CN114713845A - 一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，属于高能束快速成形制备材料技术领域。本发明提供的方法通过设备升级、软件程序更新，实现多路送粉筒的全程序控制，将高通量材料设计的工艺参数和/或材料成分作为变量写入单个样品的路径程序中，再通过编写代码确定每个样品的位置并利用代码依次运行每个样品的路径程序，即可通过运行一个程序文件来全流程、全自动控制激光快速成形过程，满足一次性完成大批量样品的高通量材料制备要求，实现合金成分配比的快速筛选，材料制备工艺参数的快速优化。与传统手动控制的方法相比，采用本发明提供的方法制备金属高通量样品，材料成分调控更精准，制备过程自动化程度高，研发效率显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及高能束快速成形制备材料技术领域，尤其涉及一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法。
背景技术
随着能源、航空航天、国防军工等高端重大装备领域的快速发展，材料的应用环境越来越苛刻，对金属材料的设计、制造以及性能提出了更高的要求。传统方法研制新型合金成分配比、工艺参数的周期长，研发成本高，无法满足新材料快速研制的需求。近年来，基于材料基因组思想的高通量样品制备获得了研究者们广泛的关注，该方法可一次制备出包含不同组分或参数的大量材料样品，通过表征分析后，实现目标材料的快速优选。
激光快速成形技术是是目前倍受关注的一种增材制造技术，利用该技术制备金属材料具有柔性高、周期短、成形不受零件结构及材料限制等优点。采用材料基因组工程科学原理和激光快速成形等新兴技术结合，通过高通量设计和高通量实验方法，快速筛选和优化成分，可缩短研制周期、精简研制流程、提高研制效率、降低研制成本，为新型金属材料的研制提供了一条高效率、短流程、低成本的新途径。
目前基于高通量思想进行材料制备与分析已应用到众多领域，但在激光快速成形金属材料制备领域中，材料成分和工艺参数的调节并未实现全程自动化控制，制备过程往往需要人工调节干预进行工艺参数修改、送粉参数修改、样品位置调整等，使得在进行高通量材料成分实验中并不能精确控制成分变量，而且还会导致研制周期长以及效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，本发明提供的方法能够实现材料成分以及工艺参数的自动化控制，为金属材料高通量增材制造成形提供了一种新思路。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：
S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；
S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；
S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；
S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；
S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；
S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；
S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；
S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。
优选地，当所述步骤S1中变量包括材料成分时，对每个送粉筒的送粉速率和载粉气流量进行设定；当所述变量包括工艺参数时，对每个金属高通量样品的激光功率、扫描速率和搭接率进行设定。
优选地，当所述步骤S1中变量仅为工艺参数时，步骤S5中送粉筒启用数量≥1；当所述步骤S1中变量包括材料成分时，步骤S5中送粉筒启用数量≥2。
优选地，所述步骤S2中新增送粉设备的数量≥2。
优选地，所述步骤S2中激光快速成形系统为同步送粉式增材制造设备，所述同步送粉式增材制造设备中激光头与送粉喷嘴同轴，每个送粉筒中均采用氩气作为载粉气和保护气，多路送粉设备中金属粉末在送粉筒内混合后，传输至激光头。
优选地，所述步骤S5中金属粉末的粒径为50～150μm；所述金属粉末包括单质粉末、合金粉末或多种单质粉末的混合物。
优选地，所述步骤S6中对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定时，设置金属高通量样品的分层厚度、搭接率和扫描路径。
优选地，每个所述金属高通量样品的分层厚度独立为0.1～2mm，搭接率独立为30～60％，扫描路径独立为平行线扫描或蛇形扫描。
本发明提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，本发明提供的方法可解决增材制造新型合金研发周期长、成本高的问题，提高针对材料成分以及工艺参数的研究效率，缩短研制周期，满足新材料成分以及工艺参数快速筛选的需求。具体的，本发明提供的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，通过设备升级、软件程序更新，实现多路送粉筒的全程序控制，将高通量材料设计的工艺参数、送粉参数作为变量写入单个样品的路径程序中，再通过编写代码确定每个样品的位置并利用代码依次运行每个样品的路径程序，即可通过运行一个程序文件来全流程、全自动控制激光快速成形过程，满足一次性完成大批量样品的高通量材料制备要求，实现合金成分配比的快速筛选，材料制备工艺参数的快速优化。与传统手动控制的方法相比，采用本发明提供的方法制备金属高通量样品，材料成分调控更精准，制备过程自动化程度高，研发效率显著提升。
附图说明
图1为本发明提供的金属高通量样品的激光快速成形制备方法流程图；
图2为实例1中高通量激光快速成形技术制备的铁素体钢样品实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：
S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；
