RU2807099C1 - Method for pre-fabrication of pore defects using slm process control - Google Patents

Method for pre-fabrication of pore defects using slm process control Download PDF

Info

Publication number
RU2807099C1
RU2807099C1 RU2022116464A RU2022116464A RU2807099C1 RU 2807099 C1 RU2807099 C1 RU 2807099C1 RU 2022116464 A RU2022116464 A RU 2022116464A RU 2022116464 A RU2022116464 A RU 2022116464A RU 2807099 C1 RU2807099 C1 RU 2807099C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scanning
path
zone
laser
strip
Prior art date
Application number
RU2022116464A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лимин ЛЭЙ
Яли ЛИ
Яньли ХЭ
Сяохой ЧЭНЬ
Цзюнь ФУ
Original Assignee
Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд.
Аесс Кемешл Эйркрафт Энджин Ко., Лтд.
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 Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд., Аесс Кемешл Эйркрафт Энджин Ко., Лтд. filed Critical Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2807099C1 publication Critical patent/RU2807099C1/en

Links

Abstract

FIELD: pre-fabrication of pore defects.
SUBSTANCE: invention is related to a method for pre-fabrication of pore defects by controlling the process of selective laser melting. According to the method, laser scanning is carried out on the specified metal melting layer according to the first scanning path and the second scanning path. The first scanning path and the second scanning path have a path overlap area. The path overlap area has a specified width. The supply of laser energy applied in the path overlap area is controlled to achieve a predetermined energy value, whereby keyholes are formed at a plurality of positions in the longitudinal direction of the path overlap area. This metal melting layer is considered as a defect layer, and keyholes in the path overlap area are considered as pore defects.
EFFECT: method can use the "keyhole effect" to form pore defects to characterize additive manufacturing metallurgical defects in an SLM part.
6 cl, 10 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Это изобретение относится к способу предварительного изготовления поровых дефектов путем управления процессом избирательного лазерного плавления (SLM), который например может использоваться для неразрушающего испытания SLM-деталей, оценки влияния дефектов на производство компонентов и пр. This invention relates to a method for prefabrication of pore defects by controlling a selective laser melting (SLM) process, which for example can be used for non-destructive testing of SLM parts, assessing the impact of defects on component production, etc.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Аддитивное производство (AM), также именуемое 3D-печатью, является технологией производства посредством формования компонента путем плавления первичных материалов слой за слоем на основе принципа дискретной укладки. Технология SLM рассматривается как одна из наиболее перспективных технологий AM. Поскольку лазерный пучок с малым пятном фокусировки применяется как источник энергии формования, гальванометр высокоскоростного и высокоточного сканирования применяется как блок управления пучком обработки, и применяется технология управления меньшей толщины слоя, по сравнению с другими технологиями AM, технология SLM имеет дополнительные преимущества в получении экземпляров высокоплотного и высокоточного формования, позволяет осуществлять прямое формование компонентов сложной полости, сложного профиля, тонкостенных и переменного сечения, и широко применяется, например, в аэрокосмической области, например, форсунок предварительной закрутки потока, топливных форсунок и лопаток турбины авиационного двигателя.Additive manufacturing (AM), also referred to as 3D printing, is a manufacturing technology by molding a component by melting virgin materials layer by layer based on the principle of discrete stacking. SLM technology is considered as one of the most promising AM technologies. Since a laser beam with a small focal spot is adopted as the forming energy source, a high-speed and high-precision scanning galvanometer is adopted as the processing beam control unit, and a thinner layer thickness control technology is adopted, compared with other AM technologies, SLM technology has additional advantages in obtaining high-density and high-precision molding, allows direct molding of complex cavity, complex profile, thin-walled and variable cross-section components, and is widely used, for example, in the aerospace field, such as pre-swirl injectors, fuel injectors and aircraft engine turbine blades.

Вследствие сложного процесса фазового перехода, заключающегося в быстром плавлении и отвердевании металлического порошкового материала в процессе SLM, SLM-деталям свойственно иметь типичные дефекты, например, поры, трещины и непровар. В настоящее время, способы неразрушающего испытания, например, промышленное CT-испытание, ультразвуковое испытание, радиографическое испытание, флуоресцентное проникающее испытание и т.д., широко применяется в SLM-деталях в аэрокосмической отрасли для обнаружения характеристик компонентов, например, позиции и размера дефекта, анализа и оценки, удовлетворяют ли компоненты требованиям использования. Однако вследствие разных характеристик структур и дефектов между AM-деталями и традиционными деталями, таких как например, неоднородности и анизотропии, а также из-за сложной геометрии, традиционные процессы неразрушающего испытания могут сталкиваться с такими проблемами, как низкая доступность и большие слепые зоны обнаружения. Это затрудняет использование технологии неразрушающего испытания для традиционных деталей. Необходимо повторно анализировать соответствие между характеристиками структуры и сигналами неразрушающего испытания, уточнять характеристики сигнала неразрушающего испытания типичных дефектов и выбирать применимые способы неразрушающего испытания и параметры процесса согласно сложности геометрической структуры. Например, промышленный CT может обнаруживать дефекты, например, поры, трещины и непровар в AM-деталях, и может давать томографические изображения обнаруженных экземпляров. До CT-испытания нужно подготовить образец для сравнительного анализа содержащихся дефектов, путем объединения материала, структуры, ожидаемого размера обнаруженного дефекта и т.д. обнаруженного экземпляра, и затем необходимо устанавливать приемлемые параметры процесса обнаружения. Сравнительный анализ образца влияет на задание параметров процесса обнаружения, и влияет на обнаружение дефектов последующих обнаруженных экземпляров. Чем ближе материал, процесс формования, дефекты и т.д. образца к обнаруженному экземпляром, тем лучше можно получить эффект обнаружения. Поэтому для обнаруженной AM-детали, ее образец для сравнительного анализа также следует подготавливать посредством процесса AM, и связанные дефекты должны быть заранее изготовлены.Due to the complex phase change process involving the rapid melting and solidification of metal powder material during the SLM process, SLM parts tend to have typical defects such as pores, cracks and lack of fusion. Nowadays, non-destructive testing methods, such as industrial CT testing, ultrasonic testing, radiographic testing, fluorescence penetrating testing, etc., are widely applied to SLM parts in the aerospace industry to detect component characteristics such as defect position and size. , analyzing and assessing whether the components meet the requirements for use. However, due to different characteristics of structures and defects between AM parts and traditional parts, such as inhomogeneity and anisotropy, as well as complex geometries, traditional non-destructive testing processes may face problems such as low availability and large detection blind spots. This makes it difficult to use non-destructive testing technology for traditional parts. It is necessary to re-analyze the correspondence between structure characteristics and non-destructive test signals, clarify the non-destructive test signal characteristics of typical defects, and select applicable non-destructive testing methods and process parameters according to the complexity of the geometric structure. For example, industrial CT can detect defects such as pores, cracks and lack of fusion in AM parts and can produce tomographic images of the detected instances. Before CT testing, a sample must be prepared for comparative analysis of the defects contained, by combining material, structure, expected size of the detected defect, etc. detected instance, and then it is necessary to set acceptable parameters for the discovery process. Comparative analysis of the sample influences the setting of the parameters of the detection process, and affects the detection of defects in subsequent detected samples. The closer the material, molding process, defects, etc. sample to the detected instance, the better the detection effect can be obtained. Therefore, for a detected AM part, its benchmark sample should also be prepared through the AM process, and the associated defects should be prefabricated.

