CN111036906A - 一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统，涉及增材制造技术领域，以解决预混合粉末同轴送粉激光沉积增材制造时，由于比重不同和长时间、长距离输送，到达熔池前出现气载输送偏析、重轻分离的现象，从而导致激光沉积成形的复合材料构件内组分分布不均匀的问题。该方法应用激光增材制造设备。该方法包括送粉器根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流汇聚在基材面的同一位置，使得至少两个送粉罐所输出的不同材料粉末流在基材面形成混合物；激光器根据构件的增材制造策略控制激光加工头对混合物进行熔融烧结，获得构件。本发明提供的激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统用于增材制造。

Description

一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统。

背景技术

激光增材制造技术是一种集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的自动化的成形技术。它可以将复杂的三维结构离散成一系列层片进行加工，大大降低了加工难度。

目前，可以采用同轴送粉激光沉积技术将复合材料所需的各种组分加工成复合材料构件，但是，现有同轴送粉激光沉积技术增材制造复合材料构件时，存在所制构件内组分分布不均匀问题，导致复合材料构件性能受到严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光增材制造构件的方法及激光增材制造系统，用于解决同轴送粉激光沉积技术制造复合材料构件时，制造的复合材料构件内组分分布不均匀的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种激光增材制造构件的方法，应用激光增材制造设备；所述激光增材制造设备包括送粉器和具有激光加工头的激光器，所述送粉器包括至少两个送粉罐；至少两个所述送粉罐内所容纳的材料不同；所述方法包括：

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置，使得所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流在基材面形成混合物；

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

与现有技术相比，本发明提供的激光增材制造构件的方法中，送粉器包括至少两个送粉罐，而送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置。各个送粉罐输出的材料送粉流在汇聚过程可以依靠自身所具有的冲击力，使得各个送粉罐输出的材料送粉流形成混合比较均匀的混合物，从而避免现有技术增材制造的复合材料构件内组分分布不均匀的问题。而由于至少两个所述送粉罐内所容纳的材料不同，因此，采用同轴送粉激光沉积技术制造复合材料构件时，复合材料构件内组分分布比较均匀，从而提高复合材料构件性能。

可选的，所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置包括：

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一点。

可选的，所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结包括：

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头所发射的激光束与所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面上同一位置。

可选的，所述构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息；

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置包括：

所述送粉器根据所述载粉气速信息、所述送粉角度信息、所述切片层信息和所述送粉率信息控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置；

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件包括：

所述激光器根据所述扫描参数信息和所述扫描路径信息控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

优选的，所述切片层信息包括切片层厚度阈值，所述切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm；和/或，

所述载粉气速信息包括：各个所述送粉罐的载粉气速阈值，所述载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s；和/或，

所述混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面，所述送粉角度信息包括：每个所述送粉罐的粉嘴射流角度和每个所述送粉罐的粉嘴射流高度；

每个所述送粉罐的粉嘴射流角度是指每个所述送粉罐的粉嘴射流方向与所述激光加工头所发射的激光束形成的夹角，每个所述送粉罐的粉嘴射流角度为40°~50°；每个所述送粉罐的粉嘴射流高度是指每个所述送粉罐的粉嘴与所述熔覆烧结面的最小距离，每个所述送粉罐的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm。

可选的，所述至少两个送粉罐包括至少一个第一类送粉罐和至少一个第二类送粉罐；各个所述第一类送粉罐内容纳有不同的基体材料，各个所述第二类送粉罐容纳有不同的增强材料。

优选的，所述第二类送粉罐中添加活性保护剂，所述活性保护剂的重量占所述增强材料和所述活性保护剂总重量的0.1wt%~2wt%；和/或，

所述基体材料为镍基体材料、铝基体材料、钛基体材料中的一种或多种；其中，所述基体材料为钛基体材料时，所述增强材料为硼化钛、碳化钛、碳化硅、氧化铝、氮化铝、碳化硼、氮化硼中的一种或多种。

