本發明屬于3d打印方法技術領域，涉及一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法。

　　背景技術：

　　熱作模具鋼具有良好的熱強度及熱硬度、高耐磨性及韌性和良好的耐熱疲勞性，廣泛的應用于各種熱擠壓模、鍛模和鎂鋁合金的壓鑄模。典型的熱作鋼如h13主要用于輕質合金的加工，各種高強度熱作工具，如芯棒、模具、管材和棒材的擠壓筒。傳統的模具成形方式主要是傳統鑄造和機加工，對于復雜的結構難以成形且成形效率低。

　　激光選區熔化技術在成形復雜結構方面具有明顯優勢，擺脫了傳統機加工的成形限制，讓復雜結構的隨形冷卻流道從設計變成現實，例如：隨形冷卻流道的結構優化，優化模具的傳熱管理，有利于提高水路的平衡性，消除熱點和冷卻不均勻現象，避免產品發生變形、縮孔、裂紋等缺陷；另一方面，優化結構利于縮短冷卻時間，有效縮短整個產品的生產周期，提高生產效率。而現有的激光選區熔化技術成形模具鋼的成形工藝成形開裂現象嚴重。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的是提供一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法，解決了現有技術中存在的采用激光選區熔化技術成形模具鋼時成形開裂現象嚴重的問題。

　　本發明所采用的技術方案是，一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1，對待成形材料進行預處理；

　　步驟2，準備成形前將程序文件及參數設置并導入slm設備中，并對slm設備進行成形前的準備，其中，參數設置具體為：進行激光掃描時層厚為20-60um，激光功率250-350w，掃描速度為900-1300mm/s，掃描間距0.05-0.23mm；

　　步驟3，激光選區熔化成形熱作模具鋼零件，具體為：當slm設備的氧含量低于0.1％時，根據步驟2導入slm設備的程序文件以及參數，slm設備將按照程序中的掃描路徑與工藝參數，選區熔化工作平臺上的金屬粉末材料，然后按步驟2程序既定的層厚，工作平臺降低一個層厚，再鋪粉，繼續選區熔化金屬粉末，重復此動作，逐步堆疊成三維金屬零件。

　　本發明的特征還在于，

　　步驟1具體為：選用粒徑范圍在10-63um之間，將選用的金屬粉末在100-150℃的真空環境的烘干箱下干燥2-5h，冷卻2h，將粉取出，再利用200-240目的篩網進行篩粉。

　　步驟1中烘干箱中的氣壓低于-0.05mpa。

　　金屬粉末的具體粒度分布為d(0.1)：10～25μm，d(0.5)：25～45μm，d(0.9)：40～63μm。

　　步驟2中程序文件準備具體為：先在計算機上利用三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，通過切片軟件對三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數據及填充掃描路徑，保存此程序文件，后將此程序文件及參數導入slm設備中。

　　步驟2中對slm設備進行成形前的準備具體為：選擇與待成形的金屬材料相同或相似材料的基板，將基板固定在可升降的工作平臺上，對slm設備進行調平，將步驟1處理好的金屬粉末加入送粉平臺，并在工作平臺上鋪上盡可能薄而均勻的粉末，將密封裝置抽真空后充入惰性氣體進行氣氛保護，并根據金屬材料的性質，選擇合適溫度對其基板進行加熱。

　　惰性氣體為氬氣。

　　步驟2中成形前需要對基材進行預熱到150-200℃。

　　本發明的有益效果是

　　(1)本發明采用激光選區熔化技術成形熱作模具鋼，通過核心工藝參數的控制及基板的預熱控制，解決零件成形的開裂問題；

　　(2)本發明采用激光選區熔化技術，冷卻速率可達106數量級，熔池的急速冷卻可直接獲得細小、均勻的馬氏體組織，從而省去后續的淬火工序，減小工件報廢率；

　　(3)本發明采用激光選區熔化技術可以直接成形結構復雜的零件，縮短生產周期，提高生產效率。

　　具體實施方式

　　下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

　　本發明一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法，具體按照以下步驟實施：

　　步驟1，對待成形材料進行預處理；

　　選用粒徑范圍在10-63um之間，將選用的金屬粉末在100-150℃的真空環境的烘干箱下干燥2-5h，烘干箱中的氣壓低于-0.05mpa，冷卻2h，將粉取出，再利用200-240目的篩網進行篩粉，金屬粉末的具體粒度分布為d(0.1)：10～25μm，d(0.5)：25～45μm，d(0.9)：40～63μm；