В настоящее время, способ предварительного изготовления поровых дефектов внутри AM-детали в основном содержит проектирование пор определенных размеров в конкретных положениях на стадии построения 3D-модели, и затем аддитивное формование детали с поровыми особенностями. Однако, вследствие ограничений самой технологии AM, спроектированные поровые особенности легко заполняются жидким, расплавленным металлом в ходе формования. Это затрудняет использование этого способа для успешного предварительного изготовления поровых дефектов. Ввиду недостатков существующих способов, это изобретение предусматривает способ предварительного изготовления поровых дефектов путем управления процессом SLM.Currently, the method for prefabrication of pore defects inside an AM part mainly involves designing pores of specific sizes at specific positions in the 3D model construction stage, and then additively molding the part with the pore features. However, due to limitations of the AM technology itself, the engineered pore features are easily filled with liquid, molten metal during molding. This makes it difficult to use this method to successfully prefabricate pore defects. In view of the shortcomings of existing methods, this invention provides a method for prefabricating pore defects by controlling the SLM process.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является обеспечение способа предварительного изготовления поровых дефектов, который может использовать "эффект замочной скважины" для предварительного изготовления поровых дефектов в SLM-детали путем управления процесса SLM.It is an object of the invention to provide a method for prefabrication of pore defects that can use the "keyhole effect" to prefabricate pore defects in an SLM part by controlling the SLM process.

Дополнительной задачей этого изобретения является обеспечение способа предварительного изготовления поровых дефектов, который может формировать поровые дефекты с характеристикой металлургических дефектов аддитивного производства в SLM-детали, путем управления процесса SLM.It is a further object of this invention to provide a pore defect prefabrication method that can form pore defects with the characteristics of additive manufacturing metallurgical defects in an SLM part by controlling the SLM process.

Это изобретение предусматривает способ предварительного изготовления поровых дефектов путем управления процессом SLM, содержащий: осуществление лазерного сканирования на указанном слое плавления металла согласно первому пути сканирования; и осуществление лазерного сканирования на указанном слое плавления металла согласно второму пути сканирования; причем первый путь сканирования и второй путь сканирования имеют зону перекрытия путей, зона перекрытия путей имеет заданную ширину, и подвод лазерной энергии, прилагаемый в зоне перекрытия путей, управляется для достижения заданного значения энергии, благодаря чему, замочные скважины формируются в множестве положений в продольном направлении зоны перекрытия путей, причем указанный слой плавления металла рассматривается как слой дефектов, и замочные скважины в зоне перекрытия путей рассматриваются как поровые дефекты.This invention provides a method for prefabricating pore defects by controlling an SLM process, comprising: performing laser scanning on a specified metal melting layer according to a first scanning path; and performing laser scanning on said metal melting layer according to a second scanning path; wherein the first scanning path and the second scanning path have a path overlap zone, the path overlap zone has a predetermined width, and the supply of laser energy applied in the path overlap zone is controlled to achieve a predetermined energy value, whereby keyholes are formed at a plurality of positions in the longitudinal direction path overlap zones, wherein said metal melting layer is considered as a layer of defects, and keyholes in the path overlap zone are considered as pore defects.

Согласно варианту осуществления, лазерное сканирование вдоль первого пути сканирования и второго пути сканирования применяет режим лазерного сканирования полоскового типа; первый путь сканирования располагается в первой полосковой зоне, второй путь сканирования располагается во второй полосковой зоне, первая полосковая зона и вторая полосковая зона образуют зону соединения полосок внахлестку, зона соединения полосок внахлестку образует зону перекрытия путей, и величина соединения полосок внахлестку зоны соединения полосок внахлестку равна ширине зоны перекрытия путей.According to an embodiment, laser scanning along the first scanning path and the second scanning path applies a stripe type laser scanning mode; the first scanning path is located in the first strip zone, the second scanning path is located in the second strip zone, the first strip zone and the second strip zone form a lap joint zone, the lap joint zone forms a path overlap zone, and the lap joint amount of the lap joint zone is equal to width of the track overlap zone.

Согласно варианту осуществления, первый путь сканирования содержит множество первых линий сканирования, ориентированных параллельно и разнесенных эквидистантно, второй путь сканирования содержит множество вторых линий сканирования, ориентированных параллельно и разнесенных эквидистантно, и шаги сканирования первого пути сканирования и второго пути сканирования одинаковы.According to an embodiment, the first scan path includes a plurality of first scan lines oriented parallel and spaced equidistantly, the second scan path contains a plurality of second scan lines oriented parallel and spaced equidistant, and the scan steps of the first scan path and the second scan path are the same.

Согласно варианту осуществления, лазерное сканирование вдоль первого пути сканирования и второго пути сканирования применяет режим возвратно-поступательного лазерного сканирования полоскового типа.According to an embodiment, laser scanning along the first scanning path and the second scanning path employs a stripe-type reciprocating laser scanning mode.

Согласно варианту осуществления, лазерное сканирование вдоль первого пути сканирования и второго пути сканирования применяет режим экспозиции лазерными импульсами.According to an embodiment, laser scanning along the first scanning path and the second scanning path applies a laser pulse exposure mode.

Согласно варианту осуществления, параметры процесса SLM управляются следующим образом: в качестве формующего материала применяется сплав Hastelloy X; мощность лазерного сканирования P=180-210 Вт; разнесение точек на линии сканирования D=80-100 мкм; время экспозиции линии сканирования t=70-90 мкс.According to an embodiment, the SLM process parameters are controlled as follows: Hastelloy X is used as the molding material; laser scanning power P=180-210 W; spacing of points on the scanning line D=80-100 µm; scanning line exposure time t=70-90 µs.

Согласно варианту осуществления, параметры процесса SLM дополнительно управляются следующим образом: толщина слоя d=30 мкм; шаг h сканирования =70-100 мкм; величина соединения полосок внахлестку δ=0,5-0,9 мм.According to an embodiment, the SLM process parameters are further controlled as follows: layer thickness d=30 μm; scanning step h =70-100 µm; the size of the lap joint of the strips is δ=0.5-0.9 mm.

Согласно варианту осуществления, положеие, величина и длина зоны соединения полосок внахлестку в слое дефектов управляются путем изменения направления лазерного сканирования и значений ширины полосок первой полосковой зоны и/или второй полосковой зоны, тем самым, управляя долей поровых дефектов слоя дефектов.According to an embodiment, the position, size and length of the lap joint zone of the strips in the defect layer are controlled by changing the laser scanning direction and strip width values of the first strip zone and/or the second strip zone, thereby controlling the proportion of pore defects of the defect layer.

Согласно варианту осуществления, доля a поровых дефектов слоя дефектов определяется со ссылкой на следующую формулу:According to an embodiment, the pore defect fraction a of the defect layer is determined with reference to the following formula:

a=(N×(πR2)×L/h)/S a =(N×(πR 2 )×L/h)/S

где N - величина зоны соединения полосок внахлестку, R - радиус поры, L - длина зоны соединения полосок внахлестку, h - шаг сканирования, и S - площадь поперечного сечения слоя дефектов.where N is the size of the lap joint zone, R is the pore radius, L is the length of the lap joint zone, h is the scanning step, and S is the cross-sectional area of the defect layer.

Вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта использует "эффект замочной скважины" для предварительного изготовления поровых дефектов в SLM-детали, причем "эффект замочной скважины" может создаваться путем управления параметрами процесса формования, предварительного изготовления замкнутой группы пор в указанной позиции SLM-детали; а положение порового дефекта и доля поровых дефектов также может управляться параметрами процесса формования.The above pore defect prefabrication method uses the keyhole effect to prefabricate pore defects in the SLM part, where the keyhole effect can be created by controlling the parameters of the molding process, prefabricating a closed group of pores at a specified position of the SLM part; and the position of the pore defect and the proportion of pore defects can also be controlled by the parameters of the molding process.

Путем осуществления вышеприведенного способа предварительного изготовления порового дефекта, можно успешно получать поры в SLM-детали, и форма и размер пор являются характеристикой металлургических дефектов аддитивного производства. Вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта не разрушает структуру SLM-детали и сохраняет его характеристики, например, неоднородность и анизотропию. Когда SLM-деталь, в которой дефекты заранее изготовленныые вышеприведенным способом предварительного изготовления порового дефекта, применяется для сравнительного анализа, полезно анализировать реальное соответствие между поровыми дефектами SLM-детали и сигналами неразрушающего испытания или производством деталей, что позволяет получить лучший эффект обнаружения.By implementing the above pore defect prefabrication method, pores can be successfully produced in an SLM part, and the shape and size of the pores are characteristics of additive manufacturing metallurgical defects. The above method for prefabrication of a pore defect does not destroy the structure of the SLM part and preserves its characteristics, for example, heterogeneity and anisotropy. When an SLM part in which defects are prefabricated by the above pore defect prefabrication method is used for comparative analysis, it is useful to analyze the actual correspondence between the pore defects of the SLM part and the signals of non-destructive testing or part production, so as to obtain a better detection effect.

Кроме того, посредством вышеприведенного способа предварительного изготовления порового дефекта, поры можно заранее изготавливать в ключевых позициях SLM-детали или типичного образца ее характеристики, для осуществления испытаний на оценку прочности, например, растяжимости, прочности и усталости. Полученные результаты оценки производства могут использоваться для фактического анализа и исследования соотношения между поровыми дефектами и производством детали, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения SLM-деталей.In addition, through the above pore defect prefabrication method, pores can be prefabricated at key positions of an SLM part or a representative sample thereof to carry out strength evaluation tests such as tensile strength, strength and fatigue. The obtained production evaluation results can be used to actually analyze and investigate the relationship between pore defects and part production, providing strong theoretical support for the application of SLM parts.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Вышеприведенные и другие признаки, свойства и преимущества этого изобретения явствуют из нижеследующего описания совместно с прилагаемыми чертежами и вариантами осуществления, где:The above and other features, properties and advantages of this invention will appear from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings and embodiments, wherein:

фиг. 1 - схематический вид обычной ванны расплава.fig. 1 is a schematic view of a conventional melt bath.

Фиг. 2 - схематический вид ванны расплава, сформированной с замочной скважиной.Fig. 2 is a schematic view of a melt pool formed with a keyhole.

Фиг. 3 - схематический вид иллюстративной стратегии лазерного сканирования.Fig. 3 is a schematic view of an exemplary laser scanning strategy.

Фиг. 4 - схематический вид другой иллюстративной стратегии лазерного сканирования.Fig. 4 is a schematic view of another exemplary laser scanning strategy.

Фиг. 5 - схематический вид иллюстративной стратегии лазерного сканирования согласно первому примеру.Fig. 5 is a schematic view of an exemplary laser scanning strategy according to the first example.

Фиг. 6 - диаграмма распределения пор, полученная в первом примере.Fig. 6 - pore distribution diagram obtained in the first example.

Фиг. 7 - схематический вид иллюстративной стратегии лазерного сканирования согласно второму примеру.Fig. 7 is a schematic view of an exemplary laser scanning strategy according to the second example.

Фиг. 8 - диаграмма распределения пор, полученная во втором примере.Fig. 8 - pore distribution diagram obtained in the second example.

Фиг. 9 - схематический вид иллюстративной стратегии лазерного сканирования согласно третьему примеру.Fig. 9 is a schematic view of an exemplary laser scanning strategy according to the third example.

Фиг. 10 - диаграмма распределения пор, полученная в третьем примере. Fig. 10 is a pore distribution diagram obtained in the third example.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS

Это изобретение будет дополнительно описано ниже в связи с конкретными вариантами осуществления и прилагаемыми чертежами. Дополнительные детали изложены в нижеследующем описании для облегчения полного понимания этого изобретения, но очевидно, что это изобретение можно реализовать многими другими способами, которые отличаются от описанных здесь. Специалисты в данной области техники могут делать аналогичные предложения и выводы согласно фактической ситуации применения, не выходя за рамки сущности этого изобретения. Поэтому содержание этого конкретного варианта осуществления не призвано ограничивать объем защиты этого изобретения.This invention will be further described below in connection with specific embodiments and the accompanying drawings. Additional details are set forth in the following description to facilitate a thorough understanding of this invention, but it will be appreciated that this invention can be practiced in many other ways that differ from those described herein. Those skilled in the art can make similar suggestions and conclusions according to the actual application situation without departing from the spirit of this invention. Therefore, the contents of this particular embodiment are not intended to limit the scope of protection of this invention.

На фиг. 1 и фиг. 2 показан схематический вид эффекта замочной скважины. При этом фиг. 1 схематически демонстрирует обычную ванну расплава, и фиг. 2 схематически демонстрирует замочную скважину, сформированную в ванне расплава.In fig. 1 and fig. Figure 2 shows a schematic view of the keyhole effect. In this case, FIG. 1 schematically shows a conventional melt bath, and FIG. 2 schematically shows a keyhole formed in a melt bath.

Как показано на фиг. 1, когда плотность энергии падающего лазерного пучка 10 находится в нужном рабочем диапазоне, сформированная ванна 20 расплава относительно стабильна, что обуславливает металлургическое качество. На фигуре также показано направление D0 лазерного сканирования лазерного пучка 10, причем слой 30 плавления металла плавится и формуется посредством SLM, и материал 40 основы уже расплавлен и сформован посредством SLM.As shown in FIG. 1, when the energy density of the incident laser beam 10 is in the desired operating range, the formed melt pool 20 is relatively stable, which results in metallurgical quality. The figure also shows the laser scanning direction D0 of the laser beam 10, wherein the metal melting layer 30 is melted and formed by SLM, and the base material 40 has already been melted and formed by SLM.

Как показано на фиг. 2, когда плотность энергии падающего лазерного пучка 10 увеличивается до критического значения энергии, поверхность материала испаряется и образует плазму 50. Под действием силы реакции пара, внутри расплавленного металла образуется замочная скважина 60. Затем жидкий металл движется под действием конвекции Марангони и поверхностного натяжения и т.д. в ванне расплава, обволакивает и наполняет замочную скважину 60. Газ, не успевший вырваться, оказывается заключенным отвердевшей деталью, образуя поры.As shown in FIG. 2, when the energy density of the incident laser beam 10 increases to a critical energy value, the surface of the material evaporates and forms plasma 50. Under the action of the reaction force of the vapor, a keyhole 60 is formed inside the molten metal. Then the liquid metal moves under the influence of Marangoni convection and surface tension, etc. .d. in the melt bath, envelops and fills the keyhole 60. The gas that does not have time to escape is enclosed by the solidified part, forming pores.

