3D打印技術(shù)在鋁合金異形件生產(chǎn)中的應(yīng)用

張?jiān)A 王玲玲 李化芳 孫立潔

(1.河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054000；2.河北省邢臺(tái)環(huán)境監(jiān)測中心，河北 邢臺(tái) 054000)

3D打印技術(shù)是一種新興技術(shù)，其本身具有工程應(yīng)用性強(qiáng)、領(lǐng)域跨度大及應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。截至目前，3D打印技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涉足了珠寶、鞋類、建筑、工程、汽車以及航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。本文主要介紹該技術(shù)在鋁合金異形件生產(chǎn)中，使用3D打印技術(shù)對模型不規(guī)則異形曲面的部分進(jìn)行打印，并使用基礎(chǔ)模型和特殊模型對接的方式進(jìn)行模型制造，在保證成本的前提下提高了工作效率，同時(shí)降低了模型制造的難度，減少了不合格產(chǎn)品的占有比例，探索一種最佳的生產(chǎn)模式，幫助相關(guān)企業(yè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1 鋁合金異形件生產(chǎn)中的常見問題

1.1 成型精度問題

鋁合金異形件成型精度的高低對零件生產(chǎn)質(zhì)量具有直接影響，就目前成型精度的衡量指標(biāo)來看，主要包括2個(gè)方面，即表面粗糙度和幾何尺寸精度。之所以零件的生產(chǎn)存在成型精度問題，其原因主要是在增材過程中電弧穩(wěn)定性的影響因素較多，且各個(gè)方面的計(jì)算工作相對比較困難。此外，增材過程中由于熱輸入會(huì)引起基板變形，同樣會(huì)在一定程度上影響到對產(chǎn)品精度的控制。

1.2 氣孔問題

氣孔是鋁及其合金焊接過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的質(zhì)量問題，一旦出現(xiàn)氣孔問題，那么勢必會(huì)導(dǎo)致焊縫的緊密度和耐腐蝕性降低，隨之而來的就是焊接處承載力的降低，在承受較大荷載時(shí)，很容易出現(xiàn)損壞或斷裂。所以，采取科學(xué)、有效的措施解決氣孔問題至關(guān)重要，需要生產(chǎn)部門對其給予高度重視。

2 3D打印技術(shù)在鋁合金異形件生產(chǎn)中的應(yīng)用

在鋁合金異形件生產(chǎn)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，設(shè)備及方法的選擇需根據(jù)零件生產(chǎn)的具體需求來決定，并且要嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行操作。只有這樣，才能夠?qū)?D打印技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，切實(shí)提高鋁合金異形件的生產(chǎn)質(zhì)量。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

在實(shí)驗(yàn)過程中，考慮到鋁合金異形件自身在形態(tài)上具備不規(guī)則性，生產(chǎn)難度較大。所以，在綜合考慮零件材料、尺寸、表面粗糙度和質(zhì)量要求過后，本次實(shí)驗(yàn)在設(shè)備上選用了選區(qū)激光熔化成型技術(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)對零件的快速制造。從尺寸方面，為了進(jìn)一步拓寬該技術(shù)的應(yīng)用范圍，在尺寸上設(shè)置了最大成型尺寸為250mm×250mm×400mm，這樣可以盡可能滿足所有鋁合金異形件的尺寸要求。最后，為了保證材料在成型過程中不被氧化，在零件生產(chǎn)時(shí)還采用氬氣進(jìn)行全過程保護(hù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)零件及材料

在零件材料方面，需要生產(chǎn)部門按照鋁合金異形件的質(zhì)量要求，對鋁合金材料以及其它填充材料進(jìn)行嚴(yán)格篩選。3D打印技術(shù)在應(yīng)用過程中所涉及的材料主要以粉末狀金屬或塑料等黏合材料為主。因此，為了與3D打印技術(shù)所使用的材料相符合，保證零件生產(chǎn)效果。比如說，在以鋁合金作為基板的基礎(chǔ)上，可以選用鋁合金焊絲作為熔敷填充材料，鋁合金焊絲具有強(qiáng)度好、塑性好以及抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)勢，可以大大提高零件的生產(chǎn)質(zhì)量。

2.3 工藝流程

3D打印整個(gè)過程涉及了諸多內(nèi)容，比如說粉末選擇與檢測、零件打印以及零件后處理和檢測等。無論哪一環(huán)節(jié)，對零件整體生產(chǎn)質(zhì)量都有直接影響。所以，生產(chǎn)部門需要根據(jù)鋁合金異形件具體的生產(chǎn)需求，對工藝流程進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，目前比較典型的工藝流程包括前期準(zhǔn)備、零件打印、熱處理、線切割、去支撐以及檢測等6個(gè)環(huán)節(jié)。

2.4 質(zhì)量檢測

產(chǎn)品質(zhì)量檢測是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵部分。就目前鋁合金異形件的檢測內(nèi)容來看，主要包括以下幾個(gè)方面：(1)表面質(zhì)量檢測。生產(chǎn)過后的零件表面應(yīng)進(jìn)行全面處理，不能有毛刺、飛邊；不能有表面污染；不允許有裂紋、未熔合及穿透性缺陷。如果表面質(zhì)量檢測時(shí)上述要求無法達(dá)到，那么則證明產(chǎn)品質(zhì)量不合格，反之，則視為產(chǎn)品合格。(2)內(nèi)部質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)檢測。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對零件內(nèi)部進(jìn)行X射線檢測，判斷產(chǎn)品是否合格的標(biāo)準(zhǔn)是查看其是否存在縮孔和線性缺陷。通常情況下，單個(gè)氣孔及夾雜≤2.0mm，間距≥20mm，且不多于2個(gè)。(3)尺寸檢測。主要對產(chǎn)品尺寸進(jìn)行檢測，由于不同零件的尺寸不同，允許存在的偏差也不一樣，所以在檢測過程中需視具體要求來進(jìn)行檢測。(4)力學(xué)性能檢測。力學(xué)性能檢測是零件檢測的關(guān)鍵所在，其主要是對產(chǎn)品的承載力進(jìn)行檢測，如果產(chǎn)品的承載力不能滿足生產(chǎn)要求，那么就意味著其整體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，無法投入后期使用，需對其進(jìn)行完善。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)設(shè)計(jì)與制造行業(yè)發(fā)展面臨的市場競爭越來越激烈，人們對鋁合金產(chǎn)品的要求越來越高，需要其實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，產(chǎn)生了很多異形件制造的需求。而想要在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地，對產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)至關(guān)重要。本文以鋁合金異形件為研究對象，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，探討將3D打印技術(shù)應(yīng)用到鋁合金異形件生產(chǎn)中，在復(fù)雜異形鋁合金件的加工制造中引入3D打印技術(shù)，通過快速成形方法，進(jìn)行零件毛坯過程優(yōu)化，以便提高造型精度、速度和質(zhì)量，解決毛坯加工余量大的問題，提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，不僅可以保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，而且在生產(chǎn)流程方面也可以得到最大限度的優(yōu)化，節(jié)約生產(chǎn)成本的同時(shí)，也有利于促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。