一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法技术

本发明专利技术涉及增材制造工艺技术领域，尤其是涉及了一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其包括以下步骤：步骤一：选取用于打印的合金粉末；步骤二：设置工艺参数，调节激光粉末熔融床的输入线能量密度以及输入体能量密度，设置激光扫描速率、激光功率及扫描路径，其中扫描速率不超过2000mm/s，激光功率的范围为240

【技术实现步骤摘要】
一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法


[0001]本专利技术涉及增材制造工艺
，尤其是涉及了一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法。

技术介绍

[0002]激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion，LPBF)技术，金属粉末材料可以直接被熔化而无需添加粘结剂。在成形过程中，成形缸下降，粉末缸上升，自动铺粉装置完成铺粉，激光器会根据零件二维切片模型有选择的将粉末熔化，通过重复进行上述步骤，最终得到零件。
[0003]铝合金粉末激光反射率高、密度小、热导率高，现有技术中，由于应用于粉末熔融技术的合金粉末颗粒胶粗，在LPBF过程中伴随着严重的飞溅现象，飞溅颗粒容易粘附在试件表面，导致成形件表面质量差、缺陷多，较高的表面粗糙度不能满足直接装配及应用的要求，在实际应用前通常需要额外进行打磨，抛光以及机加工等手段对表面进行处理，由此增加了生产周期，提高了生产成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：如何在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。
[0005]为此，本专利技术提供一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，包括以下步骤：步骤一：选取用于打印的合金粉末；步骤二：设置工艺参数，调节激光粉末熔融床的输入线能量密度以及输入体能量密度，设置激光扫描速率、激光功率及扫描路径，其中扫描速率不超过2000mm/s，激光功率的范围为240
‑
400W；步骤三，通入纯度氩气，实施打印。
[0008]通过采用上述技术方案，在不需要额外进行激光加工，也无需额外机加工的情况下，通过在保证输入线能量密度以及输入体能量密度相同的条件下，适当的降低粉末熔融技术中的激光功率以及扫描速率，有效降低表面粗糙度，从而在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。
[0009]进一步地，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，所述线能量密度的计算公式为其中P为激光功率，V为扫描速率。
[0010]进一步地，所述步骤二中对激光粉末熔融床的粉末层厚和熔池间距进行设定。
[0011]进一步地，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，其计算公式为其中P为激光功率，V为扫描速率，h为熔池间距，t为粉末层厚。
[0012]进一步地，所述步骤二中，设定粉末铺粉层厚为30μm。
[0013]进一步地，所述步骤一中，选取的所述铝合金粉末为粒径在15
‑
53μm范围内的Al
‑
Mg合金粉末、Al
‑
Mg
‑
Cu合金粉末、Al
‑
Si合金粉末或Al
‑
Zn合金粉末。
[0014]进一步地，所述步骤三中，在粉末床熔融成形过程需要持续通入纯度99.99％的氩气，在粉末床熔融成形过中腔体氧含量不高于0.1％。
[0015]进一步地，所述扫描路径为单道扫描。
[0016]进一步地，还包括步骤四，打印结束后，清理零件表面粉末，通过线切割将零件从基板取下，对零件进行清洗。
[0017]进一步地，在所述步骤四中，在酒精条件下，对零件表面进行超声振动清洗。
[0018]本专利技术的有益效果是，提供一种不需要额外进行激光加工，也无需额外机加工的一种提高铝合金粉末床熔融成形零件表面质量的工艺调整策略。在保证输入线能量密度以及输入体能量密度不变的条件下，适当的降低激光功率以及扫描速率可以在保证不影响零件微观组织的条件下实现零件表面质量的提高，降低表面粗糙度，从而在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0020]图1是本专利技术实施例1中激光功率为160W，扫描速率为800mm/s的条件下成形零件的表面粗糙度示意图。
[0021]图2是本专利技术实施例1中激光功率为200W，扫描速率为1000mm/s的条件下成形零件的表面粗糙度示意图。
[0022]图3是本专利技术实施例1中激光功率为4200W，扫描速率为2000mm/s的条件下成形零件的表面光镜结果。
[0023]图4是本专利技术实施例1中不同工况下成形零件的表面三维形貌图。
[0024]图5是本专利技术实施例1中不同工况下成形零件的表面粗糙度统计结果示意图。
[0025]图6是本专利技术实施例1中不同工况下成形零件的YZ面微观组织示意图。
[0026]图7是本专利技术实施例2中不同工况下成形零件的表面三维形貌图。
[0027]图8是本专利技术实施例2中不同工况下成形零件的表面粗糙度统计结果示意图。
具体实施方式
[0028]现在结合附图1
‑
8对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0030]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0031]一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一，选取用于打印的合金粉末，铝合金粉末为粒径在15
‑
53μm范围内的Al
‑
Mg合金粉末、Al
‑
Mg
‑
Cu合金粉末、Al
‑
Si合金粉末或Al
‑
Zn合金粉末，本实施例选用的铝合金粉末为粒径范围为15
‑
53μm之间的AlSi
10
Mg球形粉末，该粉末由Concept Laser公司提供；
[0033]步骤二，设置工艺参数，利用Magics软件对STL模型进行切层，设定打印过程中工艺参数，工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选取用于打印的合金粉末；步骤二：设置工艺参数，调节激光粉末熔融床的输入线能量密度以及输入体能量密度，设置激光扫描速率、激光功率及扫描路径，其中扫描速率不超过2000mm/s，激光功率的范围为240
‑
400W；步骤三，通入纯度氩气，实施打印。2.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，所述线能量密度的计算公式为其中P为激光功率，V为扫描速率。3.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤二中对激光粉末熔融床的粉末层厚和熔池间距进行设定。4.根据权利要求3所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，其计算公式为其中P为激光功率，V为扫描速率，h为熔池间距，t为粉末层厚。5.根据权利要求3所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤二中，设定粉末铺粉层厚为30μm。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，陈香媛，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：