Когда лазер 10 перемещается в следующее положение в направлении D0 лазерного сканирования, энергия лазера при критическом значении энергии все еще окружена агломерированной плазмой 50 в это время, поэтому энергия лазерного пучка 10, падающего на порошковый материал, ниже, чем критическое значение энергии, и замочные скважины не могут формироваться. После того, как лазер 10 продолжает перемещаться из диапазона агломерированной плазмы 50, плотность энергии лазерного пучка 10 снова достигнет критического значения энергии и образует замочную скважину 60, которая снова действует как поровый дефект в детали, т.е. поровый дефект заранее изготавливается в детали. Поэтому поровые дефекты, сформированные эффектом замочной скважины, имеют определенную периодичность.When the laser 10 moves to the next position in the laser scanning direction D0, the laser energy at the critical energy value is still surrounded by the agglomerated plasma 50 at this time, so the energy of the laser beam 10 incident on the powder material is lower than the critical energy value and keyholes cannot form. After the laser 10 continues to move out of range of the agglomerated plasma 50, the energy density of the laser beam 10 will again reach a critical energy value and form a keyhole 60, which again acts as a pore defect in the part, i.e. the pore defect is prefabricated into the part. Therefore, pore defects formed by the keyhole effect have a certain periodicity.

Это изобретение предусматривает способ предварительного изготовления поровых дефектов в SLM-детали с использованием эффекта замочной скважины, также именуемый способом предварительного изготовления поровых дефектов путем управления процесса SLM.This invention provides a method for prefabricating pore defects in an SLM part using a keyhole effect, also referred to as a method for prefabricating pore defects by SLM process control.

Согласно фиг. 3, в способе предварительного изготовления поровых дефектов согласно этому изобретению, лазерное сканирование осуществляется на указанном слое LY плавления металла согласно первому пути P1 сканирования, и лазерное сканирование осуществляется на указанном слое LY плавления металла согласно второму пути P2 сканирования. При этом первый путь P1 сканирования и второй путь P2 сканирования имеют зону A0 перекрытия путей, зона A0 перекрытия путей имеет заданную ширину, и подвод лазерной энергии, наложенный в зоне A0 перекрытия путей управляется для достижения заданного значения энергии, благодаря чему, замочные скважины формируются в множестве положений в продольном направлении зоны A0 перекрытия путей, указанный слой LY плавления металла рассматривается как слой дефектов, и замочные скважины в зоне A0 перекрытия путей рассматриваются как поровые дефекты.According to FIG. 3, in the method for prefabricating pore defects according to this invention, laser scanning is performed on said metal melting layer LY according to a first scanning path P1, and laser scanning is performed on said metal melting layer LY according to a second scanning path P2. Here, the first scanning path P1 and the second scanning path P2 have a path overlap zone A0, the path overlap zone A0 has a predetermined width, and the supply of laser energy superimposed in the path overlap zone A0 is controlled to achieve a predetermined energy value, due to which keyholes are formed in At a plurality of positions in the longitudinal direction of the path overlap zone A0, said metal melting layer LY is considered as a defect layer, and the keyholes in the path overlap zone A0 are considered as pore defects.

Процесс SLM состоит в плавлении и отвердевании компонента слой за слоем, в котором металлургическая структура указанного слоя LY плавления металла может изменяться путем изменения параметров процесса SLM. Поэтому, путем задания параметров процесса SLM для генерации замочной скважины для указанного слоя LY плавления металла, или путем изменения высоты указанного слоя LY плавления металла в вышеприведенном способе предварительного изготовления порового дефекта, можно управлять положением порового дефекта в направлении высоты.The SLM process consists of melting and solidifying a component layer by layer, in which the metallurgical structure of said metal melting layer LY can be changed by changing the parameters of the SLM process. Therefore, by setting the SLM process parameters for generating a keyhole for the specified metal melting layer LY, or by changing the height of the specified metal melting layer LY in the above pore defect prefabrication method, the position of the pore defect in the height direction can be controlled.

В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, лазерное сканирование вдоль первого пути P1 сканирования и второго пути P2 сканирования может применять режим лазерного сканирования полоскового типа. Первый путь P1 сканирования располагается в первой полосковой зоне Z1 (слева на фиг. 3), и второй путь P2 сканирования располагается во второй полосковой зоне Z2 (справа на фиг. 3).In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, laser scanning along the first scanning path P1 and the second scanning path P2 may adopt a stripe type laser scanning mode. The first scan path P1 is located in the first strip zone Z1 (left in FIG. 3), and the second scan path P2 is located in the second strip zone Z2 (right in FIG. 3).

Первая полосковая зона Z1 и вторая полосковая зона Z2 образуют зону Z0 соединения полосок внахлестку. Зона Z0 соединения полосок внахлестку образует зону A0 перекрытия путей первого пути P1 сканирования и второй путь P2 сканирования. Величина δ соединения полосок внахлестку зоны Z0 соединения полосок внахлестку равна ширине зоны A0 перекрытия путей. Длина L соединения внахлестку зоны Z0 соединения полосок внахлестку равна длине зоны A0 перекрытия путей.The first strip zone Z1 and the second strip zone Z2 form the lap joint zone Z0 of the strips. The lap joint area Z0 forms the path overlap area A0 of the first scanning path P1 and the second scanning path P2. The value δ of the overlap strip connection zone Z0 of the overlap strip connection zone is equal to the width of the track overlap zone A0. The lap joint length L of the lap joint zone Z0 is equal to the length of the track overlap zone A0.

Первый путь P1 сканирования может содержать множество первых линий L1 сканирования, ориентированных параллельно и разнесенных эквидистантно, и второй путь P2 сканирования может содержать множество вторых линий L2 сканирования, ориентированных параллельно и разнесенные эквидистантно. Шаги сканирования первого пути P1 сканирования и второго пути P2 сканирования одинаковы, и оба равны шагу h сканирования. Шаг h сканирования означает шаг между двумя соседними первыми линиями L1 сканирования (или двумя соседними вторыми линиями L2 сканирования).The first scan path P1 may comprise a plurality of first scan lines L1 oriented in parallel and spaced equidistantly, and the second scan path P2 may comprise a plurality of second scan lines L2 oriented in parallel and spaced equidistantly. The scan steps of the first scan path P1 and the second scan path P2 are the same, and both are equal to the scan step h. Scan pitch h means the pitch between two adjacent first scan lines L1 (or two adjacent second scan lines L2).

Дополнительно, лазерное сканирование вдоль первого пути P1 сканирования и второго пути P2 сканирования может использовать режим возвратно-поступательного лазерного сканирования полоскового типа. Другими словами, направления сканирования, указанные двумя соседними первыми линиями L1 сканирования, являются противоположными, и направления сканирования, указанные двумя соседними вторые линии L2 сканирования, являются противоположными.Additionally, laser scanning along the first scanning path P1 and the second scanning path P2 may use a stripe-type reciprocating laser scanning mode. In other words, the scan directions indicated by the two adjacent first scan lines L1 are opposite, and the scan directions indicated by the two adjacent second scan lines L2 are opposite.

