例中，可以不以非必要的細(xì)節(jié)來(lái)示出眾所周知的過(guò)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(kāi)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(duì)SLM成型金屬件進(jìn)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(jī)進(jìn)行清洗，高壓氣體可以采用氮?dú)?，其穩(wěn)定性強(qiáng)，易得且成本低。高壓清洗機(jī)通過(guò)動(dòng)力裝置使壓縮的氮?dú)鈦?lái)沖洗SLM成型金屬件表面，可快速且經(jīng)濟(jì)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(duì)所述SLM成型金屬件進(jìn)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(duì)多曲面、多通道、多凹槽、多死角的SLM成型金屬件進(jìn)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(shí)，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(jí)，在攪拌中可與SLM成型金屬件內(nèi)外表面的摩擦達(dá)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(shí)，也可提高拋光質(zhì)量。金屬顆粒的粒徑根據(jù)想要達(dá)到的表面粗糙度進(jìn)行選擇。

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

整個(gè)攪拌過(guò)程中，采用超聲波裝置進(jìn)行高頻振蕩，使金屬顆粒可均勻的分散在水中。

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(jìn)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(jìn)行第二次拋光。

在該步驟中，采用電解液對(duì)多曲面、多通道、多凹槽、多死角的SLM成型金屬件進(jìn)行內(nèi)外表面進(jìn)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(shí)間控制在3-4分鐘，電解時(shí)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(jìn)行超聲清洗后干燥。

步驟S04、采用多重激光對(duì)第二次拋光后的SLM成型金屬件進(jìn)行第三次拋光。

在該步驟中，對(duì)SLM成型金屬件進(jìn)行加熱，具體的，可采用高頻感應(yīng)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(jìn)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(duì)SLM成型金屬件邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域進(jìn)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(duì)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(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為35-45w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為20-28w、光束入射角30°-70°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)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(guò)對(duì)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(shí)，也可減小激光拋光次數(shù)，減小拋光成本。

實(shí)施例

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

采用高壓氮?dú)馇逑礄C(jī)進(jìn)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(shí)，攪拌速度為18r/s，攪拌過(guò)程中，采用超聲波裝置進(jìn)行高頻振蕩，使金屬顆?？删鶆虻姆稚⒃谒?。

將SLM成型金屬件取出，置于去離子水中進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shè)置激光頭的運(yùn)動(dòng)軌跡。具體的，先對(duì)SLM成型金屬件進(jìn)行成像，根據(jù)成像結(jié)果對(duì)其進(jìn)行邊緣識(shí)別，此處的邊緣為不同面的交界處，圖像識(shí)別可采用現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；再對(duì)圖像中的SLM成型金屬件區(qū)域進(jìn)行區(qū)域劃分，劃分為邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域。

針對(duì)邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域，控制參數(shù)如下進(jìn)行精細(xì)拋光：

針對(duì)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(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為40w、光束入射角45°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)速度0.8mm/s，脈沖寬度為2.5ns。

針對(duì)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(fù)頻率為50Hz、激光波長(zhǎng)為1064nm、激光功率為25w、光束入射角45°，拋光過(guò)程中激光器相對(duì)于拋光表面的運(yùn)動(dòng)速度0.8mm/s，脈沖寬度為2.5ns。

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

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

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