一种无周期性层带效应的激光金属3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种获得无周期性层带效应的激光金属3D打印方法。首先将基材预热至300℃，对工艺窗口进行优化，在该优化工艺窗口下，对初步优化参数下的熔池形貌及温度场进行计算；提取模拟熔池的热影响区与熔池中心的定点热循环曲线，计算熔池纵截面热影响区的平均长度L与熔池的生存时间t；调节激光功率P与扫描速度V，使L≥1.2Z且t≥1s；优化工艺参数：激光功率P：600‑800W，扫描速度V：5‑7mm/s，送粉量：6‑10g/min，光斑直径：1.5‑2.5mm，高度方向增量Z为0.2～0.3毫米/层；最终获得组织均匀的成形件。本发明专利技术消除了层带现象并均匀化工件显微组织，操作简便、响应速度快。

A laser metal 3D printing method without aperiodic layer effect

The invention discloses a laser metal 3D printing method for obtaining aperiodic band effect. Firstly, the substrate was preheated to 300, and the process window was optimized. Under the optimized process window, the pool morphology and temperature field were calculated under the preliminary optimized parameters. Fixed-point thermal cycle curves of simulated pool heat affected zone and pool center were extracted, and the average length L of pool longitudinal heat affected zone and pool growth were calculated. The laser power P and scanning speed V are adjusted to make L (> 1.2Z) and t (> 1s); the processing parameters are optimized: laser power P: 600 800W, scanning speed V: 5_7mm/s, powder feeding rate: 6_10g/min, spot diameter: 1.5_2.5mm, height increment Z: 0.2-0.3mm/layer; and eventually a uniform formed part is obtained. The invention eliminates the phenomenon of layer and uniform microstructure of chemical parts, and has simple operation and fast response speed.

【技术实现步骤摘要】
一种无周期性层带效应的激光金属3D打印方法
本专利技术涉及激光金属材料加工领域，尤其涉及一种无周期性层带效应的激光金属3D打印方法。
技术介绍
激光金属3D打印技术，又称“激光金属3D打印技术”，是一种将激光熔覆与快速原型技术相结合的先进制造技术。该技术基于“分层制造，离散堆积”原理，可直接根据零件的三维CAD模型快速成形出实体零件，具有材料利用率高、生产周期短、成形受限小、无需模具等特点，尤其适用于复杂大型整体部件的直接成形、磨损零件的快速修复及个性化产品的直接定制，在航空航天、国防军工及生物医用领域具有广泛的应用前景。激光金属3D打印过程是一个材料快速加热熔化并快速凝固的过程，熔池具有温度梯度高、冷却速率快等特点。此外，激光金属3D打印是通过逐层累加方式来实现三维零件的成形，基材或已沉积层会受到后续层沉积过程中的再热影响。基于上述激光金属3D打印的特点，3D打印零件的组织及性能具有特殊性：1)粗糙的柱状晶从底部外延生长；2)晶内为细小的显微组织；3)试样中存在周期性的层带；4)高的强度及低的塑性。然而，周期性的层带是不期望获得的组织特征。一方面，层带的存在导致显微组织分布不均匀，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无周期性层带效应的激光金属3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将基材预热至300℃，再对激光金属3D打印工艺窗口进行优化，获得如下初步优化参数：激光功率P为500‑900W；扫描速度V为4‑8mm/s；送粉量F为6‑12g/min；光斑直径D为1‑3mm；高度方向增量Z为0.2～0.3毫米/层；步骤二：在优化工艺窗口下，利用有限元传热模型对初步优化参数下的激光金属3D打印过程中熔池形貌及温度场进行计算；提取模拟熔池的热影响区与熔池中心的定点热循环曲线，并计算出熔池纵截面热影响区的平均长度L，计算出熔池中心热循环曲线与液相线的截距t，即为熔池的生存时间；步骤三：依据L≥1.2Z...

【技术特征摘要】
1.一种无周期性层带效应的激光金属3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将基材预热至300℃，再对激光金属3D打印工艺窗口进行优化，获得如下初步优化参数：激光功率P为500-900W；扫描速度V为4-8mm/s；送粉量F为6-12g/min；光斑直径D为1-3mm；高度方向增量Z为0.2～0.3毫米/层；步骤二：在优化工艺窗口下，利用有限元传热模型对初步优化参数下的激光金属3D打印过程中熔池形貌及温度场进行计算；提取模拟熔池的热影响区与熔池中心的定点热循环曲线，并计算出熔池纵截面热影响区的平均长度L，计算出熔池中心热循环曲线与液相线的截距t，即为熔池的生存时间；步骤三：依据L≥1.2Z且t≥1s对工艺进行优化，并输出相应的工艺参数；步骤四：重复步骤二至步骤三，获得所有满足L...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立军，肖辉，李思萌，肖先锋，成满平，罗国云，肖文甲，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43