CN114472919B - 一种多孔金属薄网结构成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明一种多孔金属薄网结构成形工艺，包括S1、成型材料的选择；S2、多孔金属薄网结构批量成形：将多层薄网结构并排布置，边缘部分相连接，作为整体结构打印成形后，将单层薄网逐层分离；S3、工艺参数设置：设置激光扫描速度、激光功率、光斑直径、层厚；多层薄网并排设置间距应为光斑直径的3倍以上；S4、热处理；S5、化学腐蚀处理。本发明通过该优化的成形工艺，可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印多孔金属薄网结构，通透效果可根据激光工艺参数的变化随意调节，解决了传统制备工艺对于小批量不常用薄网的制备成本高，良品率低且生产周期长，工序繁琐等问题。

Description

一种多孔金属薄网结构成形工艺
技术领域
本发明涉及激光选区熔化成形3D打印领域，具体涉及一种多孔金属薄网结构成形工艺。
背景技术
随着石油化工装备的发展，对新材料、新工艺的开发提出更高要求。传统的多孔金属薄网结构的制备工艺复杂，加工成本高昂，需要专用设备及工装，尤其是对于小批量不常用材料的制备周期长，耗费大量人力物力。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔金属薄网结构成形工艺。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种多孔金属薄网结构成形工艺，包括以下步骤：
S1、成型材料的选择：材料包括铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼、铝及其合金；
S2、多孔金属薄网结构批量成形：将多层薄网结构并排布置，边缘部分相连接，作为整体结构打印成形后，将单层薄网逐层分离；
S3、工艺参数设置：设置激光扫描速度、激光功率、光斑直径、层厚；多层薄网并排设置间距应为光斑直径的3倍以上；
S4、热处理：在高真空度条件下，保温1-4小时，氩气快速冷却；
S5、化学腐蚀处理：多孔金属薄网结构打印成形后，通过不同配比的酸类腐蚀液对薄网结构进行腐蚀，达到理想通透率后，将多孔薄网结构从腐蚀液中取出，浸于去离子水中2小时，取出后在烘箱中低温烘干。
进一步的，所述步骤S2中单层薄网逐层分离方式包括线切割或人工裁剪。
进一步的，所述步骤S2中多层薄网并排间距设置为0.3-2mm。
进一步的，所述步骤S3中薄网结构由单条激光扫描线堆叠成形，选用激光功率80-700W，激光扫描速度为500-4000mm/s，光斑直径为0.06-0.1mm，打印层厚为0.04-0.20mm。
进一步的，对于动态聚焦光学***的光斑直径设置为0.06-0.15mm。
进一步的，所述步骤S4中不同材料热处理温度如下，铝合金毛细多孔结构200-350℃，镍基合金毛细多孔结构900-1100℃，铁基合金500-1100℃，铜合金500-700℃，钛合金800-850℃。
进一步的，所述步骤S5中控制腐蚀液浓度、配比及腐蚀时间，对较疏松的薄网结构建议采取酸溶液漂洗方式，每次漂洗去除量较少可精准控制薄网网孔尺寸，可采用短时间多次漂洗方式。
与现有技术相比，本发明多孔金属薄网结构成形工艺的有益效果是：通过该优化的成形工艺，可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印多孔金属薄网结构，通透效果可根据激光工艺参数的变化随意调节，解决了传统制备工艺对于小批量不常用薄网的制备成本高，良品率低且生产周期长，工序繁琐等问题。
附图说明
图1是步骤S2中的结构示意图。
图2是多孔金属薄网的实物结构图。
具体实施方式
请参阅图1至图2，一种多孔金属薄网结构成形工艺，包括以下步骤：
S1、成型材料的选择：该制备工艺成形不常用材料牌号的薄网结构具有明显优势，使用激光选区熔化成形工艺制备的薄网材料主要以铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼、铝及其合金。
S2、多孔金属薄网结构批量成形：激光选区熔化直接打印单层多孔金属薄网无法成形。因此，将多层薄网结构并排布置，边缘部分相连接，作为整体结构打印成形后，通过线切割等机械方式单层薄网分离或人工裁剪方式将单层薄网逐层分离。要求多层薄网并排间距设置为0.3-2mm，如图1所示。间距过小则导致层间激光烧结，最终无法逐层分离，间距过大则层间无法起到相互支撑的作用，最终热变形量较大无法成形。多层薄网结构并排布置是非常有必要的。
S3、工艺参数设置：打印多孔金属薄网结构过程中，主要应用到几项工艺指令，包括：激光扫描速度、激光功率、光斑直径、层厚。
