CN101899662B - 提高激光金属成形零件表面平整度的方法 - Google Patents

提高激光金属成形零件表面平整度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101899662B
CN101899662B CN 201010234337 CN201010234337A CN101899662B CN 101899662 B CN101899662 B CN 101899662B CN 201010234337 CN201010234337 CN 201010234337 CN 201010234337 A CN201010234337 A CN 201010234337A CN 101899662 B CN101899662 B CN 101899662B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cladding
laser
sweep velocity
laser metal
metal forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201010234337
Other languages
English (en)
Other versions
CN101899662A (zh
Inventor
张安峰
李涤尘
同治强
路桥潘
朱刚贤
卢秉恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd
Xian Jiaotong University
Original Assignee
XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd, Xian Jiaotong University filed Critical XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd
Priority to CN 201010234337 priority Critical patent/CN101899662B/zh
Publication of CN101899662A publication Critical patent/CN101899662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101899662B publication Critical patent/CN101899662B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高激光金属成形零件表面平整度的方法，主要应用于激光金属直接成形制造、激光表面熔覆、易损零部件的激光修复、快速成形等制造领域。在激光金属直接成形过程中，在其它工艺参数保持不变时，通过合理降低截面轮廓内环和轮廓外环(亦即边沿处)的扫描速度、合理提高填充区域的扫描速度来有效提高激光金属成形零件表面的平整度和降低成形侧面的表面粗糙度，具有实施简单、便于控制、效果显著的优点，本发明可有效地提高激光金属成形零件熔覆层表面的平整度和降低熔覆侧面的表面粗糙度。

Description

提高激光金属成形零件表面平整度的方法
技术领域
本发明涉及一种用激光熔覆汇聚的金属粉末到基材表面来进行三维成形的激光金属直接成形技术，适合于激光金属直接成形制造、激光表面熔覆和易损零部件的激光修复等领域，特别涉及一种提高成形零件表面平整度和降低表面粗糙度的方法。
背景技术
激光金属直接成形技术是以快速原型技术和激光熔覆技术为基础，直接制造金属零件的方法。包括以下步骤：1、建模，利用计算机设计出零件的三维立体模型；2、切片，将三维立体模型用垂直于Z轴的无穷大的平面切成非常薄的片层，将三维零件转换为二维截面；3、利用零件的截面信息，控制熔覆头在工作台上运动，熔覆头一边输送金属粉末，一边输送激光，在截面实体区域，激光打开，在非实体区域，激光关闭；4、粉末在激光作用下快速熔化，并迅速凝固；5、从第3步开始重复，并不断沿着Z轴提升，便在基材上成形了三维零件。该工艺方法制造的零件具有以下优点：(1)快速响应市场，缩短产品周期；(2)直接近净成形制造，制造出来的零件不需要或仅少量后处理就可直接交付使用；(3)适合制造形状复杂尤其是薄壁零件；(4)层间冶金结合，组织致密，力学性能与锻件相当。正因为如此，激光金属直接成形在航空航天、汽车船舶和武器装备等领域得到广泛应用。
但是由于粉末熔化和凝固的过程非常短暂，而且影响成形过程的因素非常多，成形件容易出现塌陷、结瘤、表面不平整等缺陷。尤其是表面不平严重情况下，成形过程无法继续进行。
发明内容
本发明为解决背景技术所述困扰激光金属成形的成形件塌陷、结瘤、表面不平整等问题，提供了一种采用不同扫描速度提高成形零件表面平整度和降低成形侧表面粗糙度的方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种提高激光金属成形零件表面平整度的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在熔覆每一层的过程中，先沿着轮廓边沿以第一扫描速度由边向内熔覆1～3道，所述轮廓边沿指成形零件当前成形截面的内、外轮廓封闭环；
(2)然后以第二扫描速度以光栅式或共形轮廓扫描方式对填充区域进行填充式熔覆；其中，第二扫描速度大于第一扫描速度；所述填充区域指成形截面上除了轮廓边沿之外的实体部分；
(3)在相邻两层的熔覆过程中，当采用光栅式扫描方式时，应使相邻两层光栅扫描方向保持一定的夹角，以防止误差在XY平面上同一点处造成累积而形成偏聚。
上述方案中，所述第一扫描速度为6～10mm/s；第二扫描速度为8～15mm/s。所述相邻两层光栅扫描方向的夹角为90°～120°。所述轮廓与填充区域相连接部分有补偿间隙，间隙宽度小于等于单道的熔覆宽度。
与现有技术相比，本发明在每层的熔覆过程中，先沿着轮廓边沿低速熔覆，然后以光栅式或共形轮廓的扫描方式对实体部分以高于边沿的扫描速度进行填充式熔覆，从而提高了激光熔覆实体零件表面平整度，同时也降低成形侧表面的粗糙度；具有实施简单、便于控制、效果显著的优点。
附图说明
图1是本发明的激光金属成形原理图。图中：1、轮廓边沿；2、填充部分；3、激光器；4、送粉喷嘴。
图2是本发明的激光金属成形扫描路径示意图。图中：①②③④表示扫描顺序。
图3是本发明的激光金属成形熔覆层表面平整度示意图。
图4是未采用本发明方法制造的零件照片。
图5是应用本发明方法后制造的零件照片。
图6是图5零件的局部放大照片。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种提高激光金属成形零件表面平整度的方法，包括下述步骤：
(1)在熔覆每一层的过程中，先沿着截面上轮廓边界以较低速度(V边沿＝6～10mm/s)由边向内熔覆1～3道，由于速度降低，等价于同时提高了能量密度和粉末浓度，使得边沿的熔覆层厚度增大，避免了成形层边沿的塌陷和结瘤等缺陷；
(2)以较高扫描速度(V中间＝8～15mm/s)填充截面上除去边沿的实体部分；填充方式可以为光栅式或共形轮廓式(也叫轮廓偏置式)；
(3)在相邻两层的熔覆过程中，当采用光栅式扫描方式时，相邻两层光栅扫描方向的夹角应为90°～120°，以防止误差在XY平面上同一点处累积。
在图1的实验过程中，激光器3的功率和送粉喷嘴4的送粉量均保持不变；扫描时，采用先扫描边沿部分1、后扫描填充部分2。填充部分2和边沿部分1之间如有补偿间隙；其宽度小于单道的熔覆宽度。
具体熔覆次序可参见图2，①为外边沿；②为内边沿；③为填充部分外侧；④为填充部分内侧。
如图3所示，由于熔池中液态金属的表面张力及粉末颗粒的熔入与激光束和喷嘴送粉气流之间的相互作用下，导致熔覆层表面和侧面并不是理想的平面，而是具有周期性的波峰、波谷形式的表面[图3(a)]。熔覆层表面的波峰与波谷之间的差值，定义为表面平整度s[图3(b)]。本发明方法可以将表面平整度s控制在小于0.05mm。
图4为未采用本发明方法的成形效果，可以看到侧壁有沟壑状缺陷[图4(a)]；上表面边沿坍塌[图4(b)]，成形无法继续；测量其侧面较平整部分，粗糙度最小为Ra＝13.5μm。
图5和图6为采用本发明方法的成形效果，可以看到零件侧壁平整；经测量，其侧面沿竖直方向粗糙度小于Ra＝5μm，顶部表面平整度s＝0.03mm。

