一种选区激光熔化成型的方法技术

本发明专利技术属于选区激光熔化成型技术领域。为了解决采用现有选区激光熔化成型方法获得的成型件存在内部有气孔以及表面精度差的问题，本发明专利技术公开了一种选区激光熔化成型的方法。该方法具体包括以下步骤：步骤S1，进行铺粉操作；步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理；步骤S3,采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理；步骤S4，重复步骤S1至步骤S3，进行逐层的粉末铺设和扫描操作，直至完成零部件的制备；其中，第一热源的能量密度小于第二热源的能量密度。采用本发明专利技术的方法进行选区激光熔化成型操作，可以避免成型件内部出现气孔，提升表面精度，获得高质量的成型件。

【技术实现步骤摘要】
一种选区激光熔化成型的方法
本专利技术属于选区激光熔化成型
，具体涉及一种选区激光熔化成型的方法。
技术介绍
选区激光熔化成型技术是一种以金属粉末为原材料的增材制造技术，通过分层制造、逐层累加的原理直接制造出三维零件，因此具备了制备复杂零部件而无需模具的优点。基于上述原理和优点，选区激光熔化成型技术在最近三十年得到了飞速的发展，已小规模应用在医疗、航空、汽车等领域。然而，在选区激光熔化制造的实际操作过程中，经常出现成型件内部存在气孔、表面精度不佳等问题，由此也导致成型件的质量和力学性能不稳定，进而限制了该技术在航空、汽车等领域的广泛应用，同时也限制了该技术的进一步发展。通过研究试验发现，在选区激光熔化过程中，微小熔池及粉末与激光会发生相互作用，其中当高能量密度的激光在与粉末颗粒发生作用时，会伴随着飞溅以及邻近粉末的剥蚀现象的出现，而这些现象所带来的缺陷在后续的成型过程中，通过层层累积就造成了最终成型件内部气孔的出现以及表面精度差的缺陷问题。
技术实现思路
为了解决采用现有选区激光熔化成型方法获得的成型件存在内部有气孔以及表面精度差的问题，本专利技术提出了一种全新的选区激光熔化成型的方法，以提高采用选区激光熔化成型技术制备成型件的质量。该方法具体包括以下步骤：步骤S1，进行铺粉操作：借助铺粉设备完成对选区激光熔化粉末铺设操作，形成粉末层；步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理：借助第一热源对铺设的粉末层进行扫描，使粉末层形成烧结状态的粉末固态层；步骤S3,采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理：借助第二热源对形成烧结状态的粉末固态层进行扫描，使粉末层形成完全熔化状态；步骤S4，重复步骤S1至步骤S3，进行逐层粉末铺设和扫描操作，直至完成整个零部件的制备；其中，第一热源的能量密度小于第二热源的能量密度。优选的，所述第一热源与所述第二热源为同一热源装置，首先将热源装置设定为第一热源参数并进行步骤S2中的扫描操作，然后将热源装置移回至步骤S2中扫描的初始位置并调整为第二热源参数再进行步骤S3中的扫描操作。进一步优选的，采用同层一次性扫描处理，即利用第一热源完成同层零件截面区域粉末的全部扫描处理并形成粉末固态层后，再由第二热源对粉末固态层进行扫描处理。进一步优选的，采用同层分区域扫描处理，即利用第一热源完成零件截面部分区域的粉末扫描处理并形成粉末固态层后，直接由第二热源对该区域的粉末固态层进行扫描处理。优选的，所述第一热源与所述第二热源为两个不同的热源装置，在保持有效时间间隔下按先后顺序进行同路径扫描；其中，有效时间间隔指的是经第一热源扫描后粉末层形成烧结状态的粉末固态层所需时间。优选的，所述第一热源选用电弧、电子束、等离子体或激光中的任意一种作为热源。进一步优选的，所述第二热源选用激光作为热源。优选的，所述第一热源选用电子束作为热源时，粉末的铺设和扫描操作环境为真空环境。优选的，所述第一热源选用电弧、等离子体或激光中的任意一种作为热源时，粉末的铺设和扫描操作环境为惰性气氛环境。优选的，所述第一热源的扫描速度小于所述第二热源的扫描速度。采用本专利技术的方法，通过引入两个具有不同能量密度的热源，并且分先后顺序对粉末层进行两次同路径扫描处理，其中第一次扫描采用低能量密度的热源对粉末层进行首次扫描，将分散的颗粒状粉末加热至半熔化状态，并且待其冷却凝固形成烧结状态的固体粉末层后，再利用高能量密度的热源对烧结状态的固体粉末层进行二次扫描，使粉末在位置固定的情况下呈完全熔化状态，从而完成选区激光熔化成型操作并获得高质量的成型件。在此过程中，通过低能量密度的第一热源对粉末进行预热处理，不仅可以预先将分散状态的粉末层转换为烧结状态的固体粉末层，以此固定粉末的铺设位置，避免后续使用高能量密度的第二热源进行扫描时产生粉末飞溅以及邻近粉末的剥蚀现象，从而保证最终获得表面光滑、内部无气孔的高质量成型件，而且通过预热可以提升粉末的温度，从而降低第二热源与粉末之间的温度差，防止粉末颗粒在第二热源作用下出现快速熔化和凝固过程中的开裂现象，进一步提高最终的成型件质量，同时经过第一热源的预热处理后，还可以提高固体粉末层对高能量密度的第二热源的吸收率，提升对能量的利用率。附图说明图1为实施例1中进行选区激光熔化成型操作的流程示意图；图2为实施例1中进行选区激光熔化成型操作的原理示意图；图3为实施例1中进行选区激光熔化成型操作的扫描方式示意图；图4为实施例1中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的表面形貌图；图5为对比例1中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的表面形貌图；图6为对比例2中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的表面形貌图；图7为实施例1中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的金相照片；图8为对比例1中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的金相照片；图9为对比例2中进行选区激光熔化成型操作获得成型件的金相照片。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的技术方案进行详细介绍。实施例1选用由真空气雾化制备、粉末粒度分布为15～53μm、氧含量小于800ppm并且呈球形的IN718高温合金粉末进行尺寸为10×10×10mm小方块的选区激光熔化制备。其中，第一热源和第二热源为独立的两个热源装置，并且均采用激光作为热源。结合图1和图2所示，具体制备过程为：步骤S1，进行铺粉操作，形成粉末层。首先，进行扫描路径的设定，将扫描路径之间的间距设定为60μm；接着，将IN718高温合金粉末装入粉料缸1中，并且将成型室内部抽成真空态，充入一定量的氩气作为保护气，使成型气氛完全惰性化，防止成型过程中发生氧化；然后，利用铺粉刮刀2将粉末从右到左均匀的铺覆到整个成型基板3的上表面，形成一整层均匀铺展的粉末层41，其中粉末层41的厚度为50μm；最后，完成单层粉末的铺设后，将铺粉刮刀2返回至起始位置。在本实施例中，采用激光作为热源时选用了氩气作为保护气进行整个操作过程中的防氧化保护，同样，在其他实施例中，根据设计要求和现场情况也可以选用其他惰性气体作为保护气体，形成惰性气氛环境实现防氧化保护。步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理，使其形成烧结状态的粉末固态层。利用由激光形成的第一热源51，在扫描振镜61的调节下，按照步骤S1中设置好的路径对粉末层41进行扫描加热，使粉末层41形成烧结状态的粉末固态层42。其中，作为第一热源激光的主要参数为：激光功率100W，扫描速度800mm/s，光斑直径为120μm，激光能量密度为20.83J/mm3。步骤S3，采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理，使其形成完全熔化状态。利用由激光形成的第二热源52，在扫描振镜62的调节下，对步骤S2中形成的烧结状态的粉末固态层42进行扫描使其完全熔化，最终形成表面光滑的熔道43。其中，第二热源52的扫描路径与第一热源51的扫描路径保持完全相同，并且作为第二热源激光的主要参数为：激光功率400W，扫描速度1500mm/s，光斑直径为80μm，激光能量密度为66.67J/mm3。在本实施例中，根据所选用IN718高温合金粉末的物理性能，例如熔化温度和凝固速率，以及第一热源和第二热源的参数，将第一热源和第二热源之间的时间间隔设定为2.5s，即当第一热源在对粉末层进行扫描后的2.5s再开始进行第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选区激光熔化成型的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤S1，进行铺粉操作：借助铺粉设备完成对选区激光熔化粉末铺设操作，形成粉末层；步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理：借助第一热源对铺设的粉末层进行扫描，使粉末层形成烧结状态的粉末固态层；步骤S3,采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理：借助第二热源对形成烧结状态的粉末固态层进行扫描，使粉末层形成完全熔化状态；步骤S4，重复步骤S1至步骤S3，进行逐层粉末铺设和扫描操作，直至完成整个零部件的制备；其中，第一热源的能量密度小于第二热源的能量密度。

