3D打印技術在鋁合金異形件生產中的應用

張元華 王玲玲 李化芳 孫立潔

(1.河北機電職業技術學院，河北 邢臺 054000；2.河北省邢臺環境監測中心，河北 邢臺 054000)

3D打印技術是一種新興技術，其本身具有工程應用性強、領域跨度大及應用廣泛等特點。截至目前，3D打印技術的應用已經涉足了珠寶、鞋類、建筑、工程、汽車以及航空航天等多個領域。本文主要介紹該技術在鋁合金異形件生產中，使用3D打印技術對模型不規則異形曲面的部分進行打印，并使用基礎模型和特殊模型對接的方式進行模型制造，在保證成本的前提下提高了工作效率，同時降低了模型制造的難度，減少了不合格產品的占有比例，探索一種最佳的生產模式，幫助相關企業進一步實現自身的可持續發展目標。

1 鋁合金異形件生產中的常見問題

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質量具有直接影響，就目前成型精度的衡量指標來看，主要包括2個方面，即表面粗糙度和幾何尺寸精度。之所以零件的生產存在成型精度問題，其原因主要是在增材過程中電弧穩定性的影響因素較多，且各個方面的計算工作相對比較困難。此外，增材過程中由于熱輸入會引起基板變形，同樣會在一定程度上影響到對產品精度的控制。

1.2 氣孔問題

氣孔是鋁及其合金焊接過程中經常會出現的質量問題，一旦出現氣孔問題，那么勢必會導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，很容易出現損壞或斷裂。所以，采取科學、有效的措施解決氣孔問題至關重要，需要生產部門對其給予高度重視。

2 3D打印技術在鋁合金異形件生產中的應用

在鋁合金異形件生產中應用3D打印技術，設備及方法的選擇需根據零件生產的具體需求來決定，并且要嚴格按照工藝流程進行操作。只有這樣，才能夠將3D打印技術的優勢充分發揮出來，切實提高鋁合金異形件的生產質量。

2.1 實驗設備及方法

在實驗過程中，考慮到鋁合金異形件自身在形態上具備不規則性，生產難度較大。所以，在綜合考慮零件材料、尺寸、表面粗糙度和質量要求過后，本次實驗在設備上選用了選區激光熔化成型技術，以此來實現對零件的快速制造。從尺寸方面，為了進一步拓寬該技術的應用范圍，在尺寸上設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，在零件生產時還采用氬氣進行全過程保護。

2.2 實驗零件及材料

在零件材料方面，需要生產部門按照鋁合金異形件的質量要求，對鋁合金材料以及其它填充材料進行嚴格篩選。3D打印技術在應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打印技術所使用的材料相符合，保證零件生產效果。比如說，在以鋁合金作為基板的基礎上，可以選用鋁合金焊絲作為熔敷填充材料，鋁合金焊絲具有強度好、塑性好以及抗腐蝕性強等優勢，可以大大提高零件的生產質量。

2.3 工藝流程

3D打印整個過程涉及了諸多內容，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。無論哪一環節，對零件整體生產質量都有直接影響。所以，生產部門需要根據鋁合金異形件具體的生產需求，對工藝流程進行進一步細化，目前比較典型的工藝流程包括前期準備、零件打印、熱處理、線切割、去支撐以及檢測等6個環節。

2.4 質量檢測

產品質量檢測是產品生產的最后一個環節，也是保證質量的一個關鍵部分。就目前鋁合金異形件的檢測內容來看，主要包括以下幾個方面：(1)表面質量檢測。生產過后的零件表面應進行全面處理，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。如果表面質量檢測時上述要求無法達到，那么則證明產品質量不合格，反之，則視為產品合格。(2)內部質量合格標準檢測。按照相關標準對零件內部進行X射線檢測，判斷產品是否合格的標準是查看其是否存在縮孔和線性缺陷。通常情況下，單個氣孔及夾雜≤2.0mm，間距≥20mm，且不多于2個。(3)尺寸檢測。主要對產品尺寸進行檢測，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行檢測。(4)力學性能檢測。力學性能檢測是零件檢測的關鍵所在，其主要是對產品的承載力進行檢測，如果產品的承載力不能滿足生產要求，那么就意味著其整體質量不達標，無法投入后期使用，需對其進行完善。

3 結語

綜上所述，隨著我國社會經濟的飛速發展，工業設計與制造行業發展面臨的市場競爭越來越激烈，人們對鋁合金產品的要求越來越高，需要其實現的功能越來越多，使得產品的設計越來越復雜，產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一席之地，對產品生產質量嚴格把關至關重要。本文以鋁合金異形件為研究對象，結合企業的生產實際，探討將3D打印技術應用到鋁合金異形件生產中，在復雜異形鋁合金件的加工制造中引入3D打印技術，通過快速成形方法，進行零件毛坯過程優化，以便提高造型精度、速度和質量，解決毛坯加工余量大的問題，提高了加工效率，降低了生產成本，不僅可以保證產品生產質量，而且在生產流程方面也可以得到最大限度的優化，節約生產成本的同時，也有利于促進企業經濟效益的提升。