一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置，包括：(Ⅰ)激光束采用条带扫描的方式沿构建的零件模型的切片实体区域进行扫描熔化凝固，控制扫描熔化凝固过程中的激光工艺参数；沿切片外轮廓线进行扫描熔化凝固，得到零件成型层；(Ⅱ)成型舱内的锰铜合金粉末下移，补充锰铜合金粉末填满成型舱，激光再次熔化凝固钛合金粉末，逐层堆积直至形成完整的成型零件；(Ⅲ)在真空环境中，对成型零件重复进行至少两次热处理过程，每次热处理过程包括依次进行的加热、保温和冷却，严格控制热处理过程的工艺参数。通过对激光工艺参数和热处理工艺参数的严格控制提高了M2052锰铜合金结构件的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置
本专利技术属于增材制造
，涉及一种激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置，尤其涉及一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置。
技术介绍
激光选区熔化成形技术作为增材制造技术的一种实施方式，由粉床选区激光烧结技术发展而来，以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将铺洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积，从而形成金属零件的制造技术。其基本原理为：首先，利用切片技术将连续的三维CAD数模离散成具有一定层厚及顺序的分层切片；第二，提取每一层切片所产生的轮廓并根据切片轮廓设计合理的激光器扫描路径、激光扫描速度、激光强度等，并转换成相应的计算机数字控制程序；第三，计算机控制可升降系统上升，粉末碾轮将粉末从粉末储存室推送到零件成形室工作台上的基板，同时激光器在计算机指令控制下，按照预先设置的扫描程序进行扫描，溶化铺洒在基板上的粉末，熔覆生成与这一层形状、尺寸一致的熔覆层；最后，粉末储存室上移而零件成形室下移一个切片厚度并重复上述过程，逐层熔覆堆积直到形成CAD模型所设计的零件。激光选区熔化成形技术突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，可根据零件三维数模，利用金属粉末无需任何工装夹具和模具，直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。激光选区熔化成形技术通常采用粒径30μm左右的超细粉末为原材料，通常铺粉厚度＜100μm(最薄铺粉厚度可达20μm)，每个加工层控制的很薄，可达到30μm。另外该技术还使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度(可达0.1mm)以及优异的表面质量(粗糙度Ra可达30～50μm)，该技术具有精度高、表面质量优异等特点，制造的零件只需进行简单的喷砂或抛光即可直接使用。由于材料及切削加工的节省，其制造成本可降低20％～40％，生产周期也将缩短80％。锰铜合金是一种高阻尼减振合金，M2052具有良好的减振性能、综合力学性能及机械加工性能，是应用较广泛的一种高阻尼减振锰铜合金。目前M2052锰铜合金的制造方法为传统的铸锻方法，对成形零件具有很大的几何局限性，生产周期长，而且在熔炼及后续热加工过程中容易氧化和挥发，严重影响材料的力学性能和减振阻尼性能；激光选区熔化技术(SelectiveLaserMelting，SLM)是从20世纪80年代开始发展的一种快速成形技术，它突破了传统加工方法减材制造的概念，采用添加材料的方法成形零件，特别适用于传统方法难以成形的构件，可显著缩短零件制造周期，增强产品竞争优势，尤其利于复杂形状、多品种小批量零件的生产，所成形零件的致密度高，具有快速凝固的组织特征，而且在密闭惰性环境下成形材料，可以避免零件成形过程中的氧化，具有较好的力学性能，能够直接满足使用要求的零件生产加工。而不同材料激光成形工艺差别较大，目前增材制造技术在TC4钛合金、不锈钢、高温合金、铝合金等材料领域实现了较大程度的应用，但是相对传统制造技术而言，应用增材制造技术的材料种类仍然较少，材料的激光增材制造成形工艺是该技术应用的关键，目前对于锰铜合金，因为其中含有较多的锰在成形过程激光作用下锰容易挥发形成孔洞和裂纹，增材制造成形工艺困难，目前还没有成形质量较好的SLM成形工艺。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置，尤其针对M2052锰铜合金的成型制造提供了一种激光选区熔化的增材制造方法，减少了M2052锰铜合金材料的浪费和降低了复杂结构件和组件的生产制造周期，能够促进M2052锰铜合金在各领域的应用，通过增材制造技术和热处理提高M2052锰铜合金结构件的力学性能。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法，所述的增材制造方法包括：(Ⅰ)成型舱内填满锰铜合金粉末，刮平锰铜合金粉末表面，激光束采用条带扫描的方式沿构建的零件模型的切片实体区域进行扫描熔化凝固，控制扫描熔化凝固过程中的激光工艺参数包括：光斑直径为80～120μm，激光功率为240～300W，激光扫描速度为1000～1200mm/s，相邻激光线扫描间距为0.15～0.19mm；实体区域扫描融化凝固结束后，沿切片外轮廓线进行扫描熔化凝固，得到零件成型层；(Ⅱ)成型舱内的锰铜合金粉末下移30～50μm，补充锰铜合金粉末填满成型舱，激光再次熔化凝固钛合金粉末，逐层堆积直至形成完整的成型零件；(Ⅲ)在1×10-1Pa以下的真空环境中，对成型零件重复进行至少两次热处理过程，每次热处理过程包括依次进行的加热、保温和冷却，第一次热处理过程的加热温度为800～900℃，第一次热处理过程的保温时间为1～2h，第一次热处理过程在惰性气氛下冷却；第二次热处理过程的加热温度为400～500℃，第二次热处理过程的保温时间为4～6h。本专利技术特别针对锰铜合金的成型制造提供了一种激光选区熔化的增材制造方法，尤其针对M2052锰铜合金的成型制造提供了一种激光选区熔化的增材制造方法，减少了M2052锰铜合金材料的浪费和降低了复杂结构件和组件的生产制造周期，能够促进M2052锰铜合金在各领域的应用，通过增材制造技术和热处理提高M2052锰铜合金结构件的力学性能。本专利技术步骤(Ⅰ)中，激光工艺参数直接影响了激光选区熔化成型的质量，不匹配的激光工艺参数会引起成型后的零件内部出现缺陷包括孔洞、裂纹和气孔等，激光工艺参数需要结合激光选区熔化成形工艺的成形层厚、材料的热物理化学特性例如比热容、热导率等以及粉末性能比如粉末粒径、化学成分等进行选择试验研究来确定选择。具体而言，对实体区域扫描融化凝固所采用的激光工艺参数分别选择为：(1)光斑直径特别选择为80～120μm，例如可以是80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm或120μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。激光工艺参数中光斑直径的大小决定了组织晶粒的大小，同时光斑直径的大小决定了打印过程中成形表面的精度和粗糙度，如果光斑直径过大对于带有小角度的结构或者带有棱角的结构将难以保证很好的成形精度，光斑是近似圆形，定位激光路径是对光斑中心，这样一来对于一些细微结构过大的管斑直径难以保证表面精度及尺寸精度。(2)激光功率特别选择为240～300W，例如可以是240W、250W、260W、270W、280W、290W或300W，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。激光功率的大小直接影响成形中的热能量的输入，对于激光功率而言，当激光功率超过300W时，意味着激光作用区域内能量较高，金属粉末产生了汽化，熔体粉末减少形成的孔洞增大；此外高功率下热输入量较大，熔池中心和边缘温度梯度较大，产生较大的热应力和组织应力，易形成了较多的裂纹，且激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法，其特征在于，所述的增材制造方法包括：/n(Ⅰ)成型舱内填满锰铜合金粉末，刮平锰铜合金粉末表面，激光束采用条带扫描的方式沿构建的零件模型的切片实体区域进行扫描熔化凝固，控制扫描熔化凝固过程中的激光工艺参数包括：光斑直径为80～120μm，激光功率为240～300W，激光扫描速度为1000～1200mm/s，相邻激光线扫描间距为0.15～0.19mm；实体区域扫描融化凝固结束后，沿切片外轮廓线进行扫描熔化凝固，得到零件成型层；/n(Ⅱ)成型舱内的锰铜合金粉末下移30～50μm，补充锰铜合金粉末填满成型舱，激光再次熔化凝固钛合金粉末，逐层堆积直至形成完整的成型零件；/n(Ⅲ)在1×10

