СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЗАРАНЕЕ ИЗГОТОВЛЕННЫХ ДЕФЕКТОВ В ВИДЕ ТРЕЩИН ПРИ АДДИТИВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И ИЗГОТОВЛЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ ЗАРАНЕЕ ИЗГОТОВЛЕННАЯ ДЕТАЛЬ Российский патент 2023 года по МПК B22F3/105 B33Y50/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области аддитивного производства и, в частности, к способам подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин и встроенных дефектов в виде трещин, и их заранее изготовленным деталям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Технология аддитивного производства (AM) общеизвестна как технология 3D печати (трехмерной печати). В настоящее время, аддитивное производство металлических изделий получает все большее и большее развитие и широко применяется в аэрокосмической области, производстве медицинского оборудования, автомобильной промышленности, ядерной энергетике и т.д. Среди них, метод осаждения лазерным плавлением (LMD) на основе синхронной подачи порошка является популярной технологией аддитивного производства, где порошок транспортируется газом-носителем для слипания в сферический порошок, высокоэнергичные лазерные пучки используются для плавления металлического порошка, который одновременно транспортируется и слипается, образуя движущиеся ванны расплавленного металла в неустойчивом состоянии, малые ванны расплава быстро отвердевают вследствие большого температурного градиента, послойно плавится и накапливается и, наконец, формируется в виде твердой детали. Эта технология обычно применяется при быстром формировании больших и сложных металлоконструкций аэрокосмической и военной техники с низкой стоимостью и коротким циклом или быстром восстановлении компонентов с высокой добавленной стоимостью, например, системы монтажной секции авиадвигателя, платформы задней секции, облопаченного диска, лопаток турбины и других деталей.

Процесс формирования/восстановления металла путем осаждения лазерным плавлением на основе синхронной подачи порошка предусматривает соединение нескольких полей, например, поля температур и поля напряжений, что является сложным процессом неравновесного отвердевание с большим количеством факторов неустойчивости. Избежать возникновения дефектов разных видов и размеров не удается, и обычно можно обнаружить поры, трещины и непровар. Вследствие анизотропных структуры и характеристик изделия аддитивного производства и отличий от изделий, полученных традиционными методами литья, ковки, сварки и другими, генерируемые дефекты также различаются. Традиционные способы обнаружения и оценивания дефектов в основном не пригодны для аддитивного производства. Таким образом, подготовка стандартной детали аддитивного производства с дефектами, образца дефекта или части дефекта позволяет не только подготавливаться к точному неразрушающему испытанию дефектов, но и точно осуществлять качественное и количественное исследование на дефектах, генерируемых в аддитивном производстве, точно моделируя влияние дефектов разных типов или размеров на механические свойства деталей, полученных формированием/восстановлением при аддитивном производстве металлических изделий, для дополнительного изучения и подтверждения влияния дефектов нанадежность деталей аддитивного производства, что имеет большое значение для применения деталей аддитивного производства в аэрокосмической и других областях.

Дефект в виде трещин представляет собой трещину, возникающую вследствие разрушения атомной связи и формирования трещины на новой границе раздела в материале. Обычно дефекты в виде трещин на поверхности компонентов легко обнаруживать и наблюдать. Однако, что касается дефектов в виде трещин внутри компонентов, вследствие эффекта концентрации напряжений на оконечности трещины, трещина будет зарождаться и распространяться, значительно ухудшая механические характеристики материала и оказывая негативное влияние на срок службы детали. Для подготовки металлического изделия со встроенными дефектами в виде трещин, в настоящее время известно три способа. Первый состоит в использовании аппарата усталостных испытаний для осуществления усталостных испытаний для формирования дефектов в виде трещин определенного размера. Второй состоит в разрезании трещин плазменным или другим высокоэнергичным пучком с последующим их свариванием. Третий предусматривает использование избирательного лазерного плавления (SLM) непосредственно для 3D печати дефектов в виде трещин с предполагаемыми контуром и размером и непосредственно формирования изделия с особенностью дефекта в виде трещин внутри. Изделие с дефектами в виде трещин, подготовленное первым и вторым способами, обуславливает различные степени повреждения структуры и характеристики изделия. Изделие с дефектами в виде трещин, подготовленное третьим способом, не только нарушает непрерывность структуры, но и вероятно может приводить к тому, что порошок с диаметром частицы десятки микрон будет оставаться в трещине, если ширина трещины относительно велика, или трещина вероятно заполнена расплавленным металлом граничного контура, если ширина трещины относительно мала и трещины не может сформироваться. Три вышеупомянутых способа не позволяют точно моделировать особенности дефектов в виде трещин, генерируемых в процессе отвердевания изделия, не позволяют точно представлять особенности структуры дефектов в виде трещин и не позволяют точно и эффективно оценивать соотношение между дефектами и механическими свойствами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин, позволяющего эффективно управлять позицией и долей дефектов генерируемый в заранее изготовленной детали.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде трещин внутри заранее изготовленной детали и механическими характеристиками заранее изготовленной детали.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, где заранее изготовленная деталь подготавливается вышеупомянутым способом.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде трещин внутри восстановленной детали и механическими характеристиками восстановленной детали.

