一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法技术

本发明专利技术公开了一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法，设计激光熔覆技术领域，具体过程为：在激光头匀减速运动至静止的每个等分时间段内，基材接受的能量相同，通过激光功率下降的时间使用for循环，设置循环次数。该单道路径优化方法提高了LENS单层打印的平整度、打印金属零部件的精度，同时提升了打印效率，使得LENS的适用范围更加广泛。LENS的适用范围更加广泛。LENS的适用范围更加广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法


[0001]本专利技术涉及激光熔覆
，具体地，涉及一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法。

技术介绍

[0002]目前，激光3D打印高性能金属零部件技术主要有两种典型方法，一种是基于同步送粉的激光熔覆沉积技术LENS(Laser Engineered Net Shaping)，另外一种是基于铺粉的选区激光熔融技术SLM(Selective Laser Melting)，LENS的工艺过程在充满氩气的密封工作腔内进行，工作腔内的氧气和水份含量保持低于10ppm，以确保部件的洁净和防止材料的氧化；金属粉末原料是由专有的、可精确调控流量的粉末输运系统传送到喷头处，当完成了一个单层材料的熔融堆积之后,粉末喷头就会继续移动到下一层，这样,整个固体部件就可以逐层被构造出来。
[0003]上述两种方法在实际技术零部件制造中SLM应用较广，而LENS应用相对较少，其主要原因为LENS打印精度较低且工艺控制复杂，由于在打印复杂零件时无法保证每层高度一致，在堆叠多层后使得表面高低不平越专利技术显，而由于同轴送粉，工作面与喷嘴的距离直接影响能量密度、粉末熔融量等参数，进一步加剧这种高低不平。通常可以通过耦合减材加工来处理这种情况，即将表面通过车削加工平整，继续进行后续的堆叠打印，但这种方法也仅仅局限于结构可进行减材加工的前提下，如果无法在中间层进行机加，则该零件无法用LENS制造。
[0004]虽然LENS存在上述的工艺问题，但同时该方法具有SLM不具备的一些优势，如打印零件尺寸范围较大，且较SLM效率要高。如果能有效地解决LENS打印过程中层间高低不平的问题，可进一步提高该打印方法的精度，进而扩大其适用范围，提高金属零部件的打印效率，降低打印成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法，提高了LENS单层打印的平整度、打印金属零部件的精度，同时提升了打印效率，使得LENS的适用范围更加广泛。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法，具体过程如下：在激光头匀减速运动至静止的每个等分时间段内，基材接受的能量相同，扫描速度为v时的激光功率P
v
满足：
[0007]P0＝P
v
‑
a
P
*t
[0008]其中，P0为扫描速度为0时的激光功率，P0＞0，a
p
为功率变化参数，t为激光功率由P
v
降至P0所需的时间；
[0009]在激光头由扫描速度v匀减速运动至静止的距离中，使用for循环，设置循环次数为t/Δt，Δt为每次循环的时间间隔。
[0010]进一步地，所述每次循环的时间间隔Δt的最小值大于激光器功率信号反馈时间。
[0011]进一步地，所述每次循环的时间间隔Δt，激光头下降的距离，其中，z为激光头从粉焦中心下移直至熔池内粉末量为0的距离。
[0012]进一步地，所述每次循环的时间间隔Δt，功率下降a
P
*Δt。
[0013]进一步地，所述每次循环的时间间隔Δt，光斑直径增加的距离，其中，d为原光斑直径。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0015](1)解决了熔池内能量随熔覆头扫描速度的加减速变化而变化的问题，使得无论扫描速度在一定范围内如何变化，均可以保证熔池内的能量恒定；