Claims (2)

1.一种提高激光金属成形零件表面平整度的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在熔覆每一层的过程中，先沿着轮廓边沿以第一扫描速度由边向内熔覆1～3道，所述轮廓边沿指成形零件当前成形截面的内、外轮廓封闭环；
(2)然后以第二扫描速度，基于光栅式扫描方式对填充区域进行填充式熔覆；其中，第二扫描速度大于第一扫描速度；第一扫描速度为6～15mm/s；第二扫描速度为8～20mm/s；所述填充区域指当前成形截面上除了轮廓边沿之外的实体部分；
(3)在相邻两层的熔覆过程中，当采用光栅式扫描方式时，应使相邻两层光栅扫描方向保持90°～120°的夹角，以防止误差在XY平面上同一点处造成累积而形成偏聚。
2.如权利要求1所述的提高激光金属成形零件表面平整度的方法，其特征在于：所述轮廓与填充区域相连接部分有补偿间隙，间隙宽度小于等于单道的熔覆宽度。
CN 201010234337 2010-07-22 2010-07-22 提高激光金属成形零件表面平整度的方法 Expired - Fee Related CN101899662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010234337 CN101899662B (zh) 2010-07-22 2010-07-22 提高激光金属成形零件表面平整度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010234337 CN101899662B (zh) 2010-07-22 2010-07-22 提高激光金属成形零件表面平整度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101899662A CN101899662A (zh) 2010-12-01
CN101899662B true CN101899662B (zh) 2012-09-05

