CN105108144B - 一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其基于连续光加载方式和中空激光技术，提出了间歇式光加载方式来熔覆成形纤细状的分支结构，并以该分支结构作为基体熔覆成形待成形零件的最底层，然后以该最底层作为新的基体，采用一般的快速成形方法成形获得所需零件。成形完毕后只需沿纤细状分支结构与成形零件相结合的位置处切割即可将成形零件分离下来，操作十分简单、快速。采用该种成形方法，可在不同角度位置下的工作台上成形零件，扩大了激光熔覆成形的工作范围。

Description

一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆成形方法，尤其涉及一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法。
背景技术
激光熔覆技术是材料表面改性技术的一种，其是以不同的填料方式在被涂覆的基体表面上添加熔覆材料，并经激光辐照使其与基体表面薄层一起熔化，并快速凝固后在基体表面形成添料熔覆层，从而显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
激光熔覆成形则是在基于激光熔覆技术发展起来的快速成形技术。激光熔覆成形采用分层制造的思想，将待成形零件分层切片逐层熔覆沉积成形，其成形过程中采用激光连续加载，并辅以一定扫描速度，通过多道搭接、多层堆积方式熔覆成形零件。成形时是一般在工作台上放置一底板作为支撑，待成形完毕后再将该底板切除下来，切割面一般较大，加工工作量较大且影响成形零件的底面质量；激光熔覆工作头一般在水平面上成形零件，加工范围受到限制。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，从而可快速地获取待成形零件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，所述成形方法包括如下步骤：
S1、在基座上沿竖直方向加载激光，以在所述基座上形成沿竖直方向延伸的纤细状结构作为基体分支结构；
S2、根据待成形零件的底面结构来调整激光加载方向，并以所述基体分支结构的顶点作为起点来加载激光，形成另一纤细状结构作为辅助分支结构，其中，所述辅助分支结构位于所述待成形零件的底面上；
S3、根据待成形零件的结构对其分层切片，并获取每一层的成形路径；
S4、以所述辅助分支结构作为基体，按照步骤S3获得的成形路径，采用激光连续加载的方式来加载激光，先成形所述待成形零件的最底层，获取所述待成形零件的底层形貌，然后以所述最底层作为新的基体逐层地熔覆叠加，最终成形所述待成形零件；
S5、将所述基体分支结构从所述待成形零件上切除，获得最终的所述待成形零件。
优选地，所述步骤S1与所述步骤S2中，激光加载时分别采用间歇式光加载方式进行加载。
优选地，所述步骤S1与所述步骤S2中，激光加载的加工参数按照单点熔覆试验获得。
进一步地，所述的加工参数包括激光功率、送粉量、离焦量、准直气大小、单点熔道宽、单点熔道高、单点熔覆堆积提升量。
优选地，所述步骤S1中，激光加载时激光工作头竖直向下并垂直于所述基座。
优选地，所述步骤S4中，激光加载时激光工作头的轴线垂直于所述辅助分支结构。
优选地，所述待成形零件的最底层呈环状，所述辅助分支结构为与所述最底层的环状相对应的环状结构。
优选地，所述待成形零件的最底层为平面，所述辅助分支结构呈细条状。
进一步地，所述步骤S2中，所述辅助分支结构将所述待成形零件分隔成为相互对称的两部分；所述步骤S4中，成形所述最底层时以所述辅助分支结构作为基体，采用对称连续熔覆的方式成形获取所述最底层。
优选地，所述步骤S3在步骤S1、S2之前完成。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明中一种无基体无支撑零件激光熔覆自由成形方法，其基于连续光加载方式和中空激光技术，提出了间歇式光加载方式来熔覆成形纤细状的分支结构，并以该分支结构作为基体熔覆成形待成形零件的最底层，然后以该最底层作为新的基体，采用一般的快速成形方法成形获得所需零件。成形完毕后只需沿纤细状分支结构与成形零件相结合的位置处切割即可将成形零件分离下来，操作十分简单、快速。采用该种成形方法，可在不同角度位置下的工作台上成形零件，扩大了激光熔覆成形的工作范围。
附图说明
附图1为本发明的成形方法的流程示意图；
附图2为本发明一具体实施例中基体分支结构成形示意图；
附图3为附图2的实施例中辅助分支结构成形示意图；
附图4为附图2的实施例中成形待成形零件最底层的示意图；
附图5为附图2的实施例中待成形零件最底层成形完毕后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1
参见图1至图5所示，一种无基体无支撑零件激光熔覆自由成形方法，本实施例中待成形的零件为底面为平面的零件。
该成形方法包括如下步骤：
S1、成形基体分支结构1。在工作台的基座10上沿竖直方向加载激光，从而在基座10上形成沿竖直方向延伸的纤细状结构作为基体分支结构1。激光加载的过程中，激光工作头20竖直向下并垂直于基座10，如图2所示。
S2、成形辅助分支结构2。如图3所示，根据待成形零件的底面结构来调整激光加载方向，并以基体分支结构1的顶点作为起点来加载激光，从而形成另一纤细状结构作为辅助分支结构2，该辅助分支结构2位于待成形零件的底面上。本实施例中，待成形零件的底面为一平面结构，因此该辅助分支结构2可设置为条状，此处为直线条状。由于待成形零件的底面垂直于基体分支结构1，激光工作头20旋转90°后，以基体分支结构1的顶点作为起点，沿水平方向扫描而成形辅助分支结构2。
