【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料制备，具体涉及一种光粉强耦合的激光增材制造方法。
技术介绍
1、激光立体成形技术具有成形自由度高、成形周期短等优点，可实现零件“自由制造”，打破了许多复杂结构零件的成形桎梏，大大减少了加工工序，缩短了加工周期，在航空航天复杂构件快速制造方面取得了广泛应用。然而由于激光立体成形的原理限制，即将粉体材料送入熔化的基材从而达到材料增材制造的目的，大部分激光能量用于熔化基材，而导致为熔覆层增长做出主要贡献的粉末所得到的能量较低，因此这种增材制造方法的能量利用率低。由于熔池对粉末的熔化能力有限，激光立体成形技术对粉末粒径也有一定的要求，导致沉积效率受限、材料成本较高。且由于粉末与熔池的交互作用无法改变，整体成形过程中组织的可调控空间较小。
2、现有研究集中在通过改善喷嘴结构优化粉末汇聚特性、调整光源模式、调整光斑大小等方式来优化激光立体成形工艺，这些优化本质上属于增材设备的优化，并没有突破增材制造工艺本身的限制。而通过增加光粉交互距离是一种有效的提高增材制造工艺沉积率的增材制造工艺，但是短距离的光粉交互并不能从本质上解决现有问题，部分长交互距离的研究则通过大粉斑和小光斑来得到更长的光粉交互距离，但是粉末利用率较低且光粉耦合距离仍作为一个定值，难以有效调控。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光粉强耦合的激光增材制造方法，以解决现有技术中能量利用率低、成形工艺调控范围窄等问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用
3、一种光粉强耦合的激光增材制造方法，包括以下步骤：
4、步骤1，调节激光增材制造设备中的喷嘴与激光头，使得喷嘴中轴线与激光同轴线；
5、步骤2，激光增材制造熔覆层，循环往复沉积金属试样，直到成形得到金属零件；
6、制造过程中，通过调整基板的位置，调整送粉喷嘴与基板之间的距离，使得粉斑直径在达到设定直径以前时，粉斑直径均小于等于激光直径，使得送粉喷嘴喷出粉末质量x％以上的粉末，在到达基板前未逃逸到激光外部。
7、本专利技术的进一步改进在于：
8、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，基板上的粉斑直径≤激光直径。
9、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，每沉积一层，喷嘴与基板间距增加一次，增加值为单道厚度的2/3。
10、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，光斑直径由成形的离焦量确定，通过调整送粉喷嘴位置可以调整光斑直径。
11、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，粉斑直径由喷嘴结构和送粉气流共同决定。
12、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，粉末粒径为50～200μm。
13、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，送粉量为3-20cm3/min。
14、优选的，步骤2的激光增材制造过程中，氧气含量小于100ppm。
15、优选的，步骤2中，所述设定直径为2-8mm。
16、优选的，所述x％为80％。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、针对现有研究现状，本专利技术公开了一种光粉强耦合的激光增材制造方法，该方法通过调整粉末流与激光的交互作用改变激光立体成形技术原理，光粉长程长时间耦合改变粉末到达熔池时的状态，具体的步骤包括：一、采用激光增材制造方法在基材上沉积；二、粉末与激光同轴且都垂直于沉积平面，粉末材料与激光交互距离可调节；三、在到达基材前粉末汇聚直径小于激光的直径；四、通过调节激光与粉末的交互时长可以调节粉末到达基材时的状态。本专利技术通过调整激光增材制造中粉末流的形态，避免了基材过热引起的能量浪费，有效提高了能量利用率和粉末利用率，降低了增材制造工艺的残余应力、扩宽了工艺窗口和更多的组织选择，在1200w下可实现233cm3/h的沉积率，较传统工艺能量利用率提升超过100％，最终成形tc4试样组织为全等轴组织，证明该工艺有效的扩宽了增材制造的应用范围，同时有效扩宽适用增材制造的材料种类的潜力。该方法可以有效改善增材制造的激光-粉末-熔池交互方式从而提高能量利用率、降低材料成本、增大组织可调控区间。
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1.一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，基板上的粉斑直径≤激光直径。
3.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，每沉积一层，喷嘴与基板间距增加一次，增加值为单道厚度的2/3。
4.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，光斑直径由成形的离焦量确定，通过调整送粉喷嘴位置可以调整光斑直径。
5.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，粉斑直径由喷嘴结构和送粉气流共同决定。
6.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，粉末粒径为50～200μm。
7.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，送粉量为3-20cm3/min。p>
8.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，氧气含量小于100ppm。
9.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2中，所述设定直径为2-8mm。
10.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2中，所述x％为80％。
...【技术特征摘要】
1.一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，基板上的粉斑直径≤激光直径。
3.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，每沉积一层，喷嘴与基板间距增加一次，增加值为单道厚度的2/3。
4.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，光斑直径由成形的离焦量确定，通过调整送粉喷嘴位置可以调整光斑直径。
5.根据权利要求1所述的一种光粉强耦合的激光增材制造方法，其特征在于，步骤2的激光增材制造过程中，粉斑直径由喷嘴...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭华，郝志伟，王永霞，范伟，刘雨情，林鑫，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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