S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；
S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；
S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；
S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；
S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；
S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；
S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。
图1为本发明提供的金属高通量样品的激光快速成形制备方法流程图，包括高通量样品变量设计、硬件连接、设定程序语言、软件更新、配置粉末、生成路径程序、定义样品位置以及快速成形高通量样品步骤，下面结合图1对本发明提供的方法进行详细说明。
本发明确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数。本发明优选设计金属高通量样品的变量，计算变量的数值，确定样品个数；当所述变量包括材料成分时，优选对不同金属粉末的送粉量进行计算，设定每个送粉筒的送粉速率和载粉气流量；当所述变量包括工艺参数时，优选对每个金属高通量样品的激光功率、扫描速率和搭接率进行设定。
完成上述步骤后，本发明新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备。本发明优选根据所需送粉设备的数量，将新增送粉设备并入原有激光快速成形系统中，连接电源、进气及出粉管；新增连接端口，建立送粉设备与激光快速成形系统的通讯连接，通过机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备。在本发明中，所述新增送粉设备的数量优选≥2，具体可以新增2路送粉设备或4路送粉设备。在本发明中，所述激光快速成形系统优选为同步送粉式增材制造设备，所述同步送粉式增材制造设备中激光头与送粉喷嘴同轴，每个送粉筒中均采用氩气作为载粉气和保护气，多路送粉设备中金属粉末在送粉筒内混合后，传输至激光头；所述氩气优选为高纯氩气，纯度优选≥99.999％。
完成上述步骤后，本发明在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言。本发明优选在所述机床数控系统中编写各送粉设备的开/关、送粉速率和送气速率程序语言，将所述程序语言定义至所述机床数控系统中，实现机床数控系统中程序实时调控送粉设备的参数。在本发明中，所述机床数控系统中原有送粉设备的程序已经被定义，无需再修改，只需要对新增送粉设备进行设定。在本发明的实施例中，所述机床控制系统购自西门子公司。
完成上述步骤后，本发明在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面。本发明优选在所述机床数控系统的操作面板及分层切片软件中，将新增送粉器的控制界面和窗口输入界面，并进行测试。
完成上述步骤后，本发明将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中。在本发明中，所述金属粉末的粒径优选为50～150μm；所述金属粉末可以为单质粉末，也可以为合金粉末，还可以为多种单质粉末的混合物。在本发明中，所述金属粉末在使用前优选进行干燥，所述干燥优选为真空干燥，所述真空干燥的温度优选为120℃，时间优选为2h。在本发明中，当所述金属高通量样品的变量仅为工艺参数时，所述送粉筒启用数量优选≥1；当所述金属高通量样品的变量包括材料成分时，所述送粉筒启用数量优选≥2。在本发明中，每个送粉筒中金属粉末可以为单质粉末，也可以为多种单质粉末的混合物，还可以为合金粉末，本发明对此没有特殊限定。
完成上述步骤后，本发明按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件。在本发明中，对单个所述金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定时，优选设置金属高通量样品的分层厚度、搭接率和扫描路径。本发明优选利用三维建模软件对单个金属高通量样品的模型进行切片分层以及路径规划，设置金属高通量样品的分层厚度、搭接率和扫描路径。本发明优选根据单道扫描的层厚和宽度，确定每个金属高通量样品的分层厚度和搭接率，每个金属高通量样品的分层厚度和搭接率可以相同，也可以不同；每个所述金属高通量样品的分层厚度独立优选为0.1～2mm，优选为0.3～1mm；搭接率独立优选为30～60％，更优选为30～40％。在本发明中，每个金属高通量样品的扫描路径可以相同，也可以不同；每个所述金属高通量样品的扫描路径独立优选为平行线扫描或蛇形扫描。本发明优选将每个金属高通量样品的路径规划以及参数设定导出，生成程序代码，并按照顺序命名。
完成上述步骤后，本发明编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序。在本发明中，编写代码设置每个金属高通量样品的位置时，优选同时设置相邻金属高通量样品的间距。本发明优选基于所述循环代码对所有金属高通量样品的路径程序进行整合，依次调用单个金属高通量样品的路径程序，并设置每个金属高通量样品位置与相邻金属高通量样品的间距，最终形成一个总文件来控制所有金属高通量样品的成形。
完成上述步骤后，本发明启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。本发明仅通过运行循环代码就可以实现多个不同成分以及工艺参数的金属高通量样品连续快速成形，无需手动控制或人工调整。