Для решения вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин содержит:

задание зоны дефектов,

задание объемного процента дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойную печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта,

где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,

параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин содержит:

управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, содержит:

получение 3D модели заранее изготовленной детали,

разделение заранее изготовленной детали на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, причем зона дефектов предусмотрена внутри заранее изготовленной детали,

задание объемного процента встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

послойную печать заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,

где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,

параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

В одном или более вариантах осуществления, 3D модель заранее изготовленной детали разделяется на множество зон дефектов и зону формирования, где доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта устанавливаются отдельно для каждой зоны дефектов.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин содержит: управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:

обработку 3D моделей зоны дефектов и зоны формирования, где обработка модели содержит:

обработку добавления допуска,

обработку разделения слоев и резания и

обработку планирования путей.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:

термообработку отпечатанной заранее изготовленной детали,

удаление отпечатанной заранее изготовленной детали с подложек и

поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде трещин подготавливается вышеупомянутым способом.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, причем восстановленная деталь содержит тело детали и зону восстановления, причем зона восстановления используется для восстановления дефекта или повреждения тела детали, причем способ содержит:

получение 3D модели тела детали и зоны восстановления соответственно,

получение тела детали,

разделение 3D модели зоны восстановления на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, где зона дефектов обеспечивается внутри восстановленной детали после восстановления,

задание объемного процента встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

послойную печать зоны восстановления на дефекте тела детали, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,

где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,

параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин содержит:

управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

В одном или более вариантах осуществления, дефект тела детали включает в себя дефекты литья, дефекты механической обработки или эксплуатационные дефекты, и способ дополнительно содержит:

прорезание законченной детали для получения тела детали.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:

обработку 3D моделей зоны дефектов и зоны формирования зоны восстановления, где обработка модели содержит:

обработка добавления допуска,

обработку разделения слоев и резания и

обработка планирования путей.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:

термообработку отпечатанной восстановленной детали и

поверхностную обработку отпечатанной восстановленной детали.

Преимущества изобретения состоят в том, что: имитация дефектов в виде трещин внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин достигается согласно вышеупомянутому варианту осуществления, что позволяет получить восстановленную деталь с естественно генерируемыми дефектами в виде трещин, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Конкретные особенности и осуществление настоящего изобретения дополнительно описаны в нижеследующих вариантах осуществления и чертежах.

Фиг.1 - схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в одном варианте осуществления.

Фиг.2 - схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования.

Фиг.3 - блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.

Фиг.4 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной в одном варианте осуществления.

Фиг.5 - схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в другом варианте осуществления.

Фиг.6 - схематический вид поперечного сечения зоны восстановления.

фиг.7 - блок-схема операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.

Фиг.8 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной в другом варианте осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже раскрыты разнообразные варианты осуществления для реализации данного технического решения. Для упрощения раскрытия, ниже описаны конкретные примеры каждого элемента и компоновки. Конечно, эти варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не призваны ограничивать объем защиты настоящей заявки. Например, первая особенность, описанная ниже в описании изобретения, формируется над или на второй особенности, и возможен вариант осуществления, в котором первая и вторая особенности формируются прямым соединением, или возможен вариант осуществления, в котором между первой и второй особенностями формируются дополнительные особенности, из-за чего первая и вторая особенности могут не соединяться напрямую. Кроме того, ссылочные позиции и/или буквы могут повторяться в различных вариантах осуществления изобретения. Повторяющиеся ссылочные позиции и/или буквы служат для краткости и ясности и не указывают взаимосвязь между различными рассматриваемыми вариантами осуществления и/или структурами. Дополнительно, когда первый элемент описан как соединенный или объединенный со вторым элементом, описание содержит вариант осуществления, в котором первый и второй элементы напрямую соединены или объединены друг с другом, и также содержит использование одного или более других промежуточных элементов, подлежащих добавлению, поэтому первый и второй элементы соединены или объединены друг с другом опосредованно.

