本发明属于快速成型制造、尤其是金属材料的快速原型制造技术领域，具体说是一种3D打印、热处理与精整一体化加工方法。
背景技术：
3D打印技术又被称为快速原型技术，已有30多年的历史，近年来3D打印技术获得突破性进展和广泛应用。3D打印技术通过把零件沿着某一方向分隔多个薄片的方式,进而把三维零件分成二维的具有一定厚度的片体单元，实现复杂零件的简单堆积制造；面向工业生产的主要包括喷粉激光熔融堆积成型、铺粉激光熔融堆积成型和熔丝堆积成型三类。3D打印技术可以制造金属、陶瓷、塑料等金属和非金属材料，具有可以制造复杂结构零件、快速生产单件零件、节约零件材料等优点。
通过3D打印技术制造的零件表面质量主要取决于分层厚度和零件表面与分层面夹角的大小、打印材料粒度大小、堆积方式等的影响。对金属材料的3D打印而言，由于打印过程需要激光高能量束照射使打印材料熔融从而实现堆积成型，零件的温度梯度较大，被打印零件存在内应力，金属零件经过3D打印技术加工后，通常附加有去应力热处理和机加工工艺，以满足零件的尺寸精度和表面质量。现有3D打印工艺中，热处理工艺在充满保护气体的热处理炉中进行，机加工在对应机床上完成，由此可以看出完整的金属零件制造过程需要在三台设备上完成三种工艺，繁琐，复杂，设备投资大。此外，机械加工工艺的难易程度取决于零件的复杂程度，零件越复杂加工难度越大，甚至无法加工；尽管抛光研磨是复杂零件机械加工的一个选项，但抛光研磨只能提高表面质量，无法改变因热应力等引起的变形和尺寸精度；进一步限制了3D打印技术在复杂零件制造领域的推广和应用。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种3D打印、热处理与精整一体化加工方法，具有工艺集成化优势。把3D打印技术、热处理技术、机械加工技术等三种独立工艺在零件制造过程中集成一起实现三种工艺的交替循环进行，减少设备、采购、配置使用数量，降低设备投入、折旧成本，提高设备使用率。
本申请采用的技术方案是：一种3D打印、热处理与精整一体化加工方法，该加工方法基于分层原理，逐层交替完成3D打印、热处理和机械加工工艺，进而实现零件的精密成型。
进一步的，上述方法具体为：
S1.工艺分析，结合零件三维模型、零件技术要求、零件材料特性分析零件加工工艺，确定模型分层方向、分层厚度、工艺方法和工艺参数；
S2.进行模型处理，选择切片基准平面，建立坐标系，建立支撑辅助体；
S3.把模型分层：3D打印工艺分m层，热处理工艺分n层，机械加工工艺分p层；设i、j、k分别为3D打印工艺、热处理工艺、机械加工工艺的层的循环变量，第i层厚度为hi，第j层厚度为hj，第k层厚度为hk；
S4.数据赋值，Hm代表的3D打印已加工高度，Hn代表热处理已加工高度，Hp代表机械加工已加工高度；
S5.3D打印：i＝i+1,打印第i层，Hm＝Hm+hi。
进一步的，上述方法还包括，如下步骤：
S6.若n＝0且i大于等于m，或若n＝0且i小于m且Hm-Hp大于等于hk，执行步骤11；若n＝0且i小于m且Hm-Hp小于hk，跳转到步骤S5开始执行；
S7.若n不等于0且i大于等于m，或若n不等于0且i小于m且Hm-Hn大于等于hj，执行步骤8；若n＝0且i小于m且Hm-Hk小于hk，跳转到步骤S5开始执行；
S8.热处理：热处理第j层；
S9.Hn＝Hn+hj，j＝j+1。
进一步的，上述方法还包括，如下步骤：
S10.在j小于n+1且Hn-Hp小于hk条件下，跳转到步骤S5开始执行；否则，执行步骤S11；
S11.机械加工：机械加工第k层，Hp＝Hp+hk，k＝k+1。
S12.在k小于p+1条件下，从步骤S5开始执行，否则结束。
进一步的，导入被加工零件的模型为实体或封闭片体或等壁厚的中面模型。
进一步的，模型处理包括简化模型、修复模型、作辅助支撑体、增加模型壁厚度，零件的每一切片平行于切片基准平面，决定了零件堆积方向和零件加工坐标系方向。
更进一步的，成型堆积过程采用自下而上逐层堆积，或者采用自上而下逐层堆积。
更进一步的，模型分层包括固定厚度分层和根据模型表面粗糙度自动化分层。
更进一步的，热处理工艺是以3D打印的激光源为工具通过调整激光工艺参数完成。
作为更进一步的，机械加工工艺利用多轴高速铣削加工实现，机械加工的每一层根据零件精度要求依照被加工所在层零件轮廓分多层铣削完成。
作为更进一步的，3D打印中使用的激光头可以更换为喷粉激光头，实现基于喷粉激光熔融堆积成型的3D打印、热处理与精整加工方法。
作为更进一步的，3D打印中使用的激光头可以更换为熔丝喷头，实现基于熔丝堆积成型的3D打印、精整加工方法。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、本申请具有工艺集成化优势：把3D打印技术、热处理技术、机械加工技术等三种独立工艺在零件制造过程中集成一起实现三种工艺的交替循环进行，减少设备、采购、配置使用数量，降低设备投入折旧、成本，提高设备使用率。
2、提高了零件的表面质量：通过把最终阶段的一次机械加工分解到各个层从而实现零件的逐步逐层加工，解决了复杂零件精整加工中结构复杂、位置互相干涉、空间狭窄等问题，降低零件加工难度，提高零件表面质量。