　　步驟2，準備成形前程序文件及參數設置并導入slm設備中，并對slm設備進行成形前的準備，其中，參數設置具體為：進行激光掃描時層厚為20-60um，激光功率250-350w，掃描速度為900-1300mm/s，掃描間距0.05-0.23mm；

　　程序文件準備具體為：先在計算機上利用三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，通過切片軟件對三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數據及填充掃描路徑，保存此程序文件，后將此程序文件及參數導入slm設備中；

　　對slm設備進行成形前的準備具體為：選擇與待成形的金屬材料相同或相似材料的基板，將基板固定在可升降的工作平臺上，對slm設備進行調平，將步驟1處理好的金屬粉末加入送粉平臺，并在工作平臺上鋪上盡可能薄而均勻的粉末，將密封裝置抽真空后充入氬氣進行氣氛保護，并根據金屬材料的性質，將基板預熱到150-200℃；

　　步驟3，激光選區熔化成形熱作模具鋼零件，具體為：當slm設備的氧含量低于0.1％時，根據步驟2導入slm設備的程序文件以及參數，slm設備將按照程序中的掃描路徑與工藝參數，選區熔化工作平臺上的金屬粉末材料，然后按步驟2程序既定的層厚，工作平臺降低一個層厚，再鋪粉，繼續選區熔化金屬粉末，重復此動作，逐步堆疊成三維金屬零件。

　　實施例1

　　激光選區熔化成形h13熱作模具鋼零件

　　1.成形材料的預處理；

　　金屬粉末的處理。選用粒徑范圍在10-63um之間，具體粒度分布為d(0.1)＝10μm，d(0.5)＝25μm，d(0.9)＝45μm的金屬粉末。將選用的金屬粉末在150℃的真空環境的烘干箱(低于-0.05mpa)下干燥4h，冷卻2h，將粉取出，再利用200-240目的篩網進行篩粉。

　　2.成形前準備；

　　①程序文件準備：先在計算機上利用三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，通過切片軟件對三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數據及填充掃描路徑，保存此程序文件，后將此程序文件及參數導入slm設備中。

　　②設備準備：選擇與成形的金屬材料相同或相似材料的基板，將基板固定在可升降的工作平臺上，對slm設備進行調平，將步驟1處理好的金屬粉末加入送粉平臺，并在工作平臺上鋪上盡可能薄而均勻的粉末，將密封裝置抽真空后充入惰性氣體進行氣氛保護，并根據金屬材料的性質，選擇合適溫度對其基板進行加熱；

　　3.激光選區熔化成形熱作模具鋼零件；

　　當設備的氧含量低于0.1％時，根據步驟2導入設備的程序文件和參數，設備將按照程序中的掃描路徑與工藝參數，選區熔化工作平臺上的金屬粉末材料，按步驟2程序既定的層厚，工作平臺降低一個層厚，再鋪粉，繼續選區熔化金屬粉末，重復此動作，逐步堆疊成三維金屬零件。激光選區熔化技術的冷卻速率可達106數量級，熔池的急速冷卻可直接獲得細小、均勻的馬氏體組織，從而省去后續的淬火工序，減小工件報廢率。激光選區熔化工藝非常適用于復雜模具的單件或小批量生產、新產品的研制。激光選區熔化成形熱作模具鋼時發現產生開裂現象，針對此問題，對熱作模具鋼的激光選區熔化成形核心工藝參數和成形前對設備預熱工藝進行研究，解決了成形開裂問題。激光選區熔化成形的核心工藝參數范圍如下：層厚為40um，激光功率300-320w，掃描速度為960-1100mm/s，掃描間距0.05-0.08mm。注意成形過程中的氬氣保護。成形前需要對基材進行預熱150-200℃。

