一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法技术

本发明专利技术提供了一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，包含以下工艺步骤：(1)将制备功能梯度材料所需的所有种类金属粉末，分别进行筛分、烘烤，加入相应的送粉器中备用，测试每种粉末的单位时间出粉重量；(2)建立待加工零件的三维模型，导入设计软件；(3)调整光斑大小、工作高度、粉气、流量大小；(4)加载加工程序文件，送粉器、激光器、运动单元依次启动，直至完成功能梯度材料的打印成型；(5)将沉积所得零件进行后续的热处理及机加工处理，直至满足最终的使用要求。实现了不同结构的金属功能梯度材料的直接送粉式打印成型，各组分的精准梯度分布，所得功能梯度材料内部组织致密，无气孔、裂纹等缺陷。裂纹等缺陷。裂纹等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法


[0001]本专利技术涉及金属3D打印及功能梯度材料制备
，尤其是一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法。

技术介绍

[0002]功能梯度材料是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料，是应现代航天航空工业等高
的需要，为满足在极限环境下能反复地正常工作而发展起来的一种新型功能材料。它的设计要求功能、性能随机件内部位置的变化而变化，通过优化构件的整体性能而得以满足。
[0003]定向能量沉积技术是一种先进的增材制造技术，他利用高能激光束在金属表面形成熔池并高速移动，同时将粉末或金属丝材送至熔池区域并将其熔化从而能够实现各种复杂形状零部件的直接打印成型。相比于其他功能梯度材料制备方法如粉末冶金成型、气相沉积、喷涂、电镀等工艺，定向能量沉积技术成型效率高，节省材料，并可实现不同尺寸要求、成分与性能精准可控的加工要求，在功能梯度材料制备领域有着广阔的应用场景。
[0004]现有的功能梯度材料的定向能量沉积方法形成的功能梯度材料加工效率不高，内部组织有缺陷等。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，用于解决现有集中功能梯度材料的定向能量沉积方法形成的功能梯度材料加工效率不高，内部组织有缺陷等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，包含以下工艺步骤：
[0007](1)将制备功能梯度材料所需的所有种类金属粉末，分别进行筛分、烘烤，加入相应的送粉器中备用，测试每种粉末的单位时间出粉重量；
[0008](2)建立待加工零件的三维模型，导入设计软件，选择加工摆放方式后，进行结构的优化，添加支撑，之后按照设定层厚进行切片得到逐层的平面结构，规划扫描路径并添加工艺参数后得到加工程序文件；
[0009](3)选择合适材质及尺寸型号的基板固定在设备工作台上，调整光斑大小及合适的工作高度,调整送粉气合适的流量大小；
[0010](4)加载加工程序文件，校对坐标无误后运行程序，此时，送粉器、激光器、运动单元依次启动，直至完成功能梯度材料的打印成型，加工结束后，将基板从设备上取下，空气中冷却或保温砂中缓慢冷却；
[0011](5)将沉积所得零件进行后续的热处理及机加工处理，直至满足最终的使用要求。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中金属粉末合金元素包括Fe、Ni、Cr、Al、Ti、Si、B、C、Co。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中金属粉末球形度在90％以上，目数在80目～600目，霍尔
流速在12～20(sec/50g)。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中合金粉末的烘烤温度为80～120℃，保温时间不低于60min。
[0015]进一步地，所述步骤(1)中送粉测试使用氩气或氮气将粉末最终从送粉头持续稳定的送出，气流量为4
‑
10L/min。
[0016]进一步地，所述步骤(2)切片时每层厚度0.3
‑
0.6mm。
[0017]进一步地，所述步骤(2)扫描路径为长直线或轮廓偏置或螺旋线，具体根据实际工件进行选择。
[0018]进一步地，所述步骤(2)中工艺参数包括激光功率500～2000W,速率25～100mm/s,送粉量0～15g/min、层厚0.3～0.6mm,搭接率75～80％。