可选的，激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件后，所述方法还包括：

从所述基材面上分离出所述构件；

对所述构件进行后处理；

对所述构件进行后处理包括：对所述构件进行阶梯式去应力退火处理。

本发明还提供一种激光增材制造系统，包括：

控制终端，用于根据构件的参数信息生成构件的增材制造策略和构件的三维模型；向激光器和送粉器发送所述构件的增材制造策略；

与所述控制终端通信的所述送粉器，用于根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置，使得所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流在基材面形成混合物；所述送粉器包括至少两个送粉罐；至少两个所述送粉罐内所容纳的材料不同；

与所述控制终端通信的所述激光器，用于根据构件的增材制造策略控制激光加工头对所述混合物进行熔融烧结。

与现有技术相比，本发明提供的激光增材制造系统的有益效果与上述技术方案所述激光增材制造构件的方法的有益效果相同，在此不做赘述。

优选的，所述构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息；所述切片层信息包括切片层厚度阈值，所述切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm；和/或，

所述载粉气速信息包括：各个所述送粉罐的载粉气速阈值，所述载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s；和/或，

所述混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面，所述送粉角度信息包括：每个所述送粉罐的粉嘴射流角度和每个所述送粉罐的粉嘴射流高度；

每个所述送粉罐的粉嘴射流角度是指每个所述送粉罐的粉嘴射流方向与所述激光加工头所发射的激光束形成的夹角，每个所述送粉罐的粉嘴射流角度为40°~50°；每个所述送粉罐的粉嘴射流高度是指每个所述送粉罐的粉嘴与所述熔覆烧结面的最小距离，每个所述送粉罐的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm；

所述送粉器具体用于根据所述载粉气速信息、所述送粉角度信息和所述送粉率信息控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置；

所述激光器具体用于根据所述扫描参数信息、所述扫描路径信和所述切片层信息控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的激光增材制造构件的系统图；

图2为本发明实施例提供的激光增材制造设备示意图；

图3为本发明实施例提供的激光增材制造构件的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的材料送粉流与激光束的位置关系示意图。

附图标记：

1-控制终端，2-激光增材制造设备，21-激光器，211-激光发生器，212-激光加工头，213-激光束，22-送粉器，221-送粉罐，2211-第一类送粉罐，2212-第二类送粉罐，222-粉嘴，23-工作腔，231-工作台，24-基材面，25-材料送粉流。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

激光增材制造是一种以激光为能量源的增材制造技术。激光具有能量密度高、熔化效率高的特点，可实现难加工金属的制造，比如航空航天领域采用的钛合金、高温合金、钛基复合材料等。

图1示出一种激光增材制造系统的系统图。如图1所示，该激光增材制造系统包括控制终端1和激光增材制造设备2。控制终端1与激光增材制造设备2通信连接，用以向激光增材制造设备2发送增材制造策略，使激光增材制造设备2根据增材制造策略进行增材制造。

图2示出一种激光增材制造设备2示意图。如图2所示，该激光增材制造设备2包括激光器21、送粉器22、工作腔23以及容纳于工作腔23内的工作台231。在工作腔23内增材制造构件时，工作腔23内填充惰性气体，工作台231上安装有制造构件所需的基材，基材具有基材面24，构件的在基材面24上成形。

激光器21具有激光发生器211、至少一个激光加工头212以及用于连接激光发生器211和激光加工头212的光纤。激光发生器211产生的激光通过光纤传到激光加工头212，激光加工头212射出激光束213，激光束213在基材面24上形成熔池。

送粉器22包括至少两个送粉罐221和至少两个粉嘴222。每个激光加工头212上设有与激光加工头212同轴的至少一个粉嘴222。每个送粉罐221通过输送管路与至少一个粉嘴222连通，使得送粉罐221所容纳的制造构件所需的材料通过输送管路输送到设于激光加工头212上的粉嘴222并通过粉嘴222射流到基材面24上。需要说明的是，送粉罐221利用惰性气体或其他气体作为载体输送粉罐221内所容纳的材料。