[0016](2)解决了熔池内熔融粉末量由于熔覆头扫描速度的加减速变化而变化的问题，使得无论扫描速度在一定范围内如何变化，均可以保证熔池内的熔融粉末量恒定；
[0017](3)通过实时调节熔池内能量与质量，使得二者始终保持一个恒定的值，进而使得单道熔宽、熔高及成型外形的变化降到最低，提高LENS单层打印的平整度，提高了该工艺打印金属零部件的精度，提升了打印效率，使得LENS的适用范围更加广泛。
附图说明
[0018]图1为喷嘴端粉末流与基材相对位置图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步地解释说明。
[0020]本专利技术提供了一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法，具体过程如下：在激光头匀减速运动至静止的每个等分时间段内，基材接受的能量相同，扫描速度为v时的激光功率P
v
满足：
[0021]P0＝P
v
‑
a
P
*t
[0022]其中，P0为扫描速度为0时的激光功率，考虑到金属熔化需要达到一定熔点，P0＞0，a
P
为功率变化参数，t为激光功率由P
v
降至P0所需的时间；
[0023]在激光头由扫描速度v匀减速运动至静止的距离中，使用for循环，设置循环次数为t/Δt，Δt为每次循环的时间间隔，每次循环的时间间隔Δt的最小值大于激光器功率信号反馈时间；每次循环的时间间隔Δt，功率下降a
P
*Δt，可基本实现熔池内的能量恒定的目的。
[0024]在熔池能量恒定后，如果不调节熔池的瞬时送粉量，势必熔池中的粉末会逐渐增加，所以需要将瞬时送粉量以类似功率变化的规律进行减小。但是通常粉末是由气载送粉的方式填料，在粉罐与喷嘴之间有一段几米的软管作为粉末路径，而粉末移动速度较慢，无法使得喷嘴端送粉量在极短时间内(ms级)发生变化，类似功率变化的控制方式无法达到目的。
[0025]如图1，虚线为不同的基材表面与粉末流的相对位置，当基材表面在位置2时，粉末的汇聚性最好，进入熔池内的粉末量最大，但当基材表面从位置2移动到位置1的过程中，熔池内的粉末量会逐渐减少知道接近0，此时喷嘴端的送粉量并没有变化，但进入熔池的送粉量发生了变化，所以可以在熔覆过程中通过控制喷嘴和基材的距离来实现瞬时改变熔池内
粉末量的目的。因此，每次循环的时间间隔Δt，激光头下降的距离，其中，z为激光头从粉焦中心下移直至熔池内粉末量为0的距离，可基本实现熔池粉末量恒定的目的，通过下述公式计算出a
z
；
[0026][0027]同时，激光头下移会导致光斑变小，这种变化会增加熔深和减小熔宽，要解决这个问题，使得激光头在下移过程中，基材表面光斑大小保证不变，可通过激光头自带自动控制光斑大小来进行调节，使得每次循环的时间间隔Δt，光斑直径增加的距离，可基本实现基材表面的实时光斑大小不变的目的，通过下述公式计算出a
d
：
[0028][0029]其中，d为原光斑直径，d0为不进行光斑调节的情况下光斑下移距离z后的光斑大小(d0＜d)。
[0030]至此，关于熔池尺寸，熔池能量，熔池粉末量在扫描速度减小后保持恒定的目的已经达到，实际中一般减速后会马上加速回到扫描速度v，还需增加加速过程的控制方法，与减速相反即可，不做累述。增减速控制程序编程完成后该部分程序进行封装，作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光送粉打印工艺单道路径优化方法，其特征在于，具体过程如下：在激光头匀减速运动至静止的每个等分时间段内，基材接受的能量相同，扫描速度为v时的激光功率P
v
满足：P0＝P
v
‑
a
P
*t其中，P0为扫描速度为0时的激光功率，P0>0，a
P
为功率变化参数，t为激光功率由P
v
降至P0所需的时间；在激光头由扫描速度v匀减速运动至静止的距离中，使用for循环，设置循环次数为t/Δt，Δt为每次循环的时间间隔。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾敏，
申请(专利权)人：南通星舟光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：