在上述步骤S1与步骤S2中，激光加载时采用间歇式光加载方式，这样可以为熔池凝固留有充足时间，待单点冷凝后激光工作头提升熔覆下一点，直至达到设定尺寸。激光熔覆时的加工参数可事先按照单点熔覆试验获得，即经过多次单点熔覆实现获取最优参数作为加工参数。涉及的加工参数包括：激光功率（KW）、送粉量(g/min)、离焦量（mm，即激光工作位置距焦点的位置）、准直气大小（Bar）、单点熔道宽、单点熔道高、单点熔覆堆积提升量。采用该种间歇式光加载方式，得到的基体分支结构1与辅助分支结构2的尺寸大小为单点熔道尺寸大小，与光斑直径相当。
S3、根据待成形零件的结构对其分层切片，获取每一层的成形路径，即计算激光工作头20工作的路径。该步骤也可在步骤S1、S2之前进行。
S4、调整激光工作头20的角度与位置，以辅助分支结构2作为基体，按照步骤S3获得的成形路径，采用激光连续加载的方式来加载激光，先成形待成形零件的最底层3，获取待成形零件的底层形貌，辅助分支结构2则成为最底层的一部分。待最底层3成形完毕后，然后以最底层3作为新的基体逐层地熔覆叠加，最终成形待成形零件。在成形的过程中，激光加载时激光工作头20的轴线应垂直于辅助分支结构2。
在本实施例中，辅助分支结构2将待成形零件分隔成形相互对称的两部分，这样，在成形最底层时，此处以辅助分支结构2作为基体，采用对称连续熔覆的方式成形获取最底层，如图4、图5所示。
S5、将基体分支结构1从待成形零件上切除，便可获得最终的待成形零件。切除时仅需从基体分支结构1的顶端与成形零件的结合面进行切割即可将成形零件分离下来，切除时工作量小，分离效率高。
实施例2
本实施例与实施例1的区别主要在于，待成形零件的最底层呈环状。在步骤S2成形辅助分支结构2时，该辅助分支结构2成形为与最底层的环状相对应的环状结构，然后以该环状的辅助分支结构2成形最底层，继而激光熔覆成形待成形零件。
综上，本发明的一种无基体无支撑零件激光熔覆自由成形方法，其基于连续光加载方式和中空激光技术，提出了间歇式光加载方式来熔覆成形纤细状的分支结构，并以该分支结构作为基体熔覆成形待成形零件的最底层，然后以该最底层作为新的基体，采用一般的快速成形方法成形获得所需零件。成形完毕后只需沿纤细状分支结构与成形零件相结合的位置处切割即可将成形零件分离下来，操作十分简单、快速。
在本发明的零件自由成形过程中，由于采用纤细状分支结构作为基体，这样不仅可以在水平工作台上成形零件，也可以在不同倾斜角度的工作台，例如竖直放置的工作台上成形零件，这样扩大了激光熔覆成形的工作范围。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述成形方法包括如下步骤：
S1、在基座上沿竖直方向加载激光，以在所述基座上形成沿竖直方向延伸的纤细状结构作为基体分支结构；
S2、根据待成形零件的底面结构来调整激光加载方向，并以所述基体分支结构的顶点作为起点来加载激光，形成另一纤细状结构作为辅助分支结构，其中，所述辅助分支结构位于所述待成形零件的底面上；
S3、根据待成形零件的结构对其分层切片，并获取每一层的成形路径；
S4、以所述辅助分支结构作为基体，按照步骤S3获得的成形路径，采用激光连续加载的方式来加载激光，先成形所述待成形零件的最底层，获取所述待成形零件的底层形貌，然后以所述最底层作为新的基体逐层地熔覆叠加，最终成形所述待成形零件；
S5、将所述基体分支结构从所述待成形零件上切除，获得最终的所述待成形零件；
其中，所述步骤S1与所述步骤S2中，激光加载时分别采用间歇式光加载方式进行加载。
2.根据权利要求1所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述步骤S1与所述步骤S2中，激光加载的加工参数按照单点熔覆试验获得。
3.根据权利要求2所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述的加工参数包括激光功率、送粉量、离焦量、准直气大小、单点熔道宽、单点熔道高、单点熔覆堆积提升量。
4.根据权利要求1所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述步骤S1中，激光加载时激光工作头竖直向下并垂直于所述基座。
5.根据权利要求1所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述步骤S4中，激光加载时激光工作头的轴线垂直于所述辅助分支结构。
6.根据权利要求1所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述待成形零件的最底层呈环状，所述辅助分支结构为与所述最底层的环状相对应的环状结构。
7.根据权利要求1所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述待成形零件的最底层为平面，所述辅助分支结构呈细条状。
8.根据权利要求7所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述辅助分支结构将所述待成形零件分隔成为相互对称的两部分；所述步骤S4中，成形所述最底层时以所述辅助分支结构作为基体，采用对称连续熔覆的方式成形获取所述最底层。
9.根据权利要求1至8任一所述的无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，其特征在于，所述步骤S3在步骤S1、S2之前完成。
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