CN107855522A - 一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，包括以下步骤：建立三维模型，分层切片，获得激光扫描路径；基材固定，不锈钢/钛合金粉末放入粉末缸；成形室充入氩气，基材上铺设粉末；启动激光增材制造设备，扫描加工；成形缸下降一个层厚的距离，铺粉装置在已加工好的当前层上铺设一层粉末，直至结构加工完毕；对零件退火处理，制得。经本发明制造的多孔微槽道结构成形后组织致密、细小均匀、冶金质量好，打压过程中不发生渗漏，复杂内槽道结构尺寸精度高，且内槽道截面形状和分布局限减小，产品性能高，复杂多孔内槽道结构成形后无需焊接工序，提高了材料利用率，减少了工序，缩短了零件制造周期。

Description

一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法
技术领域
本发明属于金属成形技术领域，涉及一种不锈钢/钛合金零件的激光成形，尤其涉及一种复杂多孔微槽道零件的激光增材制造方法。
背景技术
目前国内生产多孔微槽道不锈钢/钛合金结构的一般方法是采用机加工与焊接结合的工艺，即：内部微槽道以及多孔结构采用机加工进行，然后采用焊接完成组合，最终实现复杂多孔微槽道结构的生产制造。
但是，采用这种方法制造存在一些局限性：
（1）微槽道采用机加工，加工的截面尺寸有限，主要以矩形、V形和圆形为主，对于其他复杂截面的微槽道较难实现；
（2）内部的微槽道采用多个平板结构进行焊接而成，难以实现空间三维复杂微槽道的分布，对于产品的性能指标提升具有较大的局限性；
（3）多孔结构的制造，尤其是密布微细多孔机加工的工序复杂，加工比较困难；
（4）此外，由于采用焊接方式组合制造，焊接热影响区内组织粗大，焊接应力集中，易产生裂纹、堵塞等缺陷。
由于上述原因造成传统制造方法生产效率低下，产品合格率低，生产周期长，制造成本高等问题。并且受传统制造工艺的限制，空间三维内部复杂的微槽道以及孔结构难以实现，甚至无法实现，严重制约了该类产品的性能指标提升和功能的拓展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复杂多孔微槽道零件的激光增材制造方法，解决了现有多孔微槽道不锈钢/钛合金零件制造方法存在产品制造周期长，合格率低、三维空间复杂多孔微槽道结构难以制造的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种复杂多孔微槽道零件的激光增材制造方法，可用于不锈钢、钛合金零件的激光增材制造，包括以下步骤：
步骤1：根据成形零件建立零件三维模型，并用切分软件对零件三维模型进行分层切片离散处理，获得各层激光的扫描路径；
步骤2：将基材固定在激光成形设备的成型缸工作台上，将不锈钢或钛合金粉末放入粉末缸中；
步骤3：在成形室中充入氩气，启动铺粉装置，在基材上铺设一层不锈钢或钛合金粉末；
步骤4：开启激光增材制造设备，激光束根据当前层激光扫描路径对与铺置的粉末进行选择性扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描；
步骤5：成形缸下降一个层厚的距离，铺粉装置在已加工好的当前层上铺设一层粉末；
步骤6：重复步骤4~5，直至整个零件加工完毕；
步骤7：打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的零件，对成形的零件进行退火处理；
进一步，不锈钢粉末化成分符合GB 1220-1984 要求，钛合金粉末化成分符合GB/T3620.2要求，所述不锈钢或钛合金粉末粒度为15~53μm。
步骤3中，氩气纯度不低于99.99%。
优选的，控制成形室内氧气浓度不高于100ppm。
步骤4中，激光增材制造设备的加工工艺参数为：激光功率：200~500W，激光光斑直径：0.08~0.12mm，扫描速度：900~2000mm/s，单层层高：0.02~0.06mm。
优选的，所述铺粉装置为刮板；激光器为光纤激光器。
本发明的有益效果是：
（1）通过采用逐层堆积整体成形的方法，零件成形后无需焊接工序，提高了材料利用率，减少了工序，缩短了零件制造周期，且内槽道截面形状和分布局限减小，产品性能提高；
（2）激光增材成形，内部组织致密、细小均匀，冶金质量好，打压过程中不会发生渗漏；
（3）成形过程中应力集中小，通过采用特定工艺参数保证了零件成形后几乎无变形现象发生，获得的复杂内槽道结构尺寸精度高；
（4）通过使用特定组分含量的不锈钢、钛合金粉末，结合快速成形工艺和传统热处理工艺，获得的零件同时具有高强度、高塑性，综合力学性能与锻件相当。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种复杂多孔微槽道不锈钢/钛合金零件的激光增材制造方法，具体实施步骤如下：
步骤1：根据成形零件建立零件三维模型，并用切分软件对零件三维模型进行分层切片离散处理，获得各层成形所需的激光扫描路径；
步骤2：将基材固定在激光增材制造设备的成型缸工作台上，将不锈钢或钛合金粉末放入粉末缸中，其中，不锈钢粉末符合GB/T 1173-1995要求，钛合金粉末化成分符合GB/T3620.2要求，粉末粒度为15~53μm；
步骤3：在成形室中充入氩气，氩气纯度不低于99.99%，并控制成形室内氧气浓度不高于100ppm；启动铺粉装置，在基材上铺设一层粉末；
步骤4：启动激光增材制造设备，激光束根据当前层激光扫描路径对基材上的粉末进行扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描，其中，激光增材制造设备的加工参数为：激光功率：200~500W，激光光斑直径：0.08~0.12mm，扫描速度：900~2000mm/s，单层层高：0.02-0.06mm；
步骤5：成形缸下降一个层厚的距离，刮板在已加工好的当前层上铺设一层粉末；
步骤6：重复步骤4~5，直至整个零件加工完毕；
步骤7：打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的零件，对成形的零件进行退火处理，退火工艺为：不锈钢为在1000~1070℃下保温2~5h后炉冷；钛合金为在500~600℃下保温2~3h后炉冷；
步骤8：对成形零件的孔结构和微槽道进行磨力流抛光处理，最终实现多孔微槽道结构的制造。

Claims (9)

1.一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1：根据成形零件建立零件三维模型，并用切分软件对零件三维模型进行分层切片离散处理，获得各层成形所需的激光扫描路径；
步骤2：将基材固定在激光增材制造设备的成型缸工作台上，将不锈钢或钛合金粉末放入粉末缸中；
步骤3：在成形室中充入氩气；启动铺粉装置，在基材上铺设一层粉末；
步骤4：启动激光增材制造设备，激光器的激光束根据当前层激光扫描路径对基材上的粉末进行扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描；
步骤5：成形缸下降一个层厚的距离，铺粉装置在已加工好的当前层上铺设一层粉末；
步骤6：重复步骤4~5，直至整个结构加工完毕；
步骤7：打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的结构，对成形的结构进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述不锈钢或钛合金粉末粒度为15~53μm。
3.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述步骤2中，氩气纯度≥99.99%。
4.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述步骤3控制成形室内氧气浓度≤100ppm。
5.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述步骤4中，激光增材制造设备的加工参数为：激光功率：200~500W，激光光斑直径：0.08~0.12mm，扫描速度：900~2000mm/s，单层层高：0.02-0.06mm。
6.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述步骤7中，退火工艺为：不锈钢在1000-1070℃下保温2-5h后炉冷；钛合金为在500~600℃下保温2~3h后炉冷。
7.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述铺粉装置为刮板。
8.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，所述激光器为光纤激光器。
9.根据权利要求1所述的一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法，其特征在于，对对成形的结构进行退火处理后，再进行磨力流抛光处理。
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