一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法技术

本发明专利技术提出了一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，通过在增材制造过程中对零件边缘进行两次勾边操作，首次勾边扫描时通过激光功率、扫描速度等参数的调节放大粉末剥蚀效应，在熔化道两侧形成无粉区/凹沟，保证后续不会有新的粉末黏附，二次勾边扫描只需将已黏附的粉末重熔即可实现侧壁粉末无黏附/少黏附的目标。本发明专利技术提出了一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，适用于金属、复合材料、陶瓷等大多数可用于激光选区熔化增材制造的粉末材料。激光选区熔化增材制造的粉末材料。激光选区熔化增材制造的粉末材料。

【技术实现步骤摘要】
一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，涉及一种减少激光选区熔化成形件表面粉末黏附的工艺方法，尤其涉及一种利用粉末剥蚀减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法。

技术介绍

[0002]激光选区熔化增材制造技术是利用高能激光束有选择地熔化预先铺置的金属粉末薄层并待其凝固成形，经过逐层堆积后，得到高致密度、高精度的三维金属零件。但激光选区熔化增材制造零件表面黏附着大量的未完全熔化的粉末，从而形成表面缺陷。粉末黏附缺陷是影响激光选区熔化增材制造零件力学性能尤其疲劳性能主要的因素之一。
[0003]目前去除激光选区熔化增材制造零件表面黏附粉末的方法有喷砂、化学溶剂腐蚀、电化学腐蚀、磨粒流冲刷等抛光方式，对于裸露在外的区域能够取得较好的效果，但对于具有复杂内流道、复杂内腔或点阵结构的零部件很难实现精确且均匀的表面去除。因此亟需可减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法。