В частности, со ссылкой на фиг. 3, в способе предварительного изготовления порового дефекта, осуществляется возвратно-поступательное лазерное сканирование полоскового типа. Лазер сканирует первую полосковую зону Z1 от первой начальной точки B1 слева к первой конечной точке E1 согласно первому пути P1 сканирования, и затем сканирует вторую полосковую зону Z2 от второй начальной точки B2 справа ко второй конечной точке E2 согласно второму пути P2 сканирования.In particular, with reference to FIG. 3, in the pore defect prefabrication method, strip-type reciprocating laser scanning is carried out. The laser scans the first strip zone Z1 from the first start point B1 on the left to the first end point E1 according to the first scan path P1, and then scans the second strip zone Z2 from the second start point B2 on the right to the second end point E2 according to the second scan path P2.

В другом варианте осуществления, лазер может сканировать первую полосковую зону Z1 от первой начальной точки B1 слева к первой конечной точке E1 в режиме возвратно-поступательного лазерного сканирования полоскового типа, и затем продолжать сканировать вторую полосковую зону Z2 от третьей начальной точки B3 справа к третьей конечной точке E3 в режиме возвратно-поступательного лазерного сканирования полоскового типа. По сравнению со случаем, когда лазер возвращается ко второй начальной точке B2, чтобы начать сканирование второй полосковой зоны Z2, третья начальная точка B3 оказывается ближе к первой конечной точке E1, поэтому для повышения эффективности полезно начинать сканирование второй полосковой зоны Z2 от третьей начальной точки B3.In another embodiment, the laser may scan the first stripe zone Z1 from the first start point B1 on the left to the first end point E1 in a stripe-type reciprocating laser scanning mode, and then continue to scan the second stripe zone Z2 from the third start point B3 on the right to the third end point E3 in stripline reciprocating laser scanning mode. Compared with the case where the laser returns to the second starting point B2 to start scanning the second strip zone Z2, the third starting point B3 is closer to the first end point E1, so to improve efficiency, it is useful to start scanning the second strip zone Z2 from the third starting point B3 .

В месте, где первая полосковая зона Z1 и вторая полосковая зона Z2 соединены внахлестку, формируется зона Z0 соединения полосок внахлестку, имеющая определенную величину соединения внахлестку (величину δ соединения полосок внахлестку). Зона Z0 соединения полосок внахлестку дважды плавится лазером: после того, как лазер сканирует первую полосковую зону Z1, зона Z0 соединения полосок внахлестку быстро плавится и отвердевает с ростом температуры; когда лазер сканирует вторую полосковую зону Z2, зона Z0 соединения полосок внахлестку повторно сканируется, и плавление снова происходит в зоне Z0 соединения полосок внахлестку. Например, путем управления параметрами процесса формования для двукратного наложения ввода лазерной энергии в зону Z0 соединения полосок внахлестку, достигается заданное значение энергии, или достигается условие испарения металлического материала, в это время замочные скважины будут формироваться в зоне Z0 соединения полосок внахлестку, тем самым оставляя поровые дефекты.At the location where the first strip zone Z1 and the second strip zone Z2 are lapped, a lap joint zone Z0 is formed having a certain lap joint amount (the lap joint value δ). The lap joint zone Z0 is melted twice by the laser: after the laser scans the first strip zone Z1, the lap joint zone Z0 quickly melts and solidifies as the temperature rises; when the laser scans the second strip zone Z2, the lap joint zone Z0 is rescanned, and melting again occurs in the lap joint zone Z0. For example, by controlling the parameters of the forming process to apply laser energy input to the lap joint zone Z0 twice, the specified energy value is achieved, or the evaporation condition of the metal material is achieved, at this time, keyholes will be formed in the lap joint zone Z0, thereby leaving pores defects.

Режим лазерного сканирования полоски является режимом зонального сканирования. Его принцип состоит в разделении секции компонентной модели на множество полосковых зон, и затем сканировании лазером зоны за зоной согласно информации о секции компонентной модели, в которой сканируемая зона быстро плавится и отвердевает. Ширина одной полосковой зоны может именоваться шириной полоски. Предпочтительно, значения ширины полосок всех полосковых зон одинаковы, как показано на фиг. 3, фиг. 4 и затем фиг. 5, фиг. 7, фиг. 9. На фиг. 3 и фиг. 4, первая полосковая зона Z1 рассматривается в порядке примера для показа ширины w0 полоски.The laser strip scanning mode is a zone scanning mode. Its principle is to divide a section of the component model into many strip zones, and then scan the laser zone by zone according to the information about the section of the component model, in which the scanned zone quickly melts and solidifies. The width of one strip zone may be referred to as the strip width. Preferably, the stripe widths of all stripe zones are the same, as shown in FIG. 3, fig. 4 and then FIG. 5, fig. 7, fig. 9. In FIG. 3 and fig. 4, the first strip zone Z1 is taken as an example to show the strip width w0.

В способе предварительного изготовления порового дефекта, положение, величина и длина зоны Z0 соединения полосок внахлестку в вышеупомянутом слое дефектов могут управляться путем изменения направления лазерного сканирования и ширины w0 полоски (ширины полоски первой полосковой зоны Z1 и/или второй полосковой зоны Z2), тем самым, управляя долей a поровых дефектов вышеупомянутого слоя дефектов. Например, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 3, секция компонентной модели делится на две полосковые зоны. Тогда как, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4, для одной и той же секции компонентной модели, ширина w0 полоски изменяется, секция компонентной модели делится на четыре полосковые зоны, и направление лазерного сканирования изменяется.In the method for prefabrication of a pore defect, the position, size and length of the lap joint zone Z0 of the strips in the above-mentioned defect layer can be controlled by changing the laser scanning direction and the width w0 of the strip (the strip width of the first strip zone Z1 and/or the second strip zone Z2), thereby , controlling the pore defect fraction a of the above-mentioned defect layer. For example, according to the embodiment shown in FIG. 3, the component model section is divided into two strip zones. Whereas, according to the embodiment shown in FIG. 4, for the same component model section, the strip width w0 is changed, the component model section is divided into four strip zones, and the laser scanning direction is changed.

Как описано выше, шаги сканирования первого пути P1 сканирования и второго пути P2 сканирования одинаковы, и оба равны шагу h сканирования. Согласно фиг. 3, доля a поровых дефектов (или коэффициент поровых дефектов) слоя дефектов можно определять со ссылкой на следующую формулу или приблизительно согласно следующей формуле:As described above, the scanning steps of the first scanning path P1 and the second scanning path P2 are the same, and both are equal to the scanning step h. According to FIG. 3, the pore defect fraction a (or pore defect ratio) of the defect layer can be determined with reference to the following formula or approximately according to the following formula:

a=(N×(πR2)×L/h)/S (1) a =(N×(πR 2 )×L/h)/S (1)

где N - величина зоны Z0 соединения полосок внахлестку, R - радиус поры, L - длина зоны Z0 соединения полосок внахлестку, h - шаг сканирования, и S - площадь поперечного сечения вышеупомянутого слоя дефектов.where N is the size of the lap joint zone Z0, R is the pore radius, L is the length of the lap joint zone Z0, h is the scanning pitch, and S is the cross-sectional area of the above defect layer.

Параметры можно регулировать согласно вышеприведенной формуле (1), для получения желаемой доли a поровых дефектов слоя дефектов.The parameters can be adjusted according to the above formula (1) to obtain the desired pore defect fraction a of the defect layer.

