一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法技术

本发明专利技术属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，在采用激光3D打印技术，以具有奥氏体‑马氏体相变转换的Fe基复合粉末为3D打印专用粉末，按照激光3D打印工艺数据库中预存的待加工工件的几何模型分层离散设计的二维切片

A method for automatically adjusting laser forming accuracy based on phase transformation size effect

The invention belongs to the field of laser material increasing manufacturing technology, and specifically involves a method for automatic control of laser processing precision based on the phase change size effect. In the laser 3D printing technology, a Fe based composite powder with austenitic martensitic transformation is used to print special powder for 3D, and it is preformed in the database of laser 3D printing process. Two dimensional slicing discrete design of the geometric model of the workpiece to be processed

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法
本专利技术属于激光增材制造
，涉及激光加工成形的精度控制，具体涉及一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法。
技术介绍
激光增材制造技术是一种基于材料逐层叠加成形的激光快速制造技术。近几年来基于激光成形设备的快速进步(表现为先进光纤激光器激光聚焦光斑的细化、铺粉精度的提高等)，激光增材制造技术的应用已不仅仅局限于复杂结构件的直接成形，其在精密薄壁多孔材料、生物材料及特殊功能材料的直接制造的应用正日趋受到关注。铁基材料(主要是钢)是激光增材制造研究最早的材料体系，也被认为是最适合激光加工的材料体系之一(铁基合金粉末具有较高的激光吸收率同时钢熔体的润湿性较好)，因此铁基合金激光加工产品在工业上得到广泛的应用。然而，由于激光加工过程中熔池的快速冷却(冷却速度可达107K/s)，大多数钢铁材料会发生马氏体相变。马氏体相变是一种无扩散型相变，过饱和的碳原子使晶格发生畸变从而产生尺寸效应，这使得激光加工成形的铁基精密薄壁二维切片的尺寸难以控制。同时，激光加工薄壁二维切片时极易产生“球化”效应，从而增加了精密薄壁二维切片的加工难度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，在采用激光3D打印技术，以具有奥氏体‑马氏体相变转换的Fe基复合粉末为3D打印专用粉末，按照激光3D打印工艺数据库中预存的待加工工件的几何模型分层离散设计的二维切片

【技术特征摘要】
1.一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，在采用激光3D打印技术，以具有奥氏体-马氏体相变转换的Fe基复合粉末为3D打印专用粉末，按照激光3D打印工艺数据库中预存的待加工工件的几何模型分层离散设计的二维切片信息逐层打印时，均对打印获得的每一层实际二维截面进行尺寸精度管控：若实际二维截面的外形轮廓尺寸与对应的设计二维切片的尺寸信息相比，满足预设尺寸精度要求时，则进行下一层设计的二维切片的打印；若实际的二维截面的外形轮廓尺寸与对应的设计二维切片的尺寸信息相比，不满足预设尺寸精度要求时，则采用相变尺寸效应技术，促使实际的二维截面在以诱导激光工艺参数运行的激光打印系统的再次扫描打印下，完成诱导相变激光打印；诱导相变激光打印能够促使实际的二维截面发生相变尺寸效应，产生诱导相变，直至实际的二维截面经诱导相变后的外形轮廓尺寸与对应的设计二维切片的尺寸信息相比，满足预设尺寸精度要求；其中，i为待加工工件的几何模型分层离散的设计的二维切片的数量，取值为1,2,3……n。2.根据权利要求1所述基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，实际的二维截面的外形轮廓尺寸通过CCD高速摄像机拍摄获取；诱导激光工艺参数根据实际的二维截面的外形轮廓尺寸与对应的设计二维切片的尺寸信息相比后，得到的尺寸误差大小来确定。3.根据权利要求1或2所述基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，所述Fe基复合粉末包括Fe基合金和奥氏体-马氏体转变控制剂；Fe基合金的平均粒度为20μm，包括合金元素Ni、Mn、Cr，各合金元素的质量百分比依次为3.8％～4.2％、1.6％～2.2％、1.0％～1.4％；奥氏体-马氏体转变控制剂为WC陶瓷颗粒，质量分数为20～25％，平均粒度为5μm；余量为Fe。4.根据权利要求3所述基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，所述WC陶瓷颗粒作为奥氏体-马氏体转变控制剂加入到Fe基合金中，通过球磨的方式制成Fe基复合粉末；球磨工艺参数是：球料比4：1，转速200～300rpm，球磨时间3～5h。5.根据权利要求3所述基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，激光3D打印工艺数据库中，打印设计的二维切片时，需要控制激光的激光线能量密度η介于200.0J/m至250.0J/m之间，扫描间距为60μm，铺粉厚度为30μm；其中，激光线能量密度η为激光功率与扫描速度之比。6.根据权利要求3所述基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法，其特征在于，实际的二维截面的外形轮廓尺寸与对应的设计二维切片的尺寸信息相比后：若实际的二维截面的外形轮廓尺寸大于对应的设计二维切片的尺寸信息时，在设定诱导激光工艺参数中，采用大于打印实际的二维截面时的激光能量密度，即激光扫描速度保持不变，激光功率大于打印实际的二维截面时的激光功率，以对实际的二维截面中进行尺寸缩小的诱导相变，具体诱导过程为：促进实际的二维截面中WC陶瓷颗粒的溶解以及W原子的固溶，降低马氏体临界开始转变温度，从而抑制诱导相变处理的二维截面中过冷奥氏体向马氏体转变，进而控制尺寸膨胀，使得经诱导相变后的实际的二维截面的外形轮廓尺寸能够与设计二维切片的尺寸信息靠近，实现两者的尺寸误差满足预设的精度要求；若实际的二维截面的外形轮廓尺寸小于对应的设计二维切片的尺寸信息时，在设定诱导激光工艺参数中，采用低于打印实际的二维截面时的激光能量密度，即激光功率保持不变，激光扫描速度大于打印实际的二维截面时...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾冬冬，陈洪宇，戴冬华，马成龙，夏木建，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32