Family

ID=43225567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010234337 Expired - Fee Related CN101899662B (zh) 2010-07-22 2010-07-22 提高激光金属成形零件表面平整度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101899662B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH706090A1 (de) 2012-02-17 2013-08-30 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Herstellen eines oberflächennahen Kühlkanals in einem thermisch hoch beanspruchten Bauteil sowie Bauteil mit einem solchen Kanal.
CN103302292B (zh) * 2012-03-12 2015-08-12 中国科学院沈阳自动化研究所 一种激光直接成形钛合金零件工艺方法
CN103433487A (zh) * 2013-08-09 2013-12-11 沈阳工业大学 一种提高激光快速成形金属零件表面平整度的方法
JP6248979B2 (ja) * 2015-05-15 2017-12-20 Ｊｆｅスチール株式会社 鋼材の清浄度評価方法および清浄度評価装置
CN105463452B (zh) * 2016-01-18 2019-03-26 苏州大学 一种激光快速成形件的成形方法
CN106400001A (zh) * 2016-09-14 2017-02-15 苏州柯莱得激光科技有限公司 立面激光熔覆成形工艺中成形件表面平整度的控制方法
CN106626377B (zh) * 2016-10-25 2019-08-30 天津清研智束科技有限公司 实时检测粉床表面变形的增材制造方法及增材制造装置
CN106670463B (zh) * 2017-01-13 2020-08-04 山东建筑大学 一种固相增材与激光扫掠复合增材制造技术
CN112958771B (zh) * 2021-01-27 2022-04-05 西安交通大学 一种铁基材料载能束粉末增材修复的集约化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200952996Y (zh) * 2006-09-07 2007-09-26 北京优纳科技有限公司 自适应切片扫描系统
CN101392649A (zh) * 2008-08-05 2009-03-25 山东泰山建能机械集团有限公司 抗磨损激光强化截齿及其加工方法
CN100537196C (zh) * 2006-06-28 2009-09-09 西安交通大学 一种用于光固化快速成型工艺的精度校正方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100537196C (zh) * 2006-06-28 2009-09-09 西安交通大学 一种用于光固化快速成型工艺的精度校正方法
CN200952996Y (zh) * 2006-09-07 2007-09-26 北京优纳科技有限公司 自适应切片扫描系统
CN101392649A (zh) * 2008-08-05 2009-03-25 山东泰山建能机械集团有限公司 抗磨损激光强化截齿及其加工方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱贤刚 等.激光熔覆工艺参数对熔覆层表面平整度的影响.《中国激光》.2010,第37卷(第1期),296-301页. *
赵万华 等.光固化快速成形中复杂零件型面精度形成机理研究.《中国机械工程》.1997,第8卷(第5期),37-39页. *
赵毅 等.影响激光快速成型精度的因素及对策.《制造技术与机床》.1997,20-22页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101899662A (zh) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101899662B (zh) 提高激光金属成形零件表面平整度的方法
Yasa et al. Investigation on occurrence of elevated edges in selective laser melting
Wang et al. Research on the fabricating quality optimization of the overhanging surface in SLM process
CN103231056B (zh) 一种不等宽构件的激光直接成形方法
WO2022100396A1 (zh) 带倾斜面的成形件及其成形方法
CN104923784B (zh) 一种提高激光变斑直接成形不等宽构件精度的方法
KR101521481B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법 및 이로부터 얻어지는 3차원 형상 조형물
JP4925048B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
KR101648442B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법
KR102099574B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법 및 3차원 형상 조형물
JP5213006B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
US20140099476A1 (en) Additive manufacture of turbine component with multiple materials
CN112059185B (zh) 带悬臂结构的成形件及其成形方法
KR101517652B1 (ko) 삼차원 형상 조형물의 제조 방법 및 그것으로부터 얻어지는 삼차원 형상 조형물
CN105880594A (zh) 一种铜合金粉末3d打印方法
WO2010098479A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法およびそれから得られる三次元形状造形物
CN109047762A (zh) 一种激光选区熔化与激光切割复合的增材制造方法
CN106041079B (zh) 一种选择性激光熔化成形操作方法
CN102397991B (zh) 一种无模铸型快速制造方法
EP3246148B1 (en) Additive layer manufacturing base plate
CN107866568A (zh) 一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法
JP2008291315A (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2008184623A (ja) 三次元形状造形物の製造方法及び材料
CN110614368A (zh) 一种通过激光加工硬化处理提高3d打印零件密度的方法
CN105772712A (zh) 一种基于差异化粒径的多材质增材制造粉末分离方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120905

Termination date: 20150722

EXPY Termination of patent right or utility model