Следует отметить, что слова "вверх", "вниз", "левый", "правый", "передний", "задний", "верхний", "нижний", "положительный", "отрицательный", "по часовой стрелке" и "против часовой стрелки" в нижеследующем описании используются только по соображениям удобства, и не предполагают никакого конкретного фиксированного направления. Фактически, они используются для выражения относительной позиции и/или ориентации между различными деталями объекта.

Следует отметить, что эти и другие последующие чертежи служат только примерам, они не выполнены в масштабе и не должны рассматриваться как ограничивающие объем защиты, фактически требуемый настоящим изобретением. Кроме того, способы, адаптированные к различным вариантам осуществления, могут надлежащим образом объединяться.

Один аспект изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин. Подготовка дефектов в виде трещин достигается следующими этапами.

Прежде всего, задавая зону дефектов, следует понимать, что зона дефектов, упомянутая в этом изобретении, означает зону, где дефекты в виде трещин будут заранее изготовлены, которая может быть участком детали, подлежащим печати, например, частичной зоной на поверхности детали или частичной зоной внутри детали, или полной деталью, благодаря чему полная деталь рассматривается как зона дефектов.

Затем, задание объемного процента дефектов в виде трещин в зоне дефектов, и регулировка доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин.

Затем, на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойная печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что порошок подготовки дефекта, упомянутый в этом изобретении, означает конкретный порошок, используемый для печати зоны дефектов, и параметры процесса подготовки дефекта означают конкретные параметры печати, используемые для печати зоны дефектов. В частности, тип, химический состав и физические свойства порошка подготовки дефекта могут быть такими же или другими, чем для порошка, используемого для нормальной печати зоны формирования, и процесс подготовки порошка может быть таким же или другим, то есть для зоны дефектов и зоны формирования может использоваться один и тот же порошок при условии, что процесс подготовки отличается. Порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта подробно описаны ниже.

Размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. Следует отметить, что размер частицы, упомянутый в этом изобретении, означает размер частиц порошка, причем размер частицы сферического порошка обычно выражается ее диаметром. Для частицы неправильной формы, диаметр сферической частицы, которая ведет себя так же, как частица неправильной формы, можно рассматривать как эквивалентный диаметр этой частицы. Распределение размера частицы порошка может измеряться способом сухого просеивания или влажным способом с помощью лазерного анализатора размера частицы. Доля сферического порошка означает отношение количества сферического порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта. Материалы частиц порошка порошка, используемые для аддитивного производства имеют различные формы, например, сферический порошок со сферической формой и гладкой поверхностью, или сателлитный порошок, образованный двумя или более сферическими частицами порошка, связанными друг с другом, с выступающей структурой на поверхности и грубой сферической формой, или порошок другой неправильной формы, например, порошок в форме полоски, стержня, листа и т.д. Доля пустотелого порошка означает отношение количества пустотелого порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта, эти порошки, используемые как порошковые материалы для аддитивного производства с порами внутри, и пустотелая форма именуется как пустотелый порошок. Следует понимать, что соотношение сферического порошка с порошком подготовки дефекта зависит от внешнего контура частиц порошка, тогда как соотношение пустотелого порошка с порошком подготовки дефекта зависит от того, имеют ли частицы порошка поры внутри и пребывают в пустотелой форме.

Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов, упомянутой в этом изобретении, означает отношение объема дефектов в виде трещин к объему зоны дефектов.

В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается, таким образом, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов может увеличиваться за счет уменьшения отношения мощности лазера к скорости сканирования. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта. Когда заранее изготовленный объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов находится в пределах 0,01%-1,5%, соотношение между объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов и отношением P/v выражается следующим образом:

Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов=-0,014ln（P/v）+0,001.

Дефекты в виде трещин, подготовленные этим способом, естественно генерируются в ходе процесса печати, что позволяет сохранять признак непрерывности, соответствующий структуре зоны трещин, и конкретную долю дефектов в виде трещин можно получить путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта, обеспечивая основу для дополнительного рассмотрения соотношения между дефектами в виде трещин и влиянием на механические свойства.

Для дополнительного воплощения способа подготовки дефектов в виде трещин, первый и второй варианты осуществления показаны ниже для иллюстрации конкретного способа подготовки трещин.