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化成型的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤S1，进行铺粉操作：借助铺粉设备完成对选区激光熔化粉末铺设操作，形成粉末层；步骤S2，采用第一热源对粉末层进行扫描处理：借助第一热源对铺设的粉末层进行扫描，使粉末层形成烧结状态的粉末固态层；步骤S3,采用第二热源对粉末固态层进行扫描处理：借助第二热源对形成烧结状态的粉末固态层进行扫描，使粉末层形成完全熔化状态；步骤S4，重复步骤S1至步骤S3，进行逐层粉末铺设和扫描操作，直至完成整个零部件的制备；其中，第一热源的能量密度小于第二热源的能量密度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一热源与所述第二热源为同一热源装置，首先将热源装置设定为第一热源参数并进行步骤S2中的扫描操作，然后将热源装置移回至步骤S2中扫描的初始位置并调整为第二热源参数再进行步骤S3中的扫描操作。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用同层一次性扫描处理，即利用第一热源完成同层零件截面区域粉末的全部扫描处理并形成粉末固态层后，再由第二热源对粉末固态层进行扫描处理。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：路超，张瑞华，屈岳波，肖梦智，赵超，栗子林，康平，刘燕红，邱桥，
申请(专利权)人：阳江市五金刀剪产业技术研究院，阳江市高功率激光应用实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44