无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法及成形件技术

本申请涉及SLM打印技术领域，旨在解决现有的SLM技术成形悬垂面需要添加支撑或悬垂面表面质量较差的问题，提供无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法及成形件。无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法包括：采用脉冲激光进行激光扫描，烧结形成第一烧结态薄层；继续以脉冲激光进行激光扫描，在第一烧结态薄层上烧结形成第二烧结态薄层；采用平顶激光输出模式的连续激光对第一烧结态薄层和第二烧结态薄层进行激光重熔扫描，连续激光扫描的能量满足第二烧结态薄层完全熔化且第一烧结态薄层半熔化的能量要求。本申请的有益效果是能够无支撑地成形悬垂结构，且成形的悬垂结构的悬垂面的表面精度较高。构的悬垂面的表面精度较高。构的悬垂面的表面精度较高。

【技术实现步骤摘要】
无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法及成形件


[0001]本申请涉及SLM打印
，具体而言，涉及无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法及成形件。

技术介绍

[0002]激光粉末床熔融增材制造，即SLM(selective laser melting，选择性激光熔化)打印技术，为通过激光使逐层铺覆的金属粉末熔化后凝固形成打印件的增材制造技术。
[0003]传统激光粉末床熔融增材制造在具有空腔和悬空结构的零件制造时存在辅助支撑多的问题，打印添加辅助支撑一方面增加了打印零件的时间，同时也增加了零件后处理工艺的复杂性，减少打印件辅助支撑或无支撑打印是激光粉末床熔融增材制造面临的难点问题之一。
[0004]一些已知的技术采用的无支撑打印方式，采用特殊的激光扫描路径，使悬垂面打印从外向里偏移扫描，通过熔凝时的表面张力平衡熔液的重力，在快速冷却中形成下垂面，来降低悬垂面坍塌的可能，藉此省略添加支撑结构。然而，在悬垂面相对打印平面的倾斜角度小于45
°
时，该方法难以得到表面质量足够高的悬垂面。
[0005]因此，对于打印平面的倾斜角度小于45
°
的情形，业内普遍需要添加支撑结构，这大大限制了SLM技术的应用范围。

