一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，属于高能束快速成形制备材料技术领域。本发明专利技术提供的方法通过设备升级、软件程序更新，实现多路送粉筒的全程序控制，将高通量材料设计的工艺参数和/或材料成分作为变量写入单个样品的路径程序中，再通过编写代码确定每个样品的位置并利用代码依次运行每个样品的路径程序，即可通过运行一个程序文件来全流程、全自动控制激光快速成形过程，满足一次性完成大批量样品的高通量材料制备要求，实现合金成分配比的快速筛选，材料制备工艺参数的快速优化。与传统手动控制的方法相比，采用本发明专利技术提供的方法制备金属高通量样品，材料成分调控更精准，制备过程自动化程度高，研发效率显著提升。研发效率显著提升。研发效率显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法


[0001]本专利技术涉及高能束快速成形制备材料
，尤其涉及一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源、航空航天、国防军工等高端重大装备领域的快速发展，材料的应用环境越来越苛刻，对金属材料的设计、制造以及性能提出了更高的要求。传统方法研制新型合金成分配比、工艺参数的周期长，研发成本高，无法满足新材料快速研制的需求。近年来，基于材料基因组思想的高通量样品制备获得了研究者们广泛的关注，该方法可一次制备出包含不同组分或参数的大量材料样品，通过表征分析后，实现目标材料的快速优选。
[0003]激光快速成形技术是是目前倍受关注的一种增材制造技术，利用该技术制备金属材料具有柔性高、周期短、成形不受零件结构及材料限制等优点。采用材料基因组工程科学原理和激光快速成形等新兴技术结合，通过高通量设计和高通量实验方法，快速筛选和优化成分，可缩短研制周期、精简研制流程、提高研制效率、降低研制成本，为新型金属材料的研制提供了一条高效率、短流程、低成本的新途径。
[0004]目前基于高通量思想进行材料制备与分析已应用到众多领域，但在激光快速成形金属材料制备领域中，材料成分和工艺参数的调节并未实现全程自动化控制，制备过程往往需要人工调节干预进行工艺参数修改、送粉参数修改、样品位置调整等，使得在进行高通量材料成分实验中并不能精确控制成分变量，而且还会导致研制周期长以及效率低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，本专利技术提供的方法能够实现材料成分以及工艺参数的自动化控制，为金属材料高通量增材制造成形提供了一种新思路。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；
[0009]S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；
[0010]S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；
[0011]S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；
[0012]S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；
[0013]S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；
[0014]S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；
[0015]S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。
[0016]优选地，当所述步骤S1中变量包括材料成分时，对每个送粉筒的送粉速率和载粉气流量进行设定；当所述变量包括工艺参数时，对每个金属高通量样品的激光功率、扫描速率和搭接率进行设定。
[0017]优选地，当所述步骤S1中变量仅为工艺参数时，步骤S5中送粉筒启用数量≥1；当所述步骤S1中变量包括材料成分时，步骤S5中送粉筒启用数量≥2。
[0018]优选地，所述步骤S2中新增送粉设备的数量≥2。
[0019]优选地，所述步骤S2中激光快速成形系统为同步送粉式增材制造设备，所述同步送粉式增材制造设备中激光头与送粉喷嘴同轴，每个送粉筒中均采用氩气作为载粉气和保护气，多路送粉设备中金属粉末在送粉筒内混合后，传输至激光头。
[0020]优选地，所述步骤S5中金属粉末的粒径为50～150μm；所述金属粉末包括单质粉末、合金粉末或多种单质粉末的混合物。
[0021]优选地，所述步骤S6中对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定时，设置金属高通量样品的分层厚度、搭接率和扫描路径。
[0022]优选地，每个所述金属高通量样品的分层厚度独立为0.1～2mm，搭接率独立为30～60％，扫描路径独立为平行线扫描或蛇形扫描。
[0023]本专利技术提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，本专利技术提供的方法可解决增材制造新型合金研发周期长、成本高的问题，提高针对材料成分以及工艺参数的研究效率，缩短研制周期，满足新材料成分以及工艺参数快速筛选的需求。具体的，本专利技术提供的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，通过设备升级、软件程序更新，实现多路送粉筒的全程序控制，将高通量材料设计的工艺参数、送粉参数作为变量写入单个样品的路径程序中，再通过编写代码确定每个样品的位置并利用代码依次运行每个样品的路径程序，即可通过运行一个程序文件来全流程、全自动控制激光快速成形过程，满足一次性完成大批量样品的高通量材料制备要求，实现合金成分配比的快速筛选，材料制备工艺参数的快速优化。与传统手动控制的方法相比，采用本专利技术提供的方法制备金属高通量样品，材料成分调控更精准，制备过程自动化程度高，研发效率显著提升。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的金属高通量样品的激光快速成形制备方法流程图；
[0025]图2为实例1中高通量激光快速成形技术制备的铁素体钢样品实物图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：
[0027]S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品
的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；
[0028]S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；
[0029]S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；
[0030]S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；
[0031]S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；
[0032]S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；
[0033]S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；
[0034]S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。
[0035]图1为本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。2.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，当所述步骤S1中变量包括材料成分时，对每个送粉筒的送粉速率和载粉气流量进行设定；当所述变量包括工艺参数时，对每个金属高通量样品的激光功率、扫描速率和搭接率进行设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓珊，乐国敏，周昱昭，王斗，刘学，李晋锋，季亚奇，任聪聪，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：