【技术特征摘要】
1.一种用于锰铜合金成型的激光选区熔化的增材制造方法，其特征在于，所述的增材制造方法包括：
(Ⅰ)成型舱内填满锰铜合金粉末，刮平锰铜合金粉末表面，激光束采用条带扫描的方式沿构建的零件模型的切片实体区域进行扫描熔化凝固，控制扫描熔化凝固过程中的激光工艺参数包括：光斑直径为80～120μm，激光功率为240～300W，激光扫描速度为1000～1200mm/s，相邻激光线扫描间距为0.15～0.19mm；实体区域扫描融化凝固结束后，沿切片外轮廓线进行扫描熔化凝固，得到零件成型层；
(Ⅱ)成型舱内的锰铜合金粉末下移30～50μm，补充锰铜合金粉末填满成型舱，激光再次熔化凝固钛合金粉末，逐层堆积直至形成完整的成型零件；
(Ⅲ)在1×10-1Pa以下的真空环境中，对成型零件重复进行至少两次热处理过程，每次热处理过程包括依次进行的加热、保温和冷却，第一次热处理过程的加热温度为800～900℃，第一次热处理过程的保温时间为1～2h，第一次热处理过程在惰性气氛下冷却；第二次热处理过程的加热温度为400～500℃，第二次热处理过程的保温时间为4～6h。


2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述的锰铜合金粉末为M2052锰铜合金粉末；
优选地，所述的锰铜合金粉末的霍尔流速≤50s；
优选地，所述的锰铜合金粉末在成型舱内的松装密度≥3.5g/cm3；
优选地，所述的锰铜合金粉末的球形率≥90％。


3.根据权利要求1或2所述的增材制造方法，其特征在于，所述的锰铜合金粉末的粒径在15～53μm范围内呈正态分布；
优选地，所述的锰铜合金粉末中粒径≤15μm的粉末颗粒数量占10％以下；
优选地，所述的锰铜合金粉末中粒径≤20μm的粉末颗粒数量占50％以下；
优选地，所述的钛合金粉末中粒径≥30μm的粉末颗粒数量占50％以下；
优选地，所述的锰铜合金粉末中粒径＜50μm的粉末颗粒数量占90％以上。


4.根据权利要求1-3任一项所述的增材制造方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述条带的宽度为5～8mm；
优选地，相邻两条条带的间距为0mm；
优选地，相邻两层零件成型层中，激光扫描的条带旋转60～70°；
优选地，同一条带内的相邻两条激光扫描线的方向相反。


5.根据权利要求1-4任一项所述的增材制造方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，对切片外轮廓进行熔化凝固成型的激光工艺参数包括光斑直径、激光功率、激...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪承杰，
申请(专利权)人：飞而康快速制造科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32