Первый вариант осуществления

Первый вариант осуществления демонстрирует способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин и заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, подготовленных с использованием этого способа. Следует понимать, что встроенный дефект в виде трещин означает дефект в виде трещин, созданный внутри заранее изготовленной детали.

На фиг.1 показан схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в этом варианте осуществления, на фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования, на фиг.3 показана блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.

Согласно фиг.1 и фиг.3, для подготовки заранее изготовленной детали 1, показанной на фиг.1, сначала выполняется S100: получать 3D модель заранее изготовленной детали 1, в частности, 3D модель заранее изготовленной детали 1 для аддитивного производства можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования.

Затем выполняется S101: разделять заранее изготовленную деталь 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования, причем зона 11 формирования, упомянутая в этом изобретении означает оставшийся участок детали за исключением зоны 10 дефектов. На фиг.1 исключительно в порядке примера показана одна зона 10 дефектов, отделенная от заранее изготовленной детали 1, следует понимать, что количество зон 10 дефектов может быть два или более. В этом варианте осуществления, участки заранее изготовленной детали 1 за исключением зоны 10 дефектов могут рассматриваться в целом как зона 11 формирования.

Зона 10 дефектов предусмотрена внутри заранее изготовленной детали 1, следует понимать, что, встроенные дефекты в виде трещин генерируются внутри структуры детали в фактическом процессе печати, что позволяет достигать подготовки заранее изготовленной детали 1 со встроенными дефектами в виде трещин, задавая зону 10 дефектов внутри заранее изготовленной детали 1.

Затем выполняется S102: задавать объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне 10 дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде трещин в фактической отпечатанной детали, нуждающейся в моделировании, к объему фактической отпечатанной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде трещин/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде трещин в фактической отпечатанной детали/объем фактической отпечатанной детали. Если количество зон 10 дефектов в заранее изготовленной детали 1 больше единицы, за счет разделения заранее изготовленной детали 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования на этапе S101, дефекты в заранее изготовленной детали 1 можно быстро и точно подготавливать согласно фактическому объемному проценту. Одновременно, доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов.

Затем выполняется S104: послойно печатать заранее изготовленную деталь 1 со встроенными дефектами в виде трещин. На фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования, как показано на фиг.2, для каждого поперечного сечения, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне 10 дефектов, порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11 формирования.

В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации вращением электрода в плазме.

Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости подачи порошка. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.

Встроенные дефекты в виде трещин могут естественно генерироваться в каждом слое зоны 10 дефектов, отпечатанной с использованием вышеупомянутого порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта, таким образом, осуществляя естественное формирование дефектов в виде трещин в заранее изготовленной детали 1. Поскольку дефекты в виде трещин сформированные этим способом, имеют особенность фактического процесса отвердевания металла, признак непрерывности, соответствующий структуре зоны трещин, может сохраняться в дефектах в виде трещин. При этом, местоположение зоны, где генерируются дефекты в виде трещин, может управляться путем разделения зоны дефектов и зоны формирования, по сравнению с уровнем техники, этот способ может обеспечивать генерации дефектов в виде трещин за счет более точной имитации процесса отвердевания осаждения лазерным плавлением, без ущерба для структуры и характеристики изделия.

Заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде трещин, подготовленными этим способом, имеет преимущество для анализа истинного соответствия между дефектами в виде трещин, создаваемыми посредством аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением и сигналами неразрушающего испытания. Совместно с результатами испытания характеристики продукта, соотношение между дефектами в виде трещин и характеристикой продукта можно анализировать и исследовать. Дополнительно, соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью продукта аддитивного производства можно анализировать, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.