[0019]进一步地，所述步骤(3)中光斑大小为1.0～1.5mm,打印高度10～14mm，送粉气流量在4
‑
10L/min。
[0020]进一步地，所述步骤(4)中若合金粉末为活泼易氧化金属，加工前需要对舱室充满惰性气体。
[0021]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0022]两种或两种以上金属粉末经送粉器送出并充分混合后经送粉头送至高能激光束在金属表面形成的熔池位置，送粉与熔化同时进行，加工效率极高。同时所需金属粉末较少，极大的节省了材料。通过选择合适的功率、送粉、路径、速率等工艺参数实现了不同结构的金属功能梯度材料的直接送粉式打印成型，各组分的精准梯度分布，所得功能梯度材料内部组织致密，无气孔、裂纹等缺陷，整体表现出了优良的力学性能。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术几种不同的激光扫描策略，依次为长直线、轮廓偏置、螺旋线。
[0025]图2是本专利技术金属功能梯度材料的定向能量沉积成型方法示意图；
[0026]图3是A
‑
B双组份功能梯度材料组分分布简示图。
[0027]图4是316L/Inconel 625功能梯度材料金相组织。
[0028]图5是316L/Inconel 625功能梯度材料元素含量变化图。
具体实施方式
[0029]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。
[0030]实施例1
[0031]本实施例为316L/Inconel 625功能梯度材料制备，底层为316L不锈钢，顶层为Inconel 625镍基合金；如附图3所示。其工艺步骤为：
[0032](1)分别对80～600目的316L、Inconel 625金属粉末进行筛分，筛网目数选择为80目，之后放入烘箱中100℃保温不低于60min，烘烤结束后加入送粉器中，测试两种粉末的单位时间出粉重量并记录。
[0033](2)设计待加工零件三维模型，导入某设计软件，确定沉积成型高度方向，按照层厚0.4mm切片得到逐层的平面结构，扫描轨迹策略选择长直线的方式，添加每层的功率、速率、成分配比等工艺参数后生成加工程序文件。激光器功率为1000～1200W,扫描速度为15～30mm/s,送粉量0～10g/min.
[0034](3)将尺寸φ150mm为材质为316L基板固定在设备工作台上，调整光斑大小为1.2
‑
1.6mm,工作高度至10～14mm,调整送粉气流量大小为4～6L/min。
[0035](4)加载加工程序文件，校对坐标无误后运行程序进行功能梯度材料的打印成型，加工过程中，两种金属粉末从送粉器流出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，其特征在于，包含以下工艺步骤：(1)将制备功能梯度材料所需的所有种类金属粉末，分别进行筛分、烘烤，加入相应的送粉器中备用，测试每种粉末的单位时间出粉重量；(2)建立待加工零件的三维模型，导入设计软件，选择加工摆放方式后，进行结构的优化，添加支撑，之后按照设定层厚进行切片得到逐层的平面结构，规划扫描路径并添加工艺参数后得到加工程序文件；(3)选择合适材质及尺寸型号的基板固定在设备工作台上，调整光斑大小及合适的工作高度,调整送粉气合适的流量大小；(4)加载加工程序文件，校对坐标无误后运行程序，此时，送粉器、激光器、运动单元依次启动，直至完成功能梯度材料的打印成型，加工结束后，将基板从设备上取下，空气中冷却或保温砂中缓慢冷却；(5)将沉积所得零件进行后续的热处理及机加工处理，直至满足最终的使用要求。2.根据权利1要求的定向能量沉积方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属粉末合金元素包括Fe、Ni、Cr、Al、Ti、Si、B、C、Co。3.根据权利1要求的定向能量沉积方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属粉末球形度在90％以上，目数在80目～600目，霍尔流速在12～20(sec/50g)。4.根据权利1要求的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先帅，尹逊岩，邵伟，侯帅，
申请(专利权)人：山东雷石智能制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：