一种选择性激光熔融的防变形开裂方法技术

一种选择性激光熔融的防变形开裂方法，主要步骤包括：1）含变质剂的焊接性能良好的合金粉末制备；2）电磁感应式预热保温；3）基于热成像技术的熔池监测和激光束扫描路径优化；4）超声振动晶粒细化。最新研究表明，选择性激光熔融成型件开裂与变形和残余应力的分布有关，这些裂纹在特定的金相纵向/横向截面上可见。因此发明专利技术一种从合金铸造与焊接缺陷机理入手的，基于粉末熔融、结晶凝固、应力消除的方法，此方法对选择性激光熔融金属防变形开裂具有重要意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性激光熔融的防变形开裂方法


[0001]本专利技术涉及一种选择性激光熔融的防变形开裂方法，属于3D打印工艺优化与调控技术。

技术介绍

[0002]由于其几乎不受限制的设计自由度，增材制造有助于制造几何形状复杂的零件，这些零件既不能用减法(即车削、铣削或钻孔)制造，也不能用常规铸造制造，最广泛使用的金属增材制造工艺是基于定向能沉积(DED)和粉末床熔融(PBF)的工艺，与定向能沉积工艺相比，PBF技术更适合于生产具有更复杂几何形状和更高精度的中小型零件，因为其层厚更薄，光束尺寸更小，激光粉末床熔合(LPBF)可以说是基于高能束的光学吸收的最灵活的粉末床熔融技术，其更容易适用于新型合金，除了这些有益的影响，由于低累积率，激光粉末床熔合仅限于小零件和小批量生产，最新研究发现，选择性激光熔融成型件开裂与变形和残余应力的分布有关，这些裂纹在特定的金相纵向/横向截面上可见，裂纹一般来说，可以考虑传统铸造或焊接中已知的现象，以更好地理解选择性激光熔融加工性差的金属的失效机理，除了冷裂，某些金属如不锈钢、铝基和镍基合金在凝固过程中也容易开裂，这些裂纹基本上是由于冷却过程中的凝固收缩和热收缩而形成的，此外，通常由制造过程的性质引起的热应力有助于在半固态区域(也称为糊状区)形成裂纹，在铸造中，这种类型的裂纹被称为热裂，而在焊接中，这种现象被称为凝固裂纹。
[0003]有研究发现，选择性激光熔融不同的扫描方式会对温度场产生重要影响，温度场会影响残余应力分布和构件的几何变形。
[0004]有研究发现，裂纹的形成与温度分布、残余应力及熔合不良有关，残余应力形成的裂纹又可以分为凝固裂纹和液化裂纹，这类裂纹与材料有关，凝固裂纹是由于熔池与凝固金属之间存在较大的温度梯度，导致熔池产生较大形变，然而液体的流动性不足，不能补充熔池产生的形变；液化裂纹出现在部分熔化区，它与液化范围、晶粒结构、热延伸率、金属的收缩和约束有关，欠熔合裂纹多出现在相邻的扫描熔道之间或者沉积层之间，主要是金属粉末不完全熔化造成的，裂纹严重时还可能导致分层缺陷。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷，本专利技术提供一种从合金铸造与焊接缺陷机理入手的，基于粉末熔融、结晶凝固、应力消除的方法，此方法对选择性激光熔融金属防变形开裂具有重要意义。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种选择性激光熔融的防变形开裂方法，主要包括以下步骤。
[0007]步骤1：选择性激光熔融粉末的制备。
[0008]步骤2：电磁感应式预热保温控温装置。
[0009]步骤3：基于热成像技术的熔池监测和激光束扫描路径规划。
[0010]步骤4：超声振动装置。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0012]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术流程图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0013]具体实施方式一：下列步骤具体阐述选择性激光熔融的防变形开裂方法。
[0014]选择性激光熔融粉末的制备：制备焊接性能良好的合金制成选择性激光熔融粉末，在传统的选择性激光熔融粉末中添加细化晶粒变质剂混合。
[0015]保证合金焊接性能良好及添加变质剂有助于熔池凝固过程中合金晶相分布均衡。
[0016]为了减小激光扫描过程中飞溅，对选择性激光熔融粉末进行电磁感应式加热和激光束预热。
[0017]通过热成像技术形成激光熔融区域的温度分布，调控电磁加热器和激光束使加热温度接近但低于粉末熔化临界值且不导致粉末熔化和汽化飞溅。
[0018]进行选择性激光熔融的过程中，通过对熔池温度的监控优化零件的激光扫描路径。
[0019]采用数字孪生的方法，通过温度传感，实时再现熔池特征，进而优化零件激光扫描路径以得到较稳定的熔池状态。
[0020]激光扫描形成熔池后，辅助超声波振动的方法，进行合金晶粒的细化。
[0021]对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本专利技术，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0022]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性激光熔融的防变形开裂方法，主要步骤包括：（a）含变质剂的焊接性能良好的合金粉末制备；（b）电磁感应式预热保温；（c）基于热成像技术的熔池监测和激光束扫描路径优化；（d）超声振动晶粒细化。2.根据权利要求1所述（a）含变质剂的焊接性能良好的合金粉末制备，其特征在于，所述（a）含变质剂的焊接性能良好的合金粉末制备具体为：通过调整合金粉末含量配比以及变质剂比例，使粉末拥有更好的焊接性能，直接制备含变质剂的合金粉末或分别制备合金粉末和变质剂粉末并按适当比例混合。3.根据权利要求1所述（b）电磁感应式预热保温，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹井奇，何平，孙永国，陈巨辉，于广滨，李忠刚，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：