В одном или более вариантах осуществления, может обеспечиваться множество зон 10 дефектов, поэтому 3D модель нуждается в разделении на множество зон дефектов и зону формирования на этапе S101, и доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта должны задаваться отдельно для каждой зоны дефектов на этапе S102. Техническую проблему управления позицией и особенностью зоны дефектов и дефектов в заранее изготовленной детали при подготовке дефекта можно решать, устанавливая параметры для зоны дефектов. Зона дефектов предназначена для имитации дефектов и особенностей фактической детали, что позволяет управлять долей дефектов, размером дефектов и интенсивностью дефектов в различных зонах дефектов, и разбиение позволяет получать дефекты с различными особенностями в различных позициях на одной детали. Концентрация дефектов часто происходит в ходе процесса формирования или процесса подготовки деталей, поэтому подготовка единичного дефекта не может фактически показывать общую концентрацию дефектов и структурные особенности дефектов и их окружение, и не может показывать эффективно подготовленные фактические дефекты. Использование зоны дефектов для имитации генерации дефектов и их особенностей позволяет не только упрощать способ подготовки заранее изготовленных дефектов, делая его более удобным в использовании, но и повышать точность неразрушающего испытания для выявления дефектов с заранее изготовленной деталью в качестве стандартной детали, повышать точность соотношения между дефектами и характеристикой изделия, и повышать точность соотношения между дефектами и сроком службы изделия. Кроме того, при осуществлении неразрушающего испытания заранее изготовленной детали, чувствительность дефектов заранее изготовленной детали на различных глубинах необходимо испытывать в одних и тех же условиях неразрушающего испытания, разбиение дефектов допускает, что дефекты будут генерироваться на конкретных глубинах в одной заранее изготовленной детали и не будут генерироваться на другой глубине, что позволяет эффективно избегать влияния на чувствительность испытания вследствие различия в составе и однородности различных изделий, что повышает точность испытания, можно анализировать влияние различных особенностей дефектов на различных конструкций на результаты неразрушающего испытания, и можно анализировать влияние дефектов в различных позициях и в различных условиях окружающей стреды (температура, напряжение) на характеристику заранее изготовленной детали. С другой стороны, при подготовке заранее изготовленной детали с указанной позицией и особенностями дефекта (например, долей, размером и интенсивностью), процесс подготовки дефекта, подлежащий использованию, определяется количеством и размером зоны дефектов. Если обеспечено множество зон дефектов, необходимо устанавливать стратегии формирования (например, количество теплоты формирующего лазера, последовательность формирования, планирование путей формирования, разделение слоев и т.д.) долей различных дефектов для каждой зоны дефектов.

Как показано на фиг.3, в одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит,

S103: обрабатывать модели зоны 10 дефектов и формировать зоны 11, отделенные от 3D модели, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска предусматривает добавление допуска печати до внешнего периферийного контура в зону 10 дефектов и зону 11 формирования соответственно, поэтому граница зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования в каждом единичном слое, причем зона 10 дефектов и зона 11 формирования могут печататься последовательно или одновременно.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S105: термообработка отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S106: удалять отпечатанную заранее изготовленную деталь 1 с подложек, в некоторых вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 печатается на подложках, поэтому заранее изготовленная деталь 1 нужно удалять с подложек тем или иным способом, например, резкой проволокой после печати. В других вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 не печатается на подложках, и в этом случае этап S106 не требуется.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S107: поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, заранее изготовленную деталь 1 можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.

В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования и соответствующими параметрами процесса, будет генерировать меньше дефектов, например трещин, или вовсе не будет их генерировать. В одном варианте осуществления, порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как порошок подготовки дефекта, используемый для подготовки зоны 10 дефектов, обычно выбирается в качестве стандартного порошка, чтобы гарантировать связывание между зоной 10 дефектов и зоной 11 формирования.

Конкретный пример подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин способом, описанным в первом варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.1-3:

Порошкообразный сплав Hastelloy X выбирается в качестве порошка подготовки для зоны 11 формирования.

Прежде всего, задавать позицию зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали 1 в качестве центра изделия, причем зона является прямоугольной зоной размером 15 мм × 7 мм × 5 мм, и доля дефектов в виде трещин в прямоугольной зоне задается в пределах около 0,2%-0,3%.

Затем, на основании позиции и размера встроенных дефектов в виде трещин, разделять зону заранее изготовленных дефектов из 3D модели изделия аддитивного производства посредством программного обеспечения моделирования UG, формируя зону 10 дефектов и зону 11 формирования внутри заранее изготовленной детали 1.

Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде трещин и внешней зоне формирования заранее изготовленной детали 1, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе.

Затем заполнять зону заранее изготовленных дефектов в виде трещин внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав GH3536, подготовленный способом атомизации вращением электрода в плазме, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:46%, C:0,075%, Cr:22,0%, Co:1,5%, Mo:9,5%, W:0,7%, Fe:19,0%, Mn≤0,01%, Si≤0,1%, P≤0,008%, S≤0,0015%, O≤0,015%, N≤0,005%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 150 мкм, доля сферического порошка с гладкой поверхностью составляет 95% и почти без пустотелого порошка. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин, диаметр пятна 1,2 мм, шаг сканирования 0,8 мм и толщина слоя 0,2 мм, благодаря чему формируется зона заранее изготовленных дефектов в виде трещин текущего слоя, и затем окружающая зона формирования текущего слоя может формироваться с использованием другого подавателя порошка с нормальными параметрами процесса формирования для зоны формирования.