　　核心工藝參數的控制可以提高成形h13熱作模具鋼材料的穩定性，成形的材料致密度可達99.8％以上，并且可以直接成形復雜零件，縮短生產周期，提高成形效率，具有很大的生產應用價值。

　　實施例2

　　激光選區熔化成形h11熱作模具鋼零件

　　1.成形材料的預處理；

　　金屬粉末的處理。選用粒徑范圍在10-63um之間，具體粒度分布為d(0.1)：15μm，d(0.5)＝30μm，d(0.9)＝53μm的金屬粉末。將選用的金屬粉末在120℃的真空環境的烘干箱(低于-0.05mpa)下干燥5h，冷卻2h，將粉取出，再利用200-240目的篩網進行篩粉。

　　2.成形前準備；

　　①程序文件準備：先在計算機上利用三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，通過切片軟件對三維模型進行切片分層，得到各截面的輪廓數據及填充掃描路徑，保存此程序文件，后將此程序文件及參數導入slm設備中。

　　②設備準備：選擇與成形的金屬材料相同或相似材料的基板，將基板固定在可升降的工作平臺上，對slm設備進行調平，將步驟1處理好的金屬粉末加入送粉平臺，并在工作平臺上鋪上盡可能薄而均勻的粉末，將密封裝置抽真空后充入惰性氣體進行氣氛保護，并根據金屬材料的性質，選擇合適溫度對其基板進行加熱；

　　3.激光選區熔化成形熱作模具鋼零件；

　　當設備的氧含量低于0.1％時，根據步驟2導入設備的程序文件和參數，設備將按照程序中的掃描路徑與工藝參數，選區熔化工作平臺上的金屬粉末材料，按步驟2程序既定的層厚，工作平臺降低一個層厚，再鋪粉，繼續選區熔化金屬粉末，重復此動作，逐步堆疊成三維金屬零件。激光選區熔化技術的冷卻速率可達106數量級，熔池的急速冷卻可直接獲得細小、均勻的馬氏體組織，從而省去后續的淬火工序，減小工件報廢率。激光選區熔化工藝非常適用于復雜模具的單件或小批量生產、新產品的研制。激光選區熔化成形熱作模具鋼時發現產生開裂現象，針對此問題，對熱作模具鋼的激光選區熔化成形核心工藝參數和成形前對設備預熱工藝進行研究，解決了成形開裂問題。激光選區熔化成形的核心工藝參數范圍如下：層厚為40um，激光功率280-300w，掃描速度為900-1000mm/s，掃描間距0.05-0.08mm，注意成形過程中的氬氣保護。

　　核心工藝參數的控制可以提高成形h11熱作模具鋼材料的穩定性，成形的材料致密度可達99.8％以上，并且可以直接成形復雜零件，縮短生產周期，提高成形效率，具有很大的生產應用價值。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開了一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法，具體為：對待成形材料進行預處理；準備成形前程序文件及參數設置并導入SLM設備中，并對SLM設備進行成形前的準備；激光選區熔化成形熱作模具鋼零件，具體為：當SLM設備的氧含量低于0.1％時，根據導入SLM設備的程序文件以及參數，SLM設備將按照程序中的掃描路徑與工藝參數，選區熔化工作平臺上的金屬粉末材料，然后既定的層厚，工作平臺降低一個層厚，再鋪粉，繼續選區熔化金屬粉末，重復此動作，逐步堆疊成三維金屬零件。本發明的一種熱作模具鋼的激光選區熔化成形方法，解決了現有技術中存在的采用激光選區熔化技術成形模具鋼時成形開裂現象嚴重的問題。

　　技術研發人員：張寶寧;趙曉明;趙偉;王雷

　　受保護的技術使用者：西安鉑力特增材技術股份有限公司

　　技術研發日：2018.12.20

　　技術公布日：2019.04.02