薄网结构由单条激光扫描线堆叠成形，不存在填充间距和轮廓等工艺参数。优化后的工艺参数选用激光功率80-700W，较小的功率可以适用于小层厚精细多孔薄网结构，较大的功率适用于大层厚粗大且通透性较好的多孔薄网结构。激光扫描速度为500-4000mm/s，较低的激光扫描速度可以提高激光能量密度，使网状结构致密，薄网强度、韧性高。常规光学***光斑直径为固定值，一般为0.06-0.1mm，对于动态聚焦光学***的光斑直径可设置为0.06-0.15mm，值得注意的是，多层薄网并排设置间距应为光斑直径的3倍以上。打印层厚为0.04-0.20mm。
S4、热处理：在高真空度条件下，不同材料热处理温度如下，铝合金毛细多孔结构200-350℃，镍基合金毛细多孔结构900-1100℃，铁基合金500-1100℃，铜合金500-700℃，钛合金800-850℃，保温1-4小时，氩气快速冷却。
S5、化学腐蚀处理：多孔金属薄网结构打印成形后，通过不同配比的酸类腐蚀液(HF、HCl、HNO3、H2SO4等)对薄网结构进行腐蚀，控制腐蚀液浓度、配比及腐蚀时间。对较疏松的薄网结构建议采取酸溶液漂洗方式，每次漂洗去除量较少可精准控制薄网网孔尺寸，可采用短时间多次漂洗方式，达到理想通透率后，将多孔薄网结构从腐蚀液中取出，浸于去离子水中2小时，取出后在烘箱中低温烘干。
3D打印技术的出现有效地解决了这一技术难题，可实现多孔金属薄网结构的快速成型。激光选区熔化技术是3D打印领域中应用前景最广泛的一种加工工艺。该技术成形精度高，制备多孔金属薄网结构效果好，可通过工艺参数的调节实现薄网结构疏密程度的变化。所制备的多孔金属薄网结构可在机械装备、仪器设备等方面起到缓冲、减重、隔热(抗热震)、液气分离(过滤与净化)、催化、自润滑的作用。该技术不需要使用其他辅助设备，仅通过激光选区熔化设备即可直接成形。解决了传统制备工艺，良品率低且生产周期长，工序繁琐等问题。本专利采用激光选区熔化成形技术制备多孔金属薄网结构，从工艺优化角度出发，制备高品质多孔金属薄网结构。
本发明通过该优化的成形工艺，可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印多孔金属薄网结构，通透效果可根据激光工艺参数的变化随意调节，解决了传统制备工艺对于小批量不常用薄网的制备成本高，良品率低且生产周期长，工序繁琐等问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、成型材料的选择：材料包括铜、铁、镍、钛、钨、钼、铝及其合金；
S2、多孔金属薄网结构批量成形：将多层薄网结构并排布置，边缘部分相连接，作为整体结构打印成形后，将单层薄网逐层分离；
S3、工艺参数设置：设置激光扫描速度、激光功率、光斑直径、层厚；多层薄网并排设置间距应为光斑直径的3倍以上；
S4、热处理：在高真空度条件下，保温1-4小时，氩气快速冷却；
S5、化学腐蚀处理：多孔金属薄网结构打印成形后，通过不同配比的酸类腐蚀液对薄网结构进行腐蚀，达到理想通透率后，将多孔薄网结构从腐蚀液中取出，浸于去离子水中2小时，取出后在烘箱中低温烘干。
2.根据权利要求1所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：所述步骤S2中单层薄网逐层分离方式包括线切割或人工裁剪。
3.根据权利要求1所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：所述步骤S2中多层薄网并排间距设置为0.3-2mm。
4.根据权利要求1所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：所述步骤S3中薄网结构由单条激光扫描线堆叠成形，选用激光功率80-700W，激光扫描速度为500-4000mm/s，光斑直径为0.06-0.1mm，打印层厚为0.04-0.20mm。
5.根据权利要求4所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：对于动态聚焦光学***的光斑直径设置为0.06-0.15mm。
6.根据权利要求1所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：所述步骤S4中不同材料热处理温度如下，铝合金多孔结构200-350℃，镍基合金多孔结构900-1100℃，铁基合金多孔结构500-1100℃，铜合金多孔结构500-700℃，钛合金多孔结构800-850℃。
7.根据权利要求1所述的多孔金属薄网结构成形工艺，其特征在于：所述步骤S5中控制腐蚀液浓度、配比及腐蚀时间，对较疏松的薄网结构采取酸溶液漂洗方式，每次漂洗去除量较少可精准控制薄网网孔尺寸，采用短时间多次漂洗方式。
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