Затем термообработка и обработка раствором структурной регуляции осуществляются согласно требованию изделия, в частности, процесс термообработки предусматривает: использование печи вакуумной термообработки, причем скорость термообработки равна 1175°C/ч, охлаждение в печи.

Затем удалять изделие с заранее изготовленными дефектами, подготовленными посредством аддитивного производства, с подложки посредством резки проволокой.

Наконец, изделие, подготовленное посредством аддитивного производства, механически обрабатывается для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,8 мкм

После испытания, доля дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленных этим способом, составляет около 0,25% и ширина трещины ＜45 мкм.

На фиг.4 показана отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством трещин 12, сгенерированных естественным путем, и структура двух сторон множества трещин 12 имеет признак соответствующей непрерывности.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления демонстрирует способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин.

На фиг.5 показан схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, восстановленная деталь 1a содержит тело 100a детали и зону 100b восстановления, причем зона 100b восстановления используется для восстановления дефекта тела 100a детали. Фиг.6 демонстрирует схематический вид поперечного сечения зоны 100b восстановления. Фиг.7 демонстрирует блок-схему операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.

Для подготовки восстановленной детали 1a, прежде всего выполняют S201: получать 3D модель зоны 100b восстановления на основании дефекта или повреждение тела 100a детали, причем 3D модель зоны 100b восстановления можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования, и разделяться в программном обеспечении.

Затем выполняется S203: получать тело 100a детали, в частности, согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5, дефекты тела 100a детали могут быть дефектами литья, дефектами механической обработки или эксплуатационными дефектами, например, трещинами, выбоинами и т.д., и зона 100b восстановления является деталью восстановления, обеспеченной в соответствии с выбоинами. Таким образом, способ подготовки, показанный на фиг.7, дополнительно содержит этапы: S200, получать законченную деталь и S202: прорезать законченную деталь, для перехода к S203 для получения тела 100a детали. Законченная деталь может быть деталью, состарившейся после использования, и тело 100a детали получается прорезанием поврежденного участка на состарившейся детали. Законченная деталь также может быть получена другими средствами, например, аддитивным производством. Прорезь может иметь трапецеидальную форму, как показано на фигуре, или другую подходящую форму, например, U-образуню форму или V-образную форму, причем углы наклона сторон прорези обычно меньше 60°, и края между сторонами и дном скошены. Согласно варианту осуществления, отличному от этапов, показанных на фиг.7, тело 100a детали также может быть сформировано непосредственно в процессе аддитивного производства, где дефекты, подлежащие восстановлению, будут сформированы одновременно на теле 100a детали при печати.

Затем, как показано на фиг.6, разделять 3D модель зоны восстановления на по меньшей мере одну зону 10a дефектов и одну зону 11a формирования, в случае, показанном на фиг.5, где деталь восстановлена, зона 10a дефектов располагается внутри восстановленной детали 1a. В частности, зона 10a дефектов располагается в позиции, показанной на фигуре, которая находится ниже в направления восстановления зоны 100b восстановления, поэтому, по окончании восстановления, зона 10a дефектов располагается внутри восстановленной детали 1a. В некоторых других вариантах осуществления, отличных от показанных на фигуре, зона 10a дефектов может обеспечиваться непосредственно внутри зоны 11a формирования.

Затем выполняется S204, задавать объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне 10a дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде трещин в фактической восстановленной детали, которую нужно моделировать, к объему фактической восстановленной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде трещин/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде трещин в фактической восстановленной детали/объем фактической восстановленной детали. Доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов.

Затем выполняется S206: печать зону 100b восстановления послойно на дефекте тела 100a детали, где для слоев относительно зоны 10a дефектов, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне дефектов, и порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11a формирования. В одном варианте осуществления, допуск печати нуждается в добавлении во внешний периферийный контур зоны 100b восстановления до печати, для достижения сильной металлургической связи между зоной 100b восстановления и телом детали.

В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации вращением электрода в плазме.

Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.

Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости сканирования. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит,

S205: обрабатывать модели зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования, отделенных от 3D модели зоны 100b восстановления, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска служит для добавления допуска печати во внешний периферийный контур для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования по-отдельности, поэтому граница зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования в каждом единичном слое, причем зона 10a дефектов и зона 11a формирования могут печататься последовательно или одновременно.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S207: термообработка отпечатанной восстановленной детали 1a, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S208: поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали, в частности, восстановленную деталь 1a можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.