Лазерное сканирование вдоль первого пути P1 сканирования и второго пути P2 сканирования может применять режим экспозиции лазерными импульсами. Согласно экспериментам, автор изобретения обнаружил, что по сравнению с режимом непрерывной лазерной экспозиции, "эффект замочной скважины" с большей вероятностью возникает в режиме экспозиции лазерными импульсами.Laser scanning along the first scanning path P1 and the second scanning path P2 may apply a laser pulse exposure mode. According to experiments, the inventor found that, compared with the continuous laser exposure mode, the keyhole effect is more likely to occur in the laser pulse exposure mode.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления этого изобретения. Очевидно, что каждый последующий пример может использовать ссылочные номера элементов и часть содержания предыдущего примера, причем одинаковые ссылочные номера используются для представления одинаковых или аналогичных элементов, и описание одного и того же технического содержания выборочно опущено. Что касается описания опущенной части, можно сослаться на предыдущий пример, и описание последующего примера не будет повторяться. Кроме того, в приведенных примерах с первого по третий, различные параметры процесса первой полосковой зоны Z1 и второй полосковой зоны Z2 одинаковы, и второй путь P2 сканирования во второй полосковой зоне Z2 может быть по существу эквивалентным пути, сформированному посредством смещения первого пути P1 сканирования в первой полосковой зоне Z1 на заданное расстояние.Below are specific examples of implementation of this invention. It will be appreciated that each subsequent example may use element reference numerals and portions of the content of the previous example, with the same reference numerals being used to represent the same or similar elements and description of the same technical content being selectively omitted. As for the description of the omitted part, reference may be made to the previous example, and the description of the subsequent example will not be repeated. Moreover, in the first to third examples, various process parameters of the first strip zone Z1 and the second strip zone Z2 are the same, and the second scan path P2 in the second strip zone Z2 may be substantially equivalent to the path formed by shifting the first scan path P1 in the first strip zone Z1 at a given distance.

Первый примерFirst example

Стратегия лазерного сканирования в этом примере показана на фиг. 5. Оборудование для формования методом SLM, используемое в этом примере, применяет режим экспозиции лазерными импульсами, в качестве формующего материала применяется сплав Hastelloy X, и размеры образца, сформованного методом SLM, составляют 10 мм *10 мм * 10 мм.The laser scanning strategy in this example is shown in FIG. 5. The SLM molding equipment used in this example adopts laser pulse exposure mode, Hastelloy X alloy is used as the molding material, and the size of the SLM molded sample is 10mm * 10mm * 10mm.

Задание параметров процесса SLM для поровых дефектов также включает в себя: мощность лазерного сканирования P=200 Вт, разнесение точек на линии сканирования D=80 мкм, и время экспозиции линии сканирования t=80 мкс, причем разнесение точек на линии сканирования D означает расстояние между двумя соседними точками, когда лазерный импульс перемещается в пунктирном режиме, и время экспозиции линии сканирования t означает время, необходимое ему для перемещения между двумя соседними точками, когда лазерный импульс перемещается в пунктирном режиме;Setting the SLM process parameters for pore defects also includes: laser scanning power P=200 W, scanning line point spacing D=80 μm, and scanning line exposure time t=80 μs, and scanning line point spacing D means the distance between two adjacent points when the laser pulse moves in the dotted mode, and the scanning line exposure time t means the time it takes to move between two adjacent points when the laser pulse moves in the dotted mode;

толщина слоя d=30 мкм, шаг сканирования h=70 мкм, и ширина зоны Z0 соединения полосок внахлестку δ=0,5 мм;layer thickness d=30 µm, scanning step h=70 µm, and width of the overlap zone Z0 of the strips δ=0.5 mm;

ширина полоски w0=5 мм, и направление лазерного сканирования составляет 90°, образуя одну горизонтально проходящую зону Z0 соединения полосок внахлестку длиной 10 мм.strip width w0=5 mm, and the laser scanning direction is 90°, forming one horizontally extending lap joint zone Z0 of the strips with a length of 10 mm.

В этом примере вышеприведенные параметры процесса SLM для предварительного изготовления поровых дефектов устанавливаются в слоях с 1500-го по 1700-й образца, для формования образца в режиме SLM.In this example, the above SLM process parameters for prefabrication of pore defects are set in layers 1500 to 1700 of the sample to mold the sample in SLM mode.

На фиг. 6 показана диаграмма распределения пор образца с заранее изготовленными поровыми дефектами, полученными в этом примере, где показаны поры H1. Среднее значение радиуса R поры, сформированной в этом примере, составляет около 25 мкм. Согласно формуле 1) a=(N×(πR2)×L/h)/S, доля a поровых дефектов полученного слоя дефектов составляет приблизительно 0,34%.In fig. 6 is a pore distribution diagram of a sample with prefabricated pore defects obtained in this example, showing pores H1. The average radius R of the pore formed in this example is about 25 µm. According to formula 1) a =(N×(πR 2 )×L/h)/S, the proportion a of pore defects of the resulting defect layer is approximately 0.34%.

Второй примерSecond example

Стратегия лазерного сканирования в этом примере показана на фиг. 7. Оборудование для формования методом SLM, используемое в этом примере, применяет режим экспозиции лазерными импульсами, в качестве формующего материала применяется сплав Hastelloy X, и размеры образца, сформованного методом SLM, составляют 10 мм * 10 мм * 10 мм.The laser scanning strategy in this example is shown in FIG. 7. The SLM molding equipment used in this example adopts laser pulse exposure mode, Hastelloy X alloy is used as the molding material, and the size of the SLM molded sample is 10mm * 10mm * 10mm.

Задание параметров процесса SLM для поровых дефектов также включает в себя: мощность лазерного сканирования P=180 Вт, разнесение точек на линии сканирования D=100 мкм, и время экспозиции линии сканирования t=90 мкс;Setting the SLM process parameters for pore defects also includes: laser scanning power P=180 W, point spacing on the scanning line D=100 μm, and scanning line exposure time t=90 μs;

толщина слоя d=30 мкм, шаг сканирования h=100 мкм, и величина соединения полосок внахлестку δ=0,5 мм;layer thickness d=30 µm, scanning step h=100 µm, and the overlap value of the strips δ=0.5 mm;

ширина полоски w0=7 мм, и направление лазерного сканирования составляет 45°, образуя одну зону Z0 соединения полосок внахлестку длиной 14,14 мм, проходящую вдоль диагональной линии.the width of the strip w0=7 mm, and the laser scanning direction is 45°, forming one lap joint zone Z0 of the strips with a length of 14.14 mm, running along the diagonal line.

В этом примере вышеприведенные параметры процесса SLM для предварительного изготовления поровых дефектов устанавливаются в слоях с 1000-го по 1100-й образца, для формования образца в режиме SLM.In this example, the above SLM process parameters for prefabrication of pore defects are set in layers 1000 to 1100 of the sample to mold the sample in SLM mode.

На фиг. 8 показана диаграмма распределения пор образца с заранее изготовленными поровыми дефектами, полученными в этом примере, где показаны поры H1. Среднее значение радиуса R поры, сформированной в этом примере, составляет около 25 мкм. Согласно формуле 1) a=(N×(πR2)×L/h)/S, доля a поровых дефектов полученного слоя дефектов составляет приблизительно 0,28%.In fig. 8 is a pore distribution diagram of a sample with prefabricated pore defects obtained in this example, showing pores H1. The average radius R of the pore formed in this example is about 25 µm. According to formula 1) a =(N×(πR 2 )×L/h)/S, the proportion a of pore defects of the resulting defect layer is approximately 0.28%.