技术实现思路

[0006]本申请提供无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法及成形件，以解决现有的SLM技术成形悬垂面需要添加支撑或悬垂面表面质量较差的问题。
[0007]第一方面，本申请提供一种无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，包括：
[0008]步骤一：采用脉冲激光进行激光扫描，烧结形成第一烧结态薄层，所述第一烧结态薄层位于所述悬垂结构的底面的第一层；
[0009]步骤二：继续以所述脉冲激光进行激光扫描，在所述第一烧结态薄层上烧结形成第二烧结态薄层；
[0010]步骤三：采用平顶激光输出模式的连续激光对所述第一烧结态薄层和所述第二烧结态薄层进行激光重熔扫描，所述连续激光扫描的能量满足所述第二烧结态薄层完全熔化且所述第一烧结态薄层半熔化的能量要求。
[0011]本申请的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，通过调控好的脉冲激光将金属粉末烧结形成第一烧结态薄层，作为悬垂结构的底面的第一层，然后在第一烧结态薄层的基础上继续采用脉冲激光扫描形成第二烧结态薄层。在形成两层烧结态薄层后，通过平顶的连续激光进行重熔扫描。连续激光直接作用在第二烧结态薄层上，第二烧结态薄层能够直接获得连续激光的能量，获得的能量较多；而已被第二烧结态薄层所覆盖的第一烧结态薄层则只能得到由第二烧结态薄层传导的部分能量，获得能量相对较少，因此，通过调控可使连续激光的能量使第二烧结态薄层熔化而第一烧结态薄层半熔化。此外，因第二
烧结态薄层为烧结成形，且和第一烧结态薄层的结合并不紧密，结合面处未形成冶金结合，因此热传导效率相对较低，也利于实现通过连续激光加热使第二烧结薄层熔化而第一烧结薄层半熔化而不坍塌的目的。
[0012]第一烧结态薄层烧结后具有较为确定的形状，在被连续激光加热至处于半熔化状态的流动性小，第一烧结态薄层的形变量较小，不容易出现悬垂面坍塌或出现较大形变，确保作为悬垂结构的底面第一层的第一烧结态薄层的表面精度，即确保悬垂面的精度。然后，第二烧结态薄层在连续激光加热熔化后，流动性较好，能够和被加热至半熔化状态的第一烧结态薄层在结合面处形成冶金结合，确保层间结合致密，达到普通SLM技术所达到的结构性能。
[0013]同时，由于采用平顶模式的连续激光，其能量分布均匀，在重熔过程中可以均匀地加热已烧结凝固的烧结态薄层，避免采用高斯分布的连续激光在重熔过程中使激光中心区域熔融过度造成坍塌或边部产生翘曲影响后续层的粉末铺覆。
[0014]由此，本申请采用的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，能够无支撑地成形悬垂结构，且成形的悬垂结构的底面(悬垂面)的表面精度较高。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述第二烧结薄层的层厚小于所述第一烧结薄层的层厚。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述第一烧结薄层的层厚在30
‑
45μm，所述第二烧结薄层的层厚在15
‑
25μm。
[0017]在一种可能的实施方式中，所述脉冲激光的输出脉冲宽度为1
‑
1000μm。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述脉冲激光的输出脉冲宽度为50
‑
200μm。
[0019]在一种可能的实施方式中，在所述步骤三中，所述连续激光使所述第一烧结态薄层被加热至金属粉末熔点之上10
‑
30摄氏度，以将所述第一烧结态薄层加热至液态占比50
‑
75％的半熔化状态。
[0020]在一种可能的实施方式中，所述悬垂结构的底面的倾斜角度小于45
°
。进一步地，悬垂结构的底面的倾斜角度甚至可以低至10
°
以下。
[0021]第二方面，本申请还提供一种无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，包括，调控脉冲激光的脉冲能量，一次成形倾斜角度小于45
°
的悬垂面，以达到金属粉末半熔化的输入能量进行扫描打印，得到悬垂结构的悬垂面。
[0022]在一种可能的实施方式中，在半熔化状态下，所述金属粉末的液态占比为50
‑
75％。
[0023]第三方面，本申请还提供一种成形件，包括悬垂结构，所述成形件的悬垂结构的悬垂面采用前述的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法打印成形。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
[0025]图1为本申请实施例的成形件的模型示意图；
[0026]图2为执行步骤一后的状态图；
[0027]图3为执行步骤二后的状态图；
[0028]图4为执行步骤三后的状态图；
[0029]图5为完成成形件打印后的示意图。
[0030]主要元件符号说明：
[0031]成形件
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10
[0032]竖向部
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11
[0033]横向部
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12
[0034]悬垂面
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P1
[0035]第一烧结态薄层
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21
[0036]第二烧结态薄层
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，其特征在于，包括，步骤一：采用脉冲激光进行激光扫描，烧结形成第一烧结态薄层，所述第一烧结态薄层位于所述悬垂结构的底面的第一层；步骤二：继续以所述脉冲激光进行激光扫描，在所述第一烧结态薄层上烧结形成第二烧结态薄层；步骤三：采用平顶激光输出模式的连续激光对所述第一烧结态薄层和所述第二烧结态薄层进行激光重熔扫描，所述连续激光扫描的能量满足所述第二烧结态薄层完全熔化且所述第一烧结态薄层半熔化的能量要求。2.根据权利要求1所述的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，其特征在于，所述第二烧结薄层的层厚小于所述第一烧结薄层的层厚。3.根据权利要求1所述的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，其特征在于，所述第一烧结薄层的层厚在30
‑
45μm，所述第二烧结薄层的层厚在15
‑
25μm。4.根据权利要求1所述的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，其特征在于，所述脉冲激光的输出脉冲宽度为1
‑
1000μm。5.根据权利要求4所述的无支撑悬垂结构粉末床熔融增材制造成形方法，其特征在于，所述脉冲激光的输出脉冲宽度为50
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建业，牛留辉，王金海，刘道金，伊明扬，戚文军，黄正华，
申请(专利权)人：广东汉邦激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：