本发明对所述金属高通量样品的具体种类没有特殊限定，在本发明的实施例中，具体是以铁素体钢为例进行说明。铁素体钢由于具有优异的抗辐照性能、高温力学性能以及抗腐蚀性能，在核军工、民用高温等领域有着广泛的应用前景。然而极端环境下对铁素体钢的性能提出更高的要求，因此急需研发成分及性能满足应用条件的铁素体钢。铁素体钢成分复杂，如果用传统方法开展铁素体钢的成分设计、工艺参数优化实验，往往效率较低、时间周期较长、研发成本高，不能满足核能等领域对新型合金的快速研制需求。在本发明的实施例中，通过运行一个程序，全流程、全自动控制激光快速成形制备了6个铁素体钢样品，按照成分设计，实时控制送粉器程序，高通量制备过程不需要人工干预，不仅成分调控精准，还能够大幅高制备效率。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做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。
实施例1
采用高通量激光快速成形技术制备铁铬铝铁素体钢，包括以下步骤：
S1、确定本实施例中高通量激光快速成形实验的变量为材料成分，所述材料成分为Fe、Cr和Al；通过送粉盘计算每种金属粉末的送粉量：Fe的送粉量为10.95g·min-1·r-1、Cr的送粉量为3.7g·min-1·r-1、Al的送粉量为1.04g·min-1·r-1，成分变量为Al，样品个数为6；计算得出Fe、Cr和Al送粉盘转速以及对应的质量分数(具体如表1所示)；载粉气流量均设定为2.8L/min。
表1Fe、Cr和Al送粉盘转速及质量分数
S2、所用激光快速成形系统为同步送粉式增材制造设备，所述同步送粉式增材制造设备中激光头与送粉喷嘴同轴，每个送粉筒中均采用高纯氩气(纯度为99.999％)作为载粉气和保护气，多路送粉器中金属粉末在送粉筒内混合后，传输至激光头；在所述同步送粉式增材制造设备中原有两路送粉器的基础之上，新增两路送粉器，将新增的两路粉器并入同步送粉式增材制造设备中，连接电源、进气及出粉管；新增连接端口，建立送粉器与同步送粉式增材制造设备的通讯连接，通过同步送粉式增材制造设备中机床数控系统(西门子)通讯协议调控每一个送粉器。
S3、在机床数控系统中，编写四路送粉器的开/关、送粉速率和送气速率程序语言，将所述程序语言定义至机床数控系统中，实现机床数控系统中程序实时调控送粉器的参数；
S4、在机床数控系统的操作面板及分层切片软件中，将新增送粉器的控制界面和窗口输入界面，并进行测试；
S5、将Fe粉末、Cr粉末、Al粉末过筛，使粉末粒径控制在50～150μm范围内，将三种金属粉末放入真空干燥箱中，在120℃保温2小时进行真空烘干处理，然后倒入指定的三个送粉筒中，每个送粉筒中均采用高纯氩气作为载粉气和保护气。
S6、利用三维建模软件对1号样品进行建模，模型为30mm×20mm×10mm，并利用分层切片软件对模型进行切片分层以及路径规划，根据单道扫描的层厚和宽度，分层厚度设置为0.3mm、搭接率为30％、扫描路径为蛇形扫描、1～3号送粉筒分别对应Fe粉末、Cr粉末和Al粉末，依次设定1～3号送粉筒转速为0.4r·min-1、0.6r·min-1和0.6r·min-1，激光功率为800W，扫描速度为400mm·min-1；按照表1中的参数变化分别对其余5个样品进行参数设置，其他工艺参数不变；最终将每个样品的路径规划以及参数设置导出，生成程序文件，并按照样品制备顺序命名。
S7、编写循环代码对所有样品的路径程序进行整合，依次运行单个样品的子文件，输入1号样品定位坐标，并在循环代码中设置每个样品的位置以及相邻样品的间距，6个样品呈两行三列排布，相邻样品间隔5mm。
S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序，6种成分的铁铬铝铁素体钢样品连续沉积在基板上，所述铁铬铝铁素体钢样品的实物图如图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，包括以下步骤：
S1、确定金属高通量样品的变量，根据所述金属高通量样品的变量设计每个样品的送粉参数和成形工艺；所述金属高通量样品的变量包括材料成分和/或工艺参数；
S2、新增多路送粉设备并连接至激光快速成形系统，将新增所述送粉设备与所述激光快速成形系统中原有送粉设备建立通讯连接，使所述激光快速成形系统中机床数控系统通讯协议调控每一个送粉设备；
S3、在所述机床数控系统中设定新增送粉设备的程序控制语言；
S4、在所述机床数控系统的操作面板和分层切片软件中更新送粉设备控制界面；
S5、将制备所述金属高通量样品采用的金属粉末倒入激光快速成形系统的送粉筒中；
S6、按照预定的所述变量对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定，进而导出所有金属高通量样品的路径程序，生成程序文件；
S7、编写代码设置每个金属高通量样品的位置，并生成循环代码依次运行所有金属高通量样品的路径程序；
S8、启动激光快速成形系统，运行所述循环代码，使所述金属粉末在高能束的作用下，按照所述路径程序连续制备得到金属高通量样品。
2.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，当所述步骤S1中变量包括材料成分时，对每个送粉筒的送粉速率和载粉气流量进行设定；当所述变量包括工艺参数时，对每个金属高通量样品的激光功率、扫描速率和搭接率进行设定。
3.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，当所述步骤S1中变量仅为工艺参数时，步骤S5中送粉筒启用数量≥1；当所述步骤S1中变量包括材料成分时，步骤S5中送粉筒启用数量≥2。
4.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，所述步骤S2中新增送粉设备的数量≥2。
5.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，所述步骤S2中激光快速成形系统为同步送粉式增材制造设备，所述同步送粉式增材制造设备中激光头与送粉喷嘴同轴，每个送粉筒中均采用氩气作为载粉气和保护气，多路送粉设备中金属粉末在送粉筒内混合后，传输至激光头。
6.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，所述步骤S5中金属粉末的粒径为50～150μm；所述金属粉末包括单质粉末、合金粉末或多种单质粉末的混合物。
7.根据权利要求1所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，所述步骤S6中对单个金属高通量样品进行切片分层、路径规划以及参数设定时，设置金属高通量样品的分层厚度、搭接率和扫描路径。