鉴于复合材料构件难以锻造成型，而铸造的复合材料构件性能又难以胜任工况需求，因此，采用同轴送粉激光沉积技术直接制造高性能复合材料构件。同轴送粉激光沉积技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据构件的三维模型切片及规划的扫描路径，将供给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零部件的直接制造。具体的，应用图2所示的激光增材制造设备2采用同轴送粉激光沉积技术将复合材料构件所需的各种材料沉积熔融，从而加工成复合材料构件。该同轴送粉激光沉积技术具有瞬熔速凝、高效、近净成型以及晶粒组织细小、性能等同于锻件而无需锻造的特点，因此，被广泛应用于超高声速飞行器头锥、航空发动机尾喷管、翼舵及机体高温部件等复合材料构件的制造和修复。

目前，应用上述激光增材制造设备2制造复合材料构件时，通常将不同材料混合形成预混物，再利用送粉罐221将预混物通过粉嘴222输出到基材面24上进行激光熔融沉积制造。由于预混物中各组分的比重不同，通过送粉罐221气载送粉时，由于长时间长距离输送出现预混物不同组分重轻分离的现象，这种现象称为气载输送偏析。

为了解决因气载输送偏析现象导致的所制造的构件内组分分布不均匀，从而严重影响复合材料构件性能的问题，本发明实施例提供一种激光增材制造构件的方法，如图3所示。该方法应用图2所示的激光增材制造设备2。该激光增材制造设备2包括送粉器22和具有激光加工头212的激光器21，送粉器22包括至少两个送粉罐221，至少两个送粉罐221内所容纳的材料不同。如图3所示，该方法包括：

步骤S110：送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置（如图4所示），使得至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25在基材面24形成混合物；激光器21根据构件的增材制造策略控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结（如图4所示），获得构件。

具体的，激光器21发射的激光束213在基材面24上形成熔池，至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25在基材面24形成的混合物落入熔池中熔化。激光器21与送粉器22相配合，根据构件的增材制造策略逐层沉积成形构件。

例如：激光器21发射的激光束213在基材面24上形成熔池。送粉罐221包括第一送粉罐和第二送粉罐。第一送粉罐内容纳有第一材料，第二送粉罐内容纳第二材料。送粉器22根据构件的增材制造策略控制第一送粉罐输送第一材料从粉嘴222输出第一材料送粉流。送粉器22根据构件的增材制造策略控制第二送粉罐输送第二材料从粉嘴222输出第二材料送粉流。第一材料送粉流和第二材料送粉流在基材面24形成混合物落入熔池中熔化。激光器21与送粉器22相配合，根据构件的增材制造策略逐层沉积成形构件。

基于上述激光增材制造构件的方法可知，送粉器22包括至少两个送粉罐221，而送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置。各个送粉罐221输出的材料送粉流25在汇聚过程可以依靠自身所具有的冲击力，使得各个送粉罐221输出的材料送粉流25形成的混合物混合比较均匀，从而避免因为气载输送偏析所造成的混合物混合不均匀的问题。而由于至少两个送粉罐221内所容纳的材料不同，因此，采用同轴送粉激光沉积技术制造复合材料构件时，复合材料构件内组分分布比较均匀，从而提高复合材料构件性能。

另外，各个送粉罐221输出的材料送粉流25形成混合物落入熔池内，在高能激光束213的快速扫描下，短时间内即被熔化并凝固或烧结，可以避免混合物长时间在重力作用下出现比重偏析，还可以避免多种材料混合形成预混物后采用同一送粉罐221及同一输送管路输送，在材料输送过程中因材料密度不同而引发的比重偏析问题。

需要说明的是，上述方法适用于由一种材料制造的构件，例如：该方法可以制作铜构件、铝构件。该方法还适用于由至少两种材料制造的构件。这些材料可以为至少两种金属材料，也可以为金属材料和非金属材料。

例如：当这些材料为至少两种金属材料时，所制造的构件为多种金属材料熔合成的合金构件。又例如：当这些材料为至少一种作为基体材料的金属材料和至少一种增强材料时，所制造的构件为复合材料构件。应理解，当上述方法应用于制造至少两种材料制造的构件时，根据制造构件所需要的原材料种类确定送粉罐221的数量。

