3D打印技术在铝合金异形件生产中的应用

张元华 王玲玲 李化芳 孙立洁

(1.河北机电职业技术学院，河北 邢台 054000；2.河北省邢台环境监测中心，河北 邢台 054000)

3D打印技术是一种新兴技术，其本身具有工程应用性强、领域跨度大及应用广泛等特点。截至目前，3D打印技术的应用已经涉足了珠宝、鞋类、建筑、工程、汽车以及航空航天等多个领域。本文主要介绍该技术在铝合金异形件生产中，使用3D打印技术对模型不规则异形曲面的部分进行打印，并使用基础模型和特殊模型对接的方式进行模型制造，在保证成本的前提下提高了工作效率，同时降低了模型制造的难度，减少了不合格产品的占有比例，探索一种最佳的生产模式，帮助相关企业进一步实现自身的可持续发展目标。

1 铝合金异形件生产中的常见问题

1.1 成型精度问题

铝合金异形件成型精度的高低对零件生产质量具有直接影响，就目前成型精度的衡量指标来看，主要包括2个方面，即表面粗糙度和几何尺寸精度。之所以零件的生产存在成型精度问题，其原因主要是在增材过程中电弧稳定性的影响因素较多，且各个方面的计算工作相对比较困难。此外，增材过程中由于热输入会引起基板变形，同样会在一定程度上影响到对产品精度的控制。

1.2 气孔问题

气孔是铝及其合金焊接过程中经常会出现的质量问题，一旦出现气孔问题，那么势必会导致焊缝的紧密度和耐腐蚀性降低，随之而来的就是焊接处承载力的降低，在承受较大荷载时，很容易出现损坏或断裂。所以，采取科学、有效的措施解决气孔问题至关重要，需要生产部门对其给予高度重视。

2 3D打印技术在铝合金异形件生产中的应用

在铝合金异形件生产中应用3D打印技术，设备及方法的选择需根据零件生产的具体需求来决定，并且要严格按照工艺流程进行操作。只有这样，才能够将3D打印技术的优势充分发挥出来，切实提高铝合金异形件的生产质量。

2.1 实验设备及方法

在实验过程中，考虑到铝合金异形件自身在形态上具备不规则性，生产难度较大。所以，在综合考虑零件材料、尺寸、表面粗糙度和质量要求过后，本次实验在设备上选用了选区激光熔化成型技术，以此来实现对零件的快速制造。从尺寸方面，为了进一步拓宽该技术的应用范围，在尺寸上设置了最大成型尺寸为250mm×250mm×400mm，这样可以尽可能满足所有铝合金异形件的尺寸要求。最后，为了保证材料在成型过程中不被氧化，在零件生产时还采用氩气进行全过程保护。

2.2 实验零件及材料

在零件材料方面，需要生产部门按照铝合金异形件的质量要求，对铝合金材料以及其它填充材料进行严格筛选。3D打印技术在应用过程中所涉及的材料主要以粉末状金属或塑料等黏合材料为主。因此，为了与3D打印技术所使用的材料相符合，保证零件生产效果。比如说，在以铝合金作为基板的基础上，可以选用铝合金焊丝作为熔敷填充材料，铝合金焊丝具有强度好、塑性好以及抗腐蚀性强等优势，可以大大提高零件的生产质量。

2.3 工艺流程

3D打印整个过程涉及了诸多内容，比如说粉末选择与检测、零件打印以及零件后处理和检测等。无论哪一环节，对零件整体生产质量都有直接影响。所以，生产部门需要根据铝合金异形件具体的生产需求，对工艺流程进行进一步细化，目前比较典型的工艺流程包括前期准备、零件打印、热处理、线切割、去支撑以及检测等6个环节。

2.4 质量检测

产品质量检测是产品生产的最后一个环节，也是保证质量的一个关键部分。就目前铝合金异形件的检测内容来看，主要包括以下几个方面：(1)表面质量检测。生产过后的零件表面应进行全面处理，不能有毛刺、飞边；不能有表面污染；不允许有裂纹、未熔合及穿透性缺陷。如果表面质量检测时上述要求无法达到，那么则证明产品质量不合格，反之，则视为产品合格。(2)内部质量合格标准检测。按照相关标准对零件内部进行X射线检测，判断产品是否合格的标准是查看其是否存在缩孔和线性缺陷。通常情况下，单个气孔及夹杂≤2.0mm，间距≥20mm，且不多于2个。(3)尺寸检测。主要对产品尺寸进行检测，由于不同零件的尺寸不同，允许存在的偏差也不一样，所以在检测过程中需视具体要求来进行检测。(4)力学性能检测。力学性能检测是零件检测的关键所在，其主要是对产品的承载力进行检测，如果产品的承载力不能满足生产要求，那么就意味着其整体质量不达标，无法投入后期使用，需对其进行完善。

3 结语

综上所述，随着我国社会经济的飞速发展，工业设计与制造行业发展面临的市场竞争越来越激烈，人们对铝合金产品的要求越来越高，需要其实现的功能越来越多，使得产品的设计越来越复杂，产生了很多异形件制造的需求。而想要在激烈的市场竞争中占据一席之地，对产品生产质量严格把关至关重要。本文以铝合金异形件为研究对象，结合企业的生产实际，探讨将3D打印技术应用到铝合金异形件生产中，在复杂异形铝合金件的加工制造中引入3D打印技术，通过快速成形方法，进行零件毛坯过程优化，以便提高造型精度、速度和质量，解决毛坯加工余量大的问题，提高了加工效率，降低了生产成本，不仅可以保证产品生产质量，而且在生产流程方面也可以得到最大限度的优化，节约生产成本的同时，也有利于促进企业经济效益的提升。