В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования и соответствующими параметрами процесса, будет генерировать меньше дефектов, например трещин, или вовсе не будет их генерировать. В одном варианте осуществления, в качестве стандартного порошка обычно выбирается порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как у порошка подготовки дефекта, используемого для подготовки зоны 10a дефектов, чтобы гарантировать связывание между зоной 10a дефектов и зоной 11a формирования.

Конкретный пример подготовки восстановленной детали 1a со встроенными дефектами в виде трещин способом, описанным во втором варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.5-7:

В качестве порошка подготовки для зоны восстановления выбирается порошкообразный сплав GH3536.

Прежде всего, прорезать поврежденный участок, где выемка находится на кузнечном изделии GH3536, путем механической обработки, причем форма прорези показана на фиг.5, которая является трапецеидальной прорезью с углами наклона сторон прорези около 45° и размером 17 мм верхней линии, 10 мм нижней линии, 7 мм в высоту и 7 мм в ширину, получая тело 100a детали.

Затем, получать 3D модель зоны 100b восстановления путем 3D сканирования прорезанной зоны,

затем, устанавливать вертикальное расстояние между верхней поверхностью зоны 10a дефектов в виде трещин и поверхностью тела 100a детали кузнечного изделия GH3536 равным 17 мм, как показано на фиг.5, и устанавливать долю дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных 10a дефектов в пределах около 1,45%-1,55%.

Затем, на основании позиции и доли заранее изготовленных дефектов в виде трещин, разделять 3D модель трапецеидальной прорези на нижнюю зону 10a дефектов и верхнюю зону 11a формирования программного обеспечения моделирования CAD.

Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде трещин и внешней зоне формирования восстановленной детали 1a, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе.

Добавлять допуск печати в полученную 3D модель зоны заранее изготовленных дефектов, добавлять допуск печати величиной около половины диаметра пятна к наклонным сторонам трапецеидальной прорези, чтобы стороны трапецеидальной прорези и тело детали могли перекрываться и были сильно связаны друг с другом, что позволяет затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей на 3D модели нижней зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин и верхней зоны формирования.

Затем заполнять зону заранее изготовленных дефектов в виде трещин внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав GH3536, подготовленный способом атомизации вращением электрода в плазме, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:49%，C:0,085%，Cr:22,5%，Co:2,0%，Mo:8,5%，W:0,5%，Fe:17,0%，Mn≤0,01%，Si≤0,1%，P≤0,008%，S≤0,0015%，O≤0,015%，N≤0,005%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 150 мкм, доля сферического порошка с гладкой поверхностью составляет 95% и почти без пустотелого порошка. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 450 Вт, скорость сканирования 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин, диаметр пятна 1 мм, шаг сканирования 0,5 мм и толщину слоя 0,08 мм. При заполнении до заранее определенной высоты, формирование зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин завершается, и затем верхняя зона формирования изделия будет формироваться с использованием нормальных параметров процесса формирования.

Затем осуществляется термообработка вакуумного снятия напряжений со скоростью термообработки 650°C/4ч, охлаждение в печи.

Наконец, поверхность зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленной посредством аддитивного производства, полируется для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,6 мкм.

После испытания, доля дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных дефектов восстановленной детали на кузнечном изделии GH3536, подготовленном способом осаждения лазерным плавлением, составляет около 1,50%, и ширина трещины ＜50 мкм.

Фиг.8 демонстрирует отполированную металлографическую морфологию дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством трещин 12a сгенерированных естественным путем, и структура множества трещин 12a имеет признак непрерывности. Поскольку отношение мощности лазера к скорости подачи порошка во втором варианте осуществления меньше, чем в первом варианте осуществления, на фиг.8 показано больше дефектов в виде трещин, чем на фиг.4.

Имитация дефектов в виде трещин внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин достигается согласно вышеупомянутому варианту осуществления, что позволяет получить восстановленную деталь с естественно генерируемыми дефектами в виде трещин, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.

Хотя выше раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, они не призваны ограничивать настоящее изобретение. Специалист в данной области техники может предложить любые изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, любые модификации, эквивалентные изменения и украшения вышеописанных вариантов осуществления, не выходящие за рамки технического решения настоящего изобретения на основании технической сущности настоящего изобретения, заключены в объеме защиты, заданном формулой изобретения.