技术实现思路

[0004](一)技术问题
[0005]为解决激光选区熔化增材制造零件表面，尤其是具有复杂内流道、复杂内腔或点阵结构的激光选区熔化增材制造零部件表面上黏附未完全熔化粉末，形成黏附缺陷，严重影响零件力学性能尤其疲劳性能的技术问题，本专利技术提出了一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，通过在增材制造过程中对零件边缘进行两次勾边操作，首次勾边扫描时通过激光功率、扫描速度等参数的调节放大粉末剥蚀效应，在熔化道两侧形成无粉区/凹沟，保证后续不会有新的粉末黏附，二次勾边扫描只需将已黏附的粉末重熔即可实现侧壁粉末无黏附/少黏附的目标。本专利技术提出了一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，适用于金属、复合材料、陶瓷等大多数可用于激光选区熔化增材制造的粉末材料。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下步骤：
[0009]SS1.在激光选区熔化增材制造过程中，内部区域按照适用于对应材料的常规参数进行激光扫描；
[0010]SS2.在零件边缘进行勾边操作时，通过参数调节放大粉末剥蚀效应，在熔化道外围形成无粉或凹沟的剥蚀区；
[0011]SS3.在步骤SS2的基础上，对零件边缘进行第二次勾边操作，通过调节参数实现精准控制热影响区，减少或避免过熔导致熔池外延或向下流动黏附新的粉末。
[0012]优选地，步骤SS2中，通过增加激光功率、降低激光扫描速度、和/或降低成型仓压强的方式进行参数调节。
[0013]优选地，步骤SS2及SS3的两次勾边扫描，通过变换起止位置或者停顿一定时间来减少热应力累积导致的翘曲变形。
[0014]优选地，步骤SS3中，通过调节激光的光斑半径、激光功率、和/或扫描速度参数大小实现对热影响区的精准控制。
[0015]本专利技术的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法中，首次勾边扫描已在熔化道边缘形成剥蚀区，二次勾边扫描时不会有新的粉末黏附，只需将已黏附的粉末熔化便可实现侧壁粉末无黏附/少黏附的目标。
[0016](三)技术效果
[0017]同现有技术相比，本专利技术创造的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，具有以下显著的技术效果和优点：
[0018](1)本专利技术创造的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，可显著减少激光选区熔化增材制造零件表面的粉末黏附现象，减少表面缺陷，提高表面光洁度，减少微小的应力集中点和可能的裂纹源头，从而提高零件力学性能尤其疲劳性能。
[0019](2)本专利技术创造的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，可实现具有复杂内流道、复杂内腔或点阵结构的零部件高精度、高表面光洁度的成形制造，免去表面黏附粉末的去除工序。
附图说明
[0020]图1为内部打印减弱剥蚀效应示意图。
[0021]图2为首次勾边形成剥蚀区示意图。
[0022]图3为二次勾边扫描开始示意图。
[0023]图4为二次勾边熔化已黏附粉末示意图。
[0024]图5为试件1～4形貌及其粗糙度示意图，图中，(A)为试件1形貌及其粗糙度，(B)为试件2形貌及其粗糙度示意图，(C)为试件3形貌及其粗糙度示意图，(D)为试件4形貌及其粗糙度示意图。
具体实施方式
[0025]为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。需要说明的是，以下所述仅为本专利技术的较佳实施例，但本专利技术的内容不局限于下面的实施例。实际上，在未背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中进行各种修改和变化，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，意图是本专利技术将这样的修改和变化包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。
[0026]为解决激光选区熔化增材制造零件表面，尤其是具有复杂内流道、复杂内腔或点阵结构的激光选区熔化增材制造零部件表面上黏附未完全熔化粉末，形成黏附缺陷，严重影响零件力学性能尤其疲劳性能的技术问题，基于在激光选区熔化增材制造过程中，当激
光功率较大且激光扫描速度较低时，由于金属蒸气的高速喷射可能推开熔化道两侧的粉末，高速蒸汽喷射也可能带动熔化道周围气体运动从而夹带颗粒飞出，从而使得熔化道两侧出现无粉区(此现象叫做粉末剥蚀现象，该无粉区叫做粉末剥蚀区)。本专利技术提出了一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，通过在增材制造过程中对零件边缘进行两次勾边操作，首次勾边扫描时通过激光功率、扫描速度等参数的调节放大粉末剥蚀效应，在熔化道两侧形成无粉区/凹沟，保证后续不会有新的粉末黏附，二次勾边扫描只需将已黏附的粉末重熔即可实现侧壁粉末无黏附/少黏附的目标。
[0027]具体地，如图1～4所示，本专利技术提出的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，按照如下步骤进行实施：
[0028]激光选区熔化增材制造过程中，内部区域按照适用于对应材料的常规参数进行激光扫描，如图1所示；
[0029]在零件边缘进行勾边操作时，可通过参数调节(如增加激光功率、降低扫描速度、降低成型仓压强等方法)放大粉末剥蚀效应，在熔化道外围形成无粉/凹沟的剥蚀区，该过程只在边缘发生，对整个微桁架内部成形质量的影响较小，如图2所示；
[0030]然后进行第二次勾边，需要通过光斑半径、功率、扫描速度等参数的调节精准控制热影响区，减少/避免过熔导致熔池外延或向下流动黏附新的粉末，如图3所示。两次勾边扫描可通过变换起止位置或者停顿一定时间来减少热应力累积导致的翘曲变形等情况。
[0031]如此首次勾边扫描已在熔化道边缘形成剥蚀区，二次勾边扫描时不会有新的粉末黏附，只需将已黏附的粉末熔化便本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下步骤：SS1.在激光选区熔化增材制造过程中，内部区域按照适用于对应材料的常规参数进行激光扫描；SS2.在零件边缘进行勾边操作时，通过参数调节放大粉末剥蚀效应，在熔化道外围形成无粉或凹沟的剥蚀区；SS3.在步骤SS2的基础上，对零件边缘进行第二次勾边操作，通过调节参数实现精准控制热影响区，减少或避免过熔导致熔池外延或向下流动黏附新的粉末。2.根据权利要求1所述的减少激光选区熔化增材制造零件表面粉末黏附的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊，李恺伦，杜宝瑞，袁怡祥，张晓峰，李浩，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：