3D打印的激光陀螺壳体及其制备方法和应用与流程

本发明涉及金属零件加工，尤其涉及一种3d打印的激光陀螺壳体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、陀螺壳体和陀螺基座是陀螺仪中两个关键的组成部分，它们各自承担着不同的性能要求和功能。陀螺基座是指陀螺仪安装和固定的平台，它需要有更高的机械强度和良好的散热性能，激光陀螺壳体需要具有足够的刚性、稳定性和密封性，需要考虑谐振结构的高精度制造，壳体的几何精度和内应力对陀螺仪的性能有直接影响，以确保在各种环境条件下能够保持其形状和尺寸，保护内部的光学元件和电子元件免受外界环境的影响。在满足性能要求的前提下，壳体应尽可能轻便，以减少对整个系统的影响。因此壳体材料和加工工艺的选择至关重要。

2、由于激光陀螺壳体形状复杂且对精度要求高，传统采用等材或减材加工方式，但存在周期长、工艺条件和成本高的特点，不适用于制备结构复杂、轻量化的精密合金零件。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种3d打印的激光陀螺壳体及其制备方法和应用，用以解决现有技术中结构复杂、轻量化的精密激光陀螺壳体制备周期长、工艺条件高以及成本高的问题中的至少一个。

2、第一方面，本发明提供了一种激光陀螺壳体的3d打印方法，所述方法包括：

3、(1)制备激光陀螺壳体合金粉末；

4、(2)将所述激光陀螺壳体三维设计图导入slm打印设备，并将所述合金粉末置于slm打印机粉缸内，设定工艺参数，打印，得到合金构件；

5、(3)将合金构件进行热处理。

6、进一步的，以质量百分比计，所述合金粉末的组成按质量百分比计具体包括：c：0-0.05％，mn：0.2-0.6％，si:0-0.3％，p:0-0.02％，s:0-0.002％，ni:35-37％，其余为fe。

7、进一步的，所述合金粉末粒径为15-63μm，粉末空心率≤1％，氧含量≤200ppm。

8、进一步的，步骤(1)中，所述合金粉末是通过熔炼+超音速惰性气体真空雾化方法制得。

9、进一步的，所述熔炼的条件为：真空度＜10-2pa，精炼的温度为1550-1650℃，时间为10-20min；所述超音速惰性气体真空雾化的条件为：保温温度1680±25℃，保温时间15min，漏包温度为1250±20℃，漏嘴孔径为4mm，环缝缝隙为0.9mm，雾化压力为3-4mpa。

10、进一步的，步骤(2)中，所述工艺参数包括：扫描速度为950-1150mm/s，线间距为0.12-0.18mm，层厚为30μm，输出功率为190-220w。

11、进一步的，步骤(3)中，所述后处理为热处理。

12、进一步的，所述热处理的步骤包括：将步骤(2)制得的合金构件加热至820-860℃，保温1-2h，水淬；在305-325℃温度下，保持1-2h，冷却。

13、第二方面，本发明提供了一种激光陀螺壳体，由第一方面所述的方法制得。

14、进一步的，所述构件水平方向和垂直方向在-60～100℃下的线膨胀系数分别为≤1×10-6/℃、≤1×10-6/℃。

15、进一步的，所述构件水平方向和垂直方向的抗拉强度分别为≥450mpa、≥410mpa。

16、进一步的，所述构件水平方向和垂直方向的屈服强度分别为≥290mpa、≥270mpa。

17、进一步的所述构件水平方向和垂直方向的断后伸长率分别为≥33％、≥37％。

18、第三方面，本发明提供了一种激光陀螺壳体在航空航天、航海、军事领域、地球科学研究、工业自动化、自动驾驶中的应用，所述激光陀螺壳体由第一方面所述方法制得。

19、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

20、1、本发明利用选择性激光融化(slm)技术将设计的合金粉末直接快速打印成型金属构件，进一步制备出结构复杂、轻量化的合金激光陀螺壳体，满足实际应用中对激光陀螺壳体密封性的要求；对slm金属构件进行后处理，去除构件内部残余应力，提高构件性能，降低实际应用中的形变，满足激光陀螺壳体对高几何精度的要求。图3为本发明制得的具有复杂结构的三轴激光陀螺壳体构件。