Группа изобретений относится к области аддитивного производства, в частности к способам подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин и встроенных дефектов в виде трещин и их заранее изготовленным деталям. Способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин содержит задание зоны дефектов, задание объемного процента дефектов в виде трещин в зоне дефектов, регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойную печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта. Размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450-550 Вт, скорость сканирования 600-1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4-12 г/мин, диаметр пятна 1-1,2 мм, шаг сканирования 0,5-0,8 мм и толщину слоя 0,08-0,2 мм. Группа изобретений обеспечивает способы подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин для обеспечения эффективного управления позицией и долей дефектов, генерируемых в заранее изготовленной детали. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин при аддитивном производстве металлических деталей, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:

задают зону дефектов,

задают объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулируют долю сферического порошка, долю пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

на основе метода осаждения лазерным плавлением послойно печатают зону дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта,

при этом размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 до 150 мкм, доля сферического порошка составляет ≥93% и доля пустотелого порошка составляет <0,5%,

причем параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450-550 Вт, скорость сканирования 600-1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4-12 г/мин, диаметр пятна 1-1,2 мм, шаг сканирования 0,5-0,8 мм и толщину слоя 0,08-0,2 мм.

2. Способ по п.1, в котором

объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляют путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

3. Способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, при аддитивном производстве металлических деталей, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:

получают 3D модель заранее изготовленной детали,

разделяют заранее изготовленную деталь на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, причем зона дефектов предусмотрена внутри заранее изготовленной детали,

задают объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулируют долю сферического порошка, долю пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

послойно печатают заранее изготовленную деталь со встроенными дефектами в виде трещин, причем порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используют для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,

при этом размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 до 150 мкм, доля сферического порошка составляет ≥93% и доля пустотелого порошка составляет <0,5%,

причем параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450-550 Вт, скорость сканирования 600-1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4-12 г/мин, диаметр пятна 1-1,2 мм, шаг сканирования 0,5-0,8 мм и толщину слоя 0,08-0,2 мм.

4. Способ по п.3, в котором

3D модель заранее изготовленной детали разделяют на множество зон дефектов и зону формирования, причем доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта устанавливают отдельно для каждой зоны дефектов.

5. Способ по п.3, в котором

объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляют путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

6. Способ по п.3, дополнительно содержащий этап, на котором:

обрабатывают 3D модели зоны дефектов и зоны формирования, где обработка модели содержит:

обработку добавления допуска,

обработку разделения слоев и резания и

обработку планирования путей.

7. Способ по п.3, дополнительно содержащий этапы, на которых:

термически обрабатывают отпечатанную заранее изготовленную деталь,

удаляют отпечатанную заранее изготовленную деталь с подложек и

обрабатывают поверхность отпечатанной заранее изготовленной детали.

8. Заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде трещин, отличающаяся тем, что она подготавливается способом по любому из пп.3-7.

9. Способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, при аддитивном производстве металлических деталей, причем восстановленная деталь содержит тело детали и зону восстановления, и зона восстановления используется для восстановления дефекта или повреждения тела детали, при этом способ отличается тем, что содержит этапы, на которых:

получают 3D модель тела детали и зоны восстановления соответственно,

получают тело детали,

разделяют 3D модель зоны восстановления на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, причем зона дефектов обеспечивается внутри восстановленной детали после восстановления,

задают объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,

регулируют долю сферического порошка, долю пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,

печатают зону восстановления на дефекте тела детали послойно, причем порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используют для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,

при этом размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 до 150 мкм, доля сферического порошка составляет ≥93% и доля пустотелого порошка составляет <0,5%,

причем параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450-550 Вт, скорость сканирования 600-1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4-12 г/мин, диаметр пятна 1-1,2 мм, шаг сканирования 0,5-0,8 мм и толщину слоя 0,08-0,2 мм.

10. Способ по п.9, в котором

объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляют путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,

причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.

11. Способ по п.9, в котором дефект тела детали включает в себя дефекты литья, дефекты механической обработки или эксплуатационные дефекты и способ дополнительно содержит этап, на котором:

прорезают законченную деталь для получения тела детали.

12. Способ по п.9, дополнительно содержащий этап, на котором:

обрабатывают 3D модели зоны дефектов и зоны формирования зоны восстановления, где обработка модели содержит:

обработку добавления допуска,

обработку разделения слоев и резания и

обработку планирования путей.

13. Способ по п.9, дополнительно содержащий этапы, на которых:

термически обрабатывают отпечатанную восстановленную деталь и

обрабатывают поверхность отпечатанной восстановленной детали.