3、本方法解决了热应力等引起变形问题：通过模型处理中的零件壁增厚技术为零件热应力变形预置了变形余量，再通过热处理消除内应力后，借助机械加工保证零件最终的几何精度。
4、本方法具有可扩展性，可以组成基于激光熔融堆积成型的3D打印、热处理与精整一体化加工工艺方法，可以组成基于激光熔融堆积成型的3D打印与精整一体化加工工艺方法，也可以组成基于熔丝堆积成型的3D打印技术和精整一体化加工工艺方法。组成不同方法的前提通过更换激光头为喷粉激光头或者喷丝熔融头，这个过程可以由机床主轴换刀动作实现，会产生不同的3D堆积工艺方法，能由本方法扩展成很多种工艺方法。
附图说明
本发明共有附图1幅：
图1为3D打印、热处理与精整一体化加工方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例以喷粉激光熔融堆积成型和铺粉激光熔融堆积成型为例，提供了一种3D打印、热处理与精整一体化加工方法，包括：
S1.工艺分析：结合零件三维模型、零件技术要求、零件材料特性分析零件加工工艺，确定模型分层方向、分层厚度、工艺方法和工艺参数；该步骤和普通打印分层原理相同，所述模型为实体或封闭片体或等壁厚的中面模型；
S2.模型处理：根据导入模型的类型对模型做必要处理，主要包括对非封闭片体做补面缝合、对中面零件做构建零件的封闭表面、对零件表面做偏置增厚等；选择切片基准平面，建立坐标系，建立支撑辅助体；
S3.把模型分层：根据模型的材料特性、零件技术要求和加工效率，3D打印工艺分m层，热处理工艺分n层，机械加工工艺分p层；设i、j、k分别为3D打印工艺、热处理工艺、机械加工工艺的层的循环变量，第i层厚度为hi，第j层厚度为hj，第k层厚度为hk；
S4.数据赋值，Hm代表的3D打印已加工高度，Hn代表热处理已加工高度，Hp代表机械加工已加工高度；初始值i＝0、j＝1、k＝1、Hm＝0、Hn＝0、Hp＝0；
S5.3D打印：i＝i+1,按照第i层厚度完成第i层铺粉，根据第i层形状控制激光按照规定路径通过调整激光参数实现第i层零件区域和支撑辅助体区域实现堆积成型，打印第i层，Hm＝Hm+hi；
S6.若n＝0且i大于等于m，或n＝0且i小于m且Hm-Hp大于等于hk，执行步骤11；若n＝0且i小于m且Hm-Hp小于hk，跳转到步骤S5开始执行；
S7.若n不等于0且i大于等于m，或n不等于0且i小于m且Hm-Hn大于等于hj，执行步骤8；若n＝0且i小于m且Hm-Hk小于hk，跳转到步骤S5开始执行；
S8.热处理：热处理第j层；
S9.Hn＝Hn+hj，j＝j+1；
S10.在j小于n+1且Hn-Hp小于hk条件下，跳转到步骤S5开始执行；否则，执行步骤S11；
S11.机械加工：机械加工第k层，Hp＝Hp+hk，k＝k+1；
S12.在k小于p+1条件下，从步骤S5开始执行，否则结束。
实施例2
本实施例以熔丝堆积成型为例，提供了一种3D打印、精整一体化加工方法，包括：
S1.工艺分析：结合零件三维模型、零件技术要求、零件材料特性分析零件加工工艺，确定模型分层方向、分层厚度、工艺方法和工艺参数；导入被加工零件的模型为实体或封闭片体或等壁厚的中面模型；
S2.模型处理：根据导入模型的类型对模型做必要处理，主要包括对非封闭片体做补面缝合、对中面零件做构建零件的封闭表面、对零件表面做偏置增厚等；选择切片基准平面，建立坐标系，建立支撑辅助体；
S3.把模型分层：根据模型的材料特性、零件技术要求和加工效率，3D打印工艺分m层，机械加工工艺分p层；设i、k分别为3D打印工艺、机械加工工艺的层的循环变量，第i层厚度为hi，第k层厚度为hk；
S4.数据赋值，Hm代表的3D打印已加工高度，Hp代表机械加工已加工高度；初始值i＝0、k＝1、Hm＝0、Hp＝0；
S5.3D打印：i＝i+1,按照第i层厚度完成第i层铺粉，根据第i层形状控制激光按照规定路径通过调整激光参数实现第i层零件区域和支撑辅助体区域实现堆积成型，打印第i层，Hm＝Hm+hi；
S6.在i小于m且Hm-Hn小于hj条件下，跳转到步骤S5开始执行；否则，执行步骤S7；
S7.在j小于n+1且Hn-Hp小于hk条件下，跳转到步骤S5开始执行；否则，执行步骤S8；
S8.机械加工：机械加工第k层，Hp＝Hp+hk，k＝k+1；
S9.在k小于p+1条件下，从步骤S5开始执行，否则结束。
实施例3
作为对实施例1、2的补充，模型处理包括简化模型、修复模型、作辅助支撑体、增加模型壁厚度，零件的每一切片平行于切片基准平面，决定了零件堆积方向和零件加工坐标系方向，成型堆积过程采用自下而上逐层堆积，或者采用自上而下逐层堆积。模型分层包括固定厚度分层，和根据模型表面粗糙度自动化分层。
作为可以优选的，热处理工艺是以3D打印的激光源为工具通过调整激光工艺参数完成。热处理分层厚度取决于零件材料、零件壁厚和零件结构。
作为可以优选的，机械加工工艺利用多轴高速铣削加工实现，机械加工的每一层根据零件精度要求依照被加工所在层零件轮廓分多层铣削完成。机械加工的分层厚度取决于零件结构间间隙和所选用的刀具，切削工艺参数。
3D打印工艺方法在一台机床上连续、自动完成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。