作为一种可能的实现方式，上述复合材料的基体材料可以为一种材料，上述增强材料可以为一种或多种材料。基于此，当上述方法应用于制造至少两种材料制造的构件时，采用本发明实施例的激光增材制造构件的方法制造复合材料构件时，至少两个送粉罐221包括至少一个第一类送粉罐2211和至少一个第二类送粉罐2212；各个第一类送粉罐2211内容纳有不同的基体材料，各个第二类送粉罐2212容纳有不同的增强材料。由此可见，不管是基体材料还是增强材料，不同的材料均采用不同的送粉罐221容纳。此时，多种基体材料独立分装在不同的第一类送粉罐2211内，避免多种不同基体材料混装所形成比重偏析现象；多种增强材料独立分装在不同的第二类送粉罐2212内，避免多种增强材料混装形成比重偏析现象。多个第一类送粉罐2211和多个第二类送粉罐2212的设置，使各个基体材料和增强材料均能够以材料送粉流25的形式在基材面24上形成混合物，从而实现成比例均匀混合。

下面结合附图以制造复合材料构件为例说明激光增材制造构件的方法，以下说明仅用于解释，不作为限定。应理解，采用鑫精合激光科技发展（北京）有限公司生产的型号为TSC-S4510的激光增材制造设备，如图2所示。激光器21发射的激光束213在基材面24上形成熔池。送粉罐221包括第一送粉罐和第二送粉罐。第一送粉罐内容纳有基体材料，第二送粉罐内容纳增强材料。

上述送粉器22根据构件的增材制造策略控制第一送粉罐输送基体材料从粉嘴222输出基体材料送粉流。同时，送粉器22根据构件的增材制造策略控制第二送粉罐输送增强材料从粉嘴222输出增强材料送粉流。基体材料送粉流和增强材料送粉流在基材面24形成混合物落入熔池中熔化。激光器21与送粉器22相配合，根据构件的增材制造策略逐层沉积成形复合材料构件。

上述基体材料和增强材料的种类多种多样，例如：基体材料为镍基体材料、铝基体材料、钛基体材料中的一种或多种，但不限于此。

当基体材料为钛基体材料时，增强材料为硼化钛、碳化钛、碳化硅、氧化铝、氮化铝、碳化硼、氮化硼中的一种或多种。

上述钛基体材料可以根据实际情况选择。例如：可以为TA1、TA2、TA7、TA15、TB6、TB8、TC4、TC11、TC18、TC21、Ti60中的一种或多种，但不仅限于此。

应理解，TA1、TA2、TA7、TA15、TB6、TB8、TC4、TC11、TC18和TC21是GB/T3620.1-2016中表1所限定的钛及钛合金产品的牌号，例如：TA1是指，化学成分中铁含量不大于0.2%，碳含量不大于0.08，氦含量不大于0.03%，氢含量不大于0.015%，氧含量不大于0.18%，其他杂质元素单一含量不大于0.1%，其他杂质元素总和含量不大于0.4%，余量为钛的工业级纯钛。Ti60是指Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Ta-Si系多元复合强化的近α型高温钛合金，它的成分为（质量分数） Al 5.0%~6.3%，Sn 3.0%~5.0%，Zr 2.5%~7.0%，Mo 0.2%~1.5%，Nb 0.2%~1.0%，Ta0.2%~0.55%，Si 0.2%~0.55%，C 0.01%~0.09%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

在一些实施例中，为了使增强材料和基体材料熔合效果更好，第二类送粉罐2212中添加活性保护剂。活性保护剂可以降低增强材料和基体材料熔融时的界面结合能，增强两者材料的融合效果，从而提高复合材料构件的机械性能。

其中，活性保护剂的重量占增强材料和活性保护剂总重量的0.1wt%~2wt%。例如：活性保护剂的重量占增强材料和活性保护剂总重量的0.15wt%、0.1wt%或0.2wt%。当然，也可以根据实际情况调节活性保护剂的重量百分比。

作为一种可能的实现方式，为了使各个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚形成的混合物熔融效果更好，激光器21根据构件的增材制造策略控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结包括：

激光器21根据构件的增材制造策略控制激光加工头212所发射的激光束213与至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24上同一位置。例如：激光加工头212所发射的激光束213在基材面24上的形成的熔池，与各个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚位置（混合物的位置）相重合。当混合物的位置与熔池重合时，混合物可以完全落入熔池内从而提高混合物的融化效率。

在一些实施例中，送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置包括：

送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一点。该同一点是指激光束213加工头12在基材面24上形成的熔池的几何中心。

由于激光束213形成的熔池的几何中心是熔池中温度最高的点，材料送粉流25汇聚于熔池的几何中心，使得材料融化最快、熔融效果最好。同时，当材料送粉流25汇聚于熔池的几何中心时，可以降低材料送粉流25散射时部分材料分散到熔池外风险，提高抓粉率。

作为一种可能的实现方式，为了使激光增材制造的构件尺寸更加精确近净成形，减少激光增材制造的构件后续机加工的工作量，在送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置，使得至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25在基材面24形成混合物前，上述激光增材制造构件的方法，还包括：

步骤S100：控制终端1建立构件的三维模型，根据构件的三维模型制定构件的增材制造策略。该增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息、送粉率信息中的一种或多种，但不仅限于此。

具体的，上述构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息。

在一种可选方式中，上述控制终端1应当至少向送粉器22发送载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息。此时，送粉器22根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置包括：

送粉器22根据载粉气速信息、送粉角度信息、切片层信息和送粉率信息控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置。

示例性的，上述载粉气速信息包括：各个送粉罐221的载粉气速阈值，载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s。例如：载粉气速阈值为2.8m/s、3m/s或3.2 m/s。

可以理解的是，当载粉气速阈值不同时，各送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚时的冲击力大小不同。当各载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s时，各送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚后的冲击力较佳，各组分混合较均匀效果较好。当各载粉气速阈值为2.8m/s~3.2m/s，且各送粉罐221的载粉气速阈值相同时，各送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚时的冲击力更适宜，各组分混合更均匀。例如：各送粉罐221采用同一气压罐输送压力气体，可以实现各送粉罐221的载粉气速阈值相同。

示例性的，送粉器22根据载粉气速信息设置送粉罐221的送粉气压等参数，从而控制输送粉末的惰性气体的流速。

可以理解的是，上述混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面。送粉角度信息包括：每个送粉罐221的粉嘴射流角度和每个送粉罐221的粉嘴射流高度。并且，送粉器22根据送粉角度信息设置粉嘴222的高度和角度等参数，从而控制材料送粉流25的射流角度和射流高度。

每个送粉罐221的粉嘴射流角度是指每个送粉罐221的粉嘴射流方向与激光加工头所发射的激光束213形成的夹角，每个送粉罐221的粉嘴射流角度为40°~50°。例如：应用激光增材制造设备制造构件时，每个送粉罐221的粉嘴射流角度可以设置为40°、45°或50°。每个送粉罐221的粉嘴射流高度是指每个送粉罐221的粉嘴222与熔覆烧结面的最小距离，每个送粉罐221的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm。例如：应用激光增材制造设备制造构件时，每个送粉罐221的粉嘴射流高度可以设置为13 mm、15mm或17mm。

当每个送粉罐221的粉嘴射流角度为40°~50°，每个送粉罐221的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm时，粉嘴222射流出的材料送粉流25汇聚性较好，发生溅射和发散的材料较少，抓粉率高，混合物混合效果较好。

示例性的，上述切片层信息包括切片层厚度阈值。切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm。例如：切片层厚度阈值为0.4mm、0.6mm或0.8mm。由于切片层厚度阈值与送粉率相关联，因此，在确定构件的增材制造策略的时候，应当考虑切片层厚度阈值与送粉率、扫描速度的匹配性。

例如：制造复合材料构件时，当扫描速度为1000 mm/min，基体材料粉末送粉率为5.0 mL/min ，单位时间内的增强材料粉末送粉量适当，即增强材料与基体材料比例恰当，切片层厚度阈值为0.7mm时，层提升适中，激光束213能够高效、高质量的熔融混合物，熔覆烧结效果较佳。

送粉器22根据送粉率信息和切片层信息设置送粉罐221的送粉电机的转速，从而控制单位时间内输出的粉末质量。另外，还可以通过设置各个第二类送粉罐2212的不同送粉率，来实现增强材料梯度分布，实现构件不同部位增强材料比例分布。

在一种可选方式中，上述控制终端1向激光器21至少发送扫描参数信息、扫描路径信息和切片层信息。此时，激光器21根据构件的增材制造策略控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结，获得构件包括：

激光器21根据扫描参数信息和扫描路径信息控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结，获得构件。

示例性的，扫描参数信息包括激光束213的光斑直径、激光功率、扫描速度等参数。激光器21根据光斑直径和激光功率通过激光加工头212射出激光束213，激光器21按照扫描速度控制激光加工头212移动。同时，激光器21根据扫描路径信息设置激光加工头212行进的路线、步长等参数。

作为一种可能的实现方式，为了达到构件的最终使用性能并对其外观质量尺寸进行控制，需要对激光增材制造的构件进行进一步的机加工和热处理。激光器21根据构件的增材制造策略控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结，获得构件后，上述激光增材制造构件的方法还包括：

步骤S120：从基材面24上分离出构件。具体的，分离的方法可以采用切割等工艺。

步骤S130：对构件进行后处理。

具体的，对构件进行后处理包括：对构件进行阶梯式去应力退火处理。需要说明的是，根据构件的材质选择不同的温度进行阶梯式去应力退火处理。

本发明实施例还提供一种激光增材制造系统。请参阅图1，该激光增材制造系统包括：

控制终端1以及与控制终端1通信的激光器21、送粉器22。应理解，该控制终端1可以为应用于控制终端1的芯片或应用于控制终端1的控制器。激光器21内具有应用于激光器21的芯片或应用于激光器21的控制器。送粉器22内具有可以为应用于送粉器22的芯片或应用于送粉器22的控制器。

上述控制终端1用于根据构件的参数信息生成构件的增材制造策略和构件的三维模型；向激光器21和送粉器22发送构件的增材制造策略；

上述送粉器22用于根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置，使得至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25在基材面24形成混合物；送粉器22包括至少两个送粉罐221；至少两个送粉罐221内所容纳的材料不同；

上述激光器21用于根据构件的增材制造策略控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结。

与现有技术相比，本发明实施例提供的激光增材制造系统的有益效果与上述技术方案激光增材制造构件的方法的有益效果相同，在此不做赘述。

作为一种可能的实现方式，构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息；切片层信息包括切片层厚度阈值，切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm；和/或，

载粉气速信息包括：各个送粉罐221的载粉气速阈值，载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s；和/或，

混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面，送粉角度信息包括：每个送粉罐221的粉嘴射流角度和每个送粉罐221的粉嘴射流高度；

每个送粉罐221的粉嘴射流角度是指每个送粉罐2的粉嘴射流方向与激光加工头所发射的激光束213形成的夹角，每个送粉罐221的粉嘴射流角度为40°~50°；每个送粉罐221的粉嘴射流高度是指每个送粉罐221的粉嘴222与熔覆烧结面的最小距离，每个送粉罐221的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm；

送粉器22具体用于根据载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息控制至少两个送粉罐221所输出的材料送粉流25汇聚在基材面24的同一位置；

激光器21具体用于根据所述扫描参数信息、扫描路径信和切片层信息控制激光加工头212对混合物进行熔融烧结，获得构件。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光增材制造构件的方法，应用激光增材制造设备；所述激光增材制造设备包括送粉器和具有激光加工头的激光器，所述送粉器包括至少两个送粉罐；其特征在于，至少两个所述送粉罐内所容纳的材料不同；所述方法包括：

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置，使得所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流在基材面形成混合物；

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

2.根据权利要求1所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置包括：

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一点。

3.根据权利要求1或2所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结包括：

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头所发射的激光束与所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面上同一位置。

4.根据权利要求1~3任一项所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息；

所述送粉器根据构件的增材制造策略控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置包括：

所述送粉器根据所述载粉气速信息、所述送粉角度信息、所述切片层信息和所述送粉率信息控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置；

所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件包括：

所述激光器根据所述扫描参数信息和所述扫描路径信息控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

5.根据权利要求4所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述切片层信息包括切片层厚度阈值，所述切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm；和/或，

所述载粉气速信息包括：各个所述送粉罐的载粉气速阈值，所述载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s；和/或，

所述混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面，所述送粉角度信息包括：每个所述送粉罐的粉嘴射流角度和每个所述送粉罐的粉嘴射流高度；

每个所述送粉罐的粉嘴射流角度是指每个所述送粉罐的粉嘴射流方向与所述激光加工头所发射的激光束形成的夹角，每个所述送粉罐的粉嘴射流角度为40°~50°；每个所述送粉罐的粉嘴射流高度是指每个所述送粉罐的粉嘴与所述熔覆烧结面的最小距离，每个所述送粉罐的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm。

6.根据权利要求1~3任一项所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述至少两个送粉罐包括至少一个第一类送粉罐和至少一个第二类送粉罐；各个所述第一类送粉罐内容纳有不同的基体材料，各个所述第二类送粉罐容纳有不同的增强材料。

7.根据权利要求6所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述第二类送粉罐中添加活性保护剂，所述活性保护剂的重量占所述增强材料和所述活性保护剂总重量的0.1wt%~2wt%；和/或，

所述基体材料为镍基体材料、铝基体材料、钛基体材料中的一种或多种；其中，所述基体材料为钛基体材料时，所述增强材料为硼化钛、碳化钛、碳化硅、氧化铝、氮化铝、碳化硼、氮化硼中的一种或多种。

8.根据权利要求1~7任一项所述的激光增材制造构件的方法，其特征在于，所述激光器根据构件的增材制造策略控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件后，所述方法还包括：

从所述基材面上分离出所述构件；

对所述构件进行后处理；

对所述构件进行后处理包括：对所述构件进行阶梯式去应力退火处理。

9.一种激光增材制造系统，其特征在于，包括：

控制终端，用于根据构件的参数信息生成构件的增材制造策略和构件的三维模型；向激光器和送粉器发送所述构件的增材制造策略；

与所述控制终端通信的所述送粉器，用于根据构件的增材制造策略控制至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置，使得所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流在基材面形成混合物；所述送粉器包括至少两个送粉罐；至少两个所述送粉罐内所容纳的材料不同；

与所述控制终端通信的所述激光器，用于根据构件的增材制造策略控制激光加工头对所述混合物进行熔融烧结。

10.根据权利要求9所述的激光增材制造系统，其特征在于，所述构件的增材制造策略包括扫描参数信息、扫描路径信息、切片层信息、载粉气速信息、送粉角度信息和送粉率信息；所述切片层信息包括切片层厚度阈值，所述切片层厚度阈值为0.4mm~0.8mm；和/或，

所述载粉气速信息包括：各个所述送粉罐的载粉气速阈值，所述载粉气速阈值为2.8m/s ~3.2m/s；和/或，

所述混合物进行熔融烧结时形成熔覆烧结面，所述送粉角度信息包括：每个所述送粉罐的粉嘴射流角度和每个所述送粉罐的粉嘴射流高度；

每个所述送粉罐的粉嘴射流角度是指每个所述送粉罐的粉嘴射流方向与所述激光加工头所发射的激光束形成的夹角，每个所述送粉罐的粉嘴射流角度为40°~50°；每个所述送粉罐的粉嘴射流高度是指每个所述送粉罐的粉嘴与所述熔覆烧结面的最小距离，每个所述送粉罐的粉嘴射流高度为13 mm ~17mm；

所述送粉器具体用于根据所述载粉气速信息、所述送粉角度信息和所述送粉率信息控制所述至少两个送粉罐所输出的材料送粉流汇聚在基材面的同一位置；

所述激光器具体用于根据所述扫描参数信息、所述扫描路径信和所述切片层信息控制所述激光加工头对所述混合物进行熔融烧结，获得构件。

Images