8.根据权利要求7所述的金属高通量样品的激光快速成形制备方法，其特征在于，每个所述金属高通量样品的分层厚度独立为0.1～2mm，搭接率独立为30～60％，扫描路径独立为平行线扫描或蛇形扫描。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108273999A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-07-13 | 上海材料研究所 | 一种基于3d打印技术的金属材料高通量制备方法 |
| CN110039054A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-07-23 | 西安增材制造国家研究院有限公司 | 一种增材材料高通量成型装置及成型方法 |
| CN110216287A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-10 | 北京钢研新材科技有限公司 | 一种基于异质粉末slm打印工艺的金属材料高通量制备方法 |
| CN110976866A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 梯度变化构件的一体化制备方法 |
| CN112831781A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 高通量激光熔覆材料制备和送粉系统 |
| CN113477929A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-10-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种高强韧ods钢的高通量制备与成分工艺优选方法 |
| US20210362242A1 (en) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | The Johns Hopkins University | Rapid material development process for additive manufactured materials |
| CN114178552A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-15 | 中国钢研科技集团有限公司 | 一种高熵合金的高通量增材制备方法 |
| CN114309660A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 烟台大学 | 一种块体合金高通量制备装置及方法 |
| CN114346257A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种可变光斑激光高通量制备多元合金的方法及专用设备 |
-
2022
- 2022-04-21 CN CN202210421819.XA patent/CN114713845A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108273999A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-07-13 | 上海材料研究所 | 一种基于3d打印技术的金属材料高通量制备方法 |
| CN110039054A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-07-23 | 西安增材制造国家研究院有限公司 | 一种增材材料高通量成型装置及成型方法 |
| CN110216287A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-10 | 北京钢研新材科技有限公司 | 一种基于异质粉末slm打印工艺的金属材料高通量制备方法 |
| CN110976866A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 梯度变化构件的一体化制备方法 |
| US20210362242A1 (en) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | The Johns Hopkins University | Rapid material development process for additive manufactured materials |
| CN112831781A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 高通量激光熔覆材料制备和送粉系统 |
| CN113477929A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-10-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种高强韧ods钢的高通量制备与成分工艺优选方法 |
| CN114178552A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-15 | 中国钢研科技集团有限公司 | 一种高熵合金的高通量增材制备方法 |
| CN114309660A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-04-12 | 烟台大学 | 一种块体合金高通量制备装置及方法 |
| CN114346257A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种可变光斑激光高通量制备多元合金的方法及专用设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 乐国敏: "适用于金属增材制造的球形粉体制备技术", 《稀有金属材料与工程》 * |
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