21、2、本发明通过调控合金粉末的组成和物化性能，调整slm过程的工艺参数，使得激光陀螺壳体能够通过完全不同于传统采用等材或减材加工的工艺制得，并且使制得的激光陀螺壳体精度高，无变形；而且壳体微观组织的均匀性高，无气孔、裂纹和夹渣；另外，整体构件具有较好性能：线膨胀系数低(≤1×10-6/℃)，力学性能好(抗拉强度≥410mpa，屈服强度≥270mpa，断后伸长率≥33％)，能够满足激光陀螺壳体实际应用中对刚性、热力学稳定性的要求。

22、3、本发明通过优化制备工艺参数降低方向性差异对性能的不利影响，提高构件的性能和可靠性，制得的激光陀螺壳体的热性能和力学性能在水平方向和垂直方向上的差异性较小，且各方向性能都能满足激光陀螺壳体实际应用要求，避免使用过程的变形或开裂。

23、4、本发明制备方法工艺流程简单，操作方便，加工周期短，在保证激光陀螺壳体良好性能的情况下，提高了产品的生产效率，降低了工艺条件要求和生产成本；进一步拓展构件在汽车、航空航天、能源、医疗、模具、核工业、精密仪器、通讯、电子等多个领域内的应用。

24、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种激光陀螺壳体的3d打印方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量百分比计，所述合金粉末的组成按质量百分比计具体包括：c：0-0.05％，mn：0.2-0.6％，si:0-0.3％，p:0-0.02％，s:0-0.002％，ni:35-37％，其余为fe。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金粉末粒径为15-63μm，粉末空心率≤1％，氧含量≤200ppm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述合金粉末是通过熔炼+超音速惰性气体真空雾化方法制得。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述熔炼的条件为：真空度＜10-2pa，精炼的温度为1550-1650℃，时间为10-20min；所述超音速惰性气体真空雾化的条件为：保温温度1680±25℃，保温时间15min，漏包温度为1250±20℃，漏嘴孔径为4mm，环缝缝隙为0.9mm，雾化压力为3-4mpa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工艺参数包括：扫描速度为950-1150mm/s，线间距为0.12-0.18mm，层厚为30μm，输出功率为190-220w。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理的步骤包括：将步骤(2)制得的合金构件加热至820-860℃，保温1-2h，水淬；在305-325℃温度下，保持1-2h，冷却。

8.一种激光陀螺壳体，其特征在于，所述激光陀螺壳体由权利要求1-7任一项所述的方法制得。

9.根据权利要求8所述的激光陀螺壳体，其特征在于，所述陀螺壳体水平方向和垂直方向在-60～100℃下的线膨胀系数分别为≤1×10-6/℃、≤1×10-6/℃；

10.一种激光陀螺壳体在航空航天、航海、军事领域、地球科学研究、工业自动化、自动驾驶中的应用，其特征在于，所述激光陀螺壳体由权利要求1-7任一项所述方法制得。

技术总结本发明涉及一种3D打印的激光陀螺壳体及其制备方法和应用，属于金属零件加工技术领域，解决了现有技术中结构复杂、轻量化的精密激光陀螺壳体制备周期长、工艺条件高以及成本高的问题，所述激光陀螺壳体的制备方法包括：制备合金粉末；将壳体三维设计图导入SLM打印设备，并将所述合金粉末置于SLM打印机粉缸内，设定工艺参数，打印合金部件；将合金部件进行热处理。本发明制备方法在保证激光陀螺壳体良好性能的同时，工艺简单，生产周期短，提高产品的生产效率，降低工艺条件要求和生产成本，促进激光陀螺壳体在航空航天、航海、军事领域、地球科学研究、工业自动化、自动驾驶领域中的应用。技术研发人员：王晶,于一鹏,张敬霖,刘军凯,罗曦,卢凤双,李增,张建生,张建福受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18