Третий примерThird example

Стратегия лазерного сканирования в этом примере показана на фиг. 9. Оборудование для формования методом SLM, используемое в этом примере, применяет режим экспозиции лазерными импульсами, в качестве формующего материала применяется сплав Hastelloy X, и размеры образца, сформованного методом SLM, составляют 10 мм *10 мм * 10 мм.The laser scanning strategy in this example is shown in FIG. 9. The SLM molding equipment used in this example adopts laser pulse exposure mode, Hastelloy X alloy is used as the molding material, and the size of the SLM molded sample is 10mm * 10mm * 10mm.

Задание параметров процесса SLM для поровых дефектов также включает в себя: мощность лазерного сканирования P=210 Вт, разнесение точек на линии сканирования D=90 мкм, и время экспозиции линии сканирования t=70 мкс;Setting the SLM process parameters for pore defects also includes: laser scanning power P=210 W, point spacing on the scanning line D=90 μm, and scanning line exposure time t=70 μs;

толщина слоя d=30 мкм, шаг сканирования h=90 мкм, и величина соединения полосок внахлестку δ=0,5 мм;layer thickness d=30 µm, scanning step h=90 µm, and the overlap value of the strips δ=0.5 mm;

ширина полоски w0=7 мм, и направление лазерного сканирования составляет -45°, образуя одну зону Z0 соединения полосок внахлестку длиной 14,14 мм, проходящую вдоль другой диагональной линии.the width of the strip w0=7 mm, and the laser scanning direction is -45°, forming one lap joint zone Z0 of the strips with a length of 14.14 mm, running along the other diagonal line.

В этом примере вышеприведенные параметры процесса SLM для предварительного изготовления поровых дефектов устанавливаются в слоях с 1000-го по 1100-й образца для формования образца в режиме SLM.In this example, the above SLM process parameters for prefabrication of pore defects are set in layers 1000 to 1100 of the sample to mold the sample in SLM mode.

На фиг. 10 показана диаграмма распределения пор образца с заранее изготовленными поровыми дефектами, полученными в этом примере, где показаны поры H1. Среднее значение радиуса R поры, сформированной в этом примере, составляет около 25 мкм. Согласно формуле 1) a=(N×(πR2)×L/h)/S, доля a поровых дефектов полученного слоя дефектов составляет приблизительно 0,31%.In fig. 10 is a pore distribution diagram of a sample with prefabricated pore defects obtained in this example, showing pores H1. The average radius R of the pore formed in this example is about 25 µm. According to formula 1) a =(N×(πR 2 )×L/h)/S, the proportion a of pore defects of the resulting defect layer is approximately 0.31%.

Эксперименты демонстрируют, что среди параметров процесса SLM, три параметра, а именно мощность P лазерного сканирования, разнесение D точек на линии сканирования и время t экспозиции линии сканирования, оказывают более сильное влияние на то, генерируется ли эффект замочной скважины.Experiments demonstrate that among the SLM process parameters, three parameters, namely laser scanning power P, scanning line point spacing D, and scanning line exposure time t, have a stronger influence on whether the keyhole effect is generated.

Параметры процесса SLM управляются следующим образом: в качестве формующего материала применяется сплав Hastelloy X; мощность лазерного сканирования P=180-210 Вт; разнесение точек на линии сканирования D=80-100 мкм; время экспозиции линии сканирования t=70-90 мкс.The SLM process parameters are controlled as follows: Hastelloy X alloy is used as the molding material; laser scanning power P=180-210 W; spacing of points on the scanning line D=80-100 µm; scanning line exposure time t=70-90 µs.

Кроме того, параметры процесса SLM дополнительно управляются следующим образом: толщина слоя d=30 мкм; шаг сканирования h=70-100 мкм; величина соединения полосок внахлестку δ=0,5-0,9 мм.In addition, the SLM process parameters are further controlled as follows: layer thickness d=30 μm; scanning step h=70-100 µm; the size of the lap joint of the strips is δ=0.5-0.9 mm.

Управление параметрами процесса SLM в вышеприведенном диапазоне может создавать эффекты замочной скважины и получать регулярные поровые дефекты.Controlling the SLM process parameters in the above range can create keyhole effects and obtain regular pore defects.

На практике, в связи с фиг. 3, вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта может осуществляться следующим образом:In practice, in connection with FIG. 3, the above method for pre-fabricating a pore defect can be carried out as follows:

Управляют параметрами процесса SLM следующим образом: мощность лазерного сканирования P=180-210 Вт, разнесение точек на линии сканирования D=80-100 мкм, и время экспозиции линии сканирования t=70-90 мкс; толщина слоя d=30 мкм, шаг сканирования h=70-100 мкм, и величина соединения полосок внахлестку δ=0,5-0,9 мм. Ширина w0 полоски и направление лазерного сканирования устанавливаются согласно заданной позиции порового дефекта.The SLM process parameters are controlled as follows: laser scanning power P=180-210 W, point spacing on the scanning line D=80-100 µm, and scanning line exposure time t=70-90 µs; layer thickness d=30 µm, scanning step h=70-100 µm, and the overlap value of the strips δ=0.5-0.9 mm. The width w0 of the strip and the direction of laser scanning are set according to the specified position of the pore defect.

Затем задаются положение и доля поровых дефектов в SLM-детали: положение, величина и длина зоны Z0 соединения полосок внахлестку в слое дефектов управляются путем изменения направления лазерного сканирования и ширины полоски, где доля a поровых дефектов слоя дефектов может приблизительно определяться согласно формуле (1). Затем, выбирая один или более указанных слоев плавления металла, можно управлять положением поровых дефектов в направлении высоты SLM-детали.Then the position and proportion of pore defects in the SLM part are set: the position, size and length of the zone Z0 of the lap joint of strips in the defect layer are controlled by changing the laser scanning direction and the width of the strip, where the proportion a of pore defects of the defect layer can be approximately determined according to the formula (1) . Then, by selecting one or more of these metal fusion layers, the position of the pore defects in the height direction of the SLM part can be controlled.

Наконец, осуществляется 3D-печать посредством процесса SLM, установленных вышеприведенных параметров процесса SLM для вышеприведенного указанного слоя плавления металла, и установленных обычных параметров процесса для других слоев плавления металла, для получения SLM-деталей с заранее изготовленными поровыми дефектами.Finally, 3D printing is carried out through the SLM process, setting the above SLM process parameters for the above mentioned metal fusion layer, and setting the conventional process parameters for the other metal fusion layers, to obtain SLM parts with prefabricated pore defects.

Вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта позволяет создавать "эффект замочной скважины" путем управления параметрами процесса SLM, тем самым образуя регулярные поровые дефекты в указанной позиции SLM-детали. Вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта применяет предпочтительные параметры процесса SLM, устанавливает положение поровых дефектов в двухмерной секции каждого слоя SLM-детали путем управления направлением лазерного сканирования и шириной полоски, и затем устанавливает соответствующие параметры процесса SLM в указанном слое плавления металла SLM-детали, что позволяет достичь предварительного изготовления желаемых поровых дефектов в SLM-детали.The above method for prefabrication of a pore defect can create a "keyhole effect" by controlling the parameters of the SLM process, thereby forming regular pore defects at a specified position of the SLM part. The above pore defect prefabrication method applies the preferred SLM process parameters, sets the position of the pore defects in the two-dimensional section of each layer of the SLM part by controlling the laser scanning direction and strip width, and then sets the corresponding SLM process parameters in the specified metal fusion layer of the SLM part, which allows you to achieve prefabrication of the desired pore defects in the SLM part.

Вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта также позволяет определять долю a поровых дефектов слоя дефектов согласно формуле, поэтому каждый параметр легко регулировать для получения желаемой доли поровых дефектов.The above pore defect prefabrication method can also determine the pore defect proportion a of the defect layer according to the formula, so each parameter can be easily adjusted to obtain the desired pore defect proportion.

Очевидно, что вышеприведенный способ предварительного изготовления порового дефекта применим не только к случаю предварительного изготовления пор в сравнительных образцах для неразрушающего испытания, но также применим к другим ситуациям, где хорошо понятно влияние поровых дефектов на SLM-детали. Например, в ключевых местах SLM-деталей или типичных выборках их характеристик, поровые дефекты можно заранее изготавливать, для осуществления испытаний на оценку прочности, например, растяжимости, долговечности, усталости, и т.д. для оценки влияния поровых дефектов на механические свойства и прогнозирования срока службы компонентов.Obviously, the above pore defect prefabrication method is applicable not only to the case of pore prefabrication in comparative samples for non-destructive testing, but also applies to other situations where the effect of pore defects on SLM parts is well understood. For example, at key locations of SLM parts or typical samples of their characteristics, pore defects can be prefabricated to perform tests to evaluate strength, such as elongation, durability, fatigue, etc. to evaluate the impact of pore defects on mechanical properties and predict the service life of components.

Очевидно, что прилагаемые чертежи используются только в качестве примеров, и не всегда выполнены в масштабе, и не призваны налагать ограничения на объем защиты, фактически заявленный в этом изобретении. Кроме того, вариации в различных вариантах осуществления могут осуществляться надлежащим образом.It is understood that the accompanying drawings are used as examples only, and are not necessarily drawn to scale, and are not intended to limit the scope of protection actually claimed in this invention. Moreover, variations in various embodiments can be made as appropriate.

Хотя это изобретение раскрыто выше на предпочтительных примерах, они не призваны ограничивать это изобретение, и любой специалист в данной области техники может предложить вариации и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема этого изобретения. Поэтому любые модификации, эквивалентные вариации и варианты осуществления вышеприведенных примеров согласно технической сущности этого изобретения, не выходящие за рамки содержания технических решений этого изобретения, все попадают в объем защиты, заданный формулой этого изобретения.Although this invention has been described above by way of preferred examples, they are not intended to limit this invention, and variations and modifications may be suggested by any person skilled in the art without departing from the spirit and scope of this invention. Therefore, any modifications, equivalent variations and embodiments of the above examples according to the technical essence of this invention, not beyond the scope of the technical solutions of this invention, all fall within the scope of protection given by the claims of this invention.

Claims (21)

1. Способ предварительного формирования поровых дефектов в металле путем управления процессом избирательного лазерного плавления, в котором1. A method for the preliminary formation of pore defects in metal by controlling the process of selective laser melting, in which осуществляют лазерное сканирование на заданном слое плавления металла по первому пути сканирования; иlaser scanning is carried out on a given metal melting layer along the first scanning path; And осуществляют лазерное сканирование на заданном слое плавления металла по второму пути сканирования,carry out laser scanning on a given metal melting layer along the second scanning path, причем первый путь сканирования и второй путь сканирования имеют зону перекрытия путей, зона перекрытия путей имеет заданную ширину, и подводом лазерной энергии, прикладываемой в зоне перекрытия путей, управляют для достижения заданного значения энергии для формирования замочных скважин в множестве положений в продольном направлении зоны перекрытия путей, причем заданный слой плавления металла является слоем дефектов, а замочные скважины в зоне перекрытия путей являются поровыми дефектами,wherein the first scanning path and the second scanning path have a path overlap zone, the path overlap zone has a predetermined width, and the supply of laser energy applied in the path overlap zone is controlled to achieve a predetermined energy value for forming keyholes at a plurality of positions in the longitudinal direction of the path overlap zone , and the given metal melting layer is a layer of defects, and keyholes in the track overlap area are pore defects, при лазерном сканировании вдоль первого пути сканирования и второго пути сканирования применяют режим лазерного сканирования полоскового типа, и применяет режим экспозиции лазерными импульсами,when laser scanning along the first scanning path and the second scanning path, strip-type laser scanning mode is used, and laser pulse exposure mode is applied, первый путь сканирования располагают в первой полосковой зоне, второй путь сканирования располагают во второй полосковой зоне, причем первая полосковая зона и вторая полосковая зона образуют зону соединения полосок внахлест, зона соединения полосок внахлест образует зону перекрытия путей, и величина соединения полосок внахлест зоны соединения полосок внахлест равна ширине зоны перекрытия путей,the first scanning path is located in the first strip zone, the second scanning path is located in the second strip zone, the first strip zone and the second strip zone forming an overlap zone, the overlap zone forms a path overlap zone, and the amount of overlap of the strips of the overlap zone equal to the width of the track overlap zone, причем параметры процесса SLM выбирают следующим образом: wherein the SLM process parameters are selected as follows: в качестве формующего материала применяют сплав Hastelloy X;Hastelloy X alloy is used as a forming material; мощность лазерного сканирования P=180-210 Вт; laser scanning power P=180-210 W; разнесение точек на линии сканирования D=80-100 мкм; spacing of points on the scanning line D=80-100 µm; время экспозиции линии сканирования t=70-90 мкс.scanning line exposure time t=70-90 µs. 2. Способ по п. 1, в котором первый путь сканирования содержит множество первых линий сканирования, ориентированных параллельно и отстоящих друг от друга на одинаковых расстояниях, второй путь сканирования содержит множество вторых линий сканирования, ориентированных параллельно и отстоящих друг от друга на одинаковых расстояниях, а шаги сканирования первого пути сканирования и второго пути сканирования одинаковы.2. The method of claim 1, wherein the first scanning path comprises a plurality of first scanning lines oriented in parallel and spaced at equal distances from each other, the second scanning path comprises a plurality of second scanning lines oriented in parallel and spaced at equal distances from each other, and the scanning steps of the first scanning path and the second scanning path are the same. 3. Способ по п. 1, в котором при лазерном сканировании вдоль первого пути сканирования и второго пути сканирования применяют режим возвратно-поступательного лазерного сканирования полоскового типа.3. The method according to claim 1, in which when laser scanning along the first scanning path and the second scanning path, a strip-type reciprocating laser scanning mode is used. 4. Способ по п. 1, в котором параметры процесса избирательного лазерного плавления дополнительно выбирают следующим образом: 4. The method according to claim 1, in which the parameters of the selective laser melting process are additionally selected as follows: толщина слоя d=30 мкм; layer thickness d=30 µm; шаг h сканирования = 70-100 мкм; scanning step h = 70-100 µm; величина соединения полосок внахлестку δ=0,5-0,9 мм.the size of the lap joint of the strips is δ=0.5-0.9 mm. 5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором положением, величиной и длиной зоны соединения полосок внахлест в слое дефектов управляют путем изменения направления лазерного сканирования и значений ширины полосок первой полосковой зоны и/или второй полосковой зоