一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，属于增材制造领域，该方法具体为：在第一参数范围内，对合金粉末进行激光选区熔化成形以制备试样，然后对试样进行成形效果分析；在第二参数范围内，对合金粉末进行激光选区熔化单道成形，以得到熔池尺寸并根据其建立熔池搭接模型；根据熔池搭接模型，获得第一参数范围和第二参数范围内不同参数组合的熔池搭接率，并根据第一参数范围内成形效果与熔池搭接率的关系，对第二参数范围内激光熔化成形的成形效果进行预测，以获得优化工艺参数区间。本发明专利技术能够科学高效地进行成形工艺优化设计，实现合金激光选区熔化工艺优化，以此解决当前工艺优化成本高、效率低等问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法


[0001]本专利技术属于增材制造领域，更具体地，涉及一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术(俗称“3D打印”技术)是近三十年来发展起来的基于数字模型设计软件将材料分解为逐层数据以实现累加制造实体零件的技术，具有成形速度快、生产周期短、材料利用率高、材料适应性好、无需图纸及工装设备、数字化程度高等优点，广泛应用于机械制造、航空航天、生物医疗等领域。
[0003]铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、硬度高、耐磨抗裂等特点，被广泛应用于轨道交通、航空航天和电子信息等领域，对国民经济和科技进步起着极为重要的作用。随着工业发展，我国对高性能铜合金零件的需求量持续上升，特别是电子行业的迅猛发展，对铜合金的性能提出了新的要求与挑战：在微电子领域，为保证集成电路的可靠性和耐久性，对框架材料有着诸多的要求，其中最为核心的要求即对导电性和强度的要求；在电阻点焊电极、电气工程开关触桥等领域对铜合金的要求同样也多集中于其力学性能和导电性；在电力电气和轨道交通领域，需要材料在电弧侵蚀、高温、高速、极端天气的条件下保持稳定载流，对铜合金的硬度、电导率和载流摩擦磨损特性提出了很高的要求。
[0004]铜合金虽然便于挤压、铸造成形，但是焊接较为困难，铸造和锻造工艺很难实现复杂形状铜合金零件的制备，与传统工艺相比，激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)作为一种增材制造(additive manufacturing,AM)技术，采用高能量激光器作为热源，通过逐层铺粉、逐层激光照射实现单层金属粉末熔化后快速凝固，再用金属粉末覆盖已成形区域自动实现层层堆叠，以制造出致密的实体零件。与其它金属零件成形方法相比，SLM技术成形特点是成形速度快、材料利用率高，并且可制造如空腔、栅格、多孔、内流道等结构复杂的零件。
[0005]目前对于CuCrZr激光选区熔化工艺的研究多为正交试验法，激光选区熔化制造出的CuCrZr合金零件的致密度多在97％
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99％，极少数研究的致密度可达99.5％，制备高致密零件的技术成熟度较低，缺少工艺参数与缺陷形成的理论分析。已有研究中提出的一些工艺优化措施，如使用大功率激光器、短波长激光等，成本较高，可操作性低，不易大范围普及和推广。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，旨在解决现有的工艺优化成本高、效率低的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，该方法包括如下步骤：
[0008]S1在第一参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化成形以制
备试样，然后对所述试样进行成形效果分析，同时通过激光选区熔化单道成形获得不同参数组合的熔池尺寸；
[0009]S2在第二参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化单道成形，以得到不同参数组合的熔池尺寸并根据其建立熔池搭接模型；
[0010]S3根据所述熔池搭接模型，获得第一参数范围内不同参数组合的熔池搭接率，并分析成形效果与熔池搭接率的关系；
[0011]S4根据所述熔池搭接模型，计算第二参数范围内不同参数组合的熔池搭接率，并根据第一参数范围内成形效果与熔池搭接率的关系，对第二参数范围内激光熔化成形的成形效果进行预测，以获得优化工艺参数区间，进而实现基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化。
[0012]作为进一步优选地，步骤S1中，所述成形效果包括致密度和可打印性，所述可打印性包括：成形质量、缺陷和微观组织。
[0013]作为进一步优选地，步骤S1和S2中，所述合金粉末为CuCrZr合金粉末，其中各组分质量配比为Cu：Cr：Zr＝98.3～99：0.7～1.1：0.3～0.6。
[0014]作为新一步优选的，所述第一参数范围包括择激光功率、扫描线间距和曝光时间三个变量；所述第二参数范围包括激光功率和曝光时间两个变量。
[0015]作为进一步优选的，所述第一参数范围中各个变量的取值为3～5个；所述第二参数范围中各个变量的取值为10～20个。
[0016]作为进一步优选的，步骤S3中，使用ProE建立熔池搭接模型，使用CAXA进行熔池搭接率计算。
[0017]作为进一步优选的，所述基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法还包括步骤S5，具体为：在优化工艺参数区间进行激光选区熔化，然后进行成形效果验证。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0019]有益效果：
[0020]1.本专利技术通过激光选区熔化单道成形确定不同工艺参数对熔池形貌尺寸的影响，以此搭建“工艺参数
‑
熔池尺寸”的熔池搭接模型并计算熔池搭接率，结合致密度和可打印性分析结果，能够找到最佳熔池搭接状态，预测并避免缺陷的形成，从而科学高效地进行成形工艺优化设计，实现合金激光选区熔化工艺优化，以此解决当前工艺优化成本较高、效率较低等问题；
[0021]2.同时，本专利技术对第一参数范围和第二参数范围中变量的取值数量进行优化，在小参数范围内制备试样，并在大参数范围内进行单道成形，能够有效提高工艺优化效率，降低优化成本。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法的流程图；
[0023]图2是本专利技术实施例中用于激光选区熔化的合金粉末的SEM图；
[0024]图3是本专利技术实施例中制得试样的成形效果分析；
[0025]图4是本专利技术实施例中第一参数范围内试样致密度和体能量密度的关系及缺陷分
析；
[0026]图5是本专利技术实施例中基于熔池搭接模型获取的截面搭接情况及不同参数组合，其中(a)为不同参数下搭接模型的熔池搭接情况，(b)为不同参数下搭接模型对应的不同搭接率占比；
[0027]图6是本专利技术实施例中工艺优化后试样成形情况及微观组织形貌，其中(a)为基于熔池搭接模型工艺优化后的试样宏观成形情况，(b)为未腐蚀的微观组织，(c)为腐蚀后的微观组织。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]如图1所示，本专利技术提供了一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，该方法包括如下步骤：
[0030]S1在第一参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化成形以制备试样，然后对试样进行成形效果分析，包括致密度和可打印性分析，同时通过激光选区熔化单道成形获得不同参数组合的熔池尺寸；
[0031]S2在第二参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1在第一参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化成形以制备试样，然后对所述试样进行成形效果分析，同时通过激光选区熔化单道成形获得不同参数组合的熔池尺寸；S2在第二参数范围内，利用不同参数组合对合金粉末进行激光选区熔化单道成形，以得到不同参数组合的熔池尺寸并根据其建立熔池搭接模型；S3根据所述熔池搭接模型，获得第一参数范围内不同参数组合的熔池搭接率，并分析成形效果与熔池搭接率的关系；S4根据所述熔池搭接模型，计算第二参数范围内不同参数组合的熔池搭接率，并根据第一参数范围内成形效果与熔池搭接率的关系，对第二参数范围内激光熔化成形的成形效果进行预测，以获得优化工艺参数区间，进而实现基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化。2.如权利要求1所述的基于熔池搭接模型的激光选区熔化工艺优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述成形效果包括致密度和可打印性，所述可打印性包括：成形质量、缺陷和微观组织。3.如权利要求1所述的基于熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩永典，张雅晴，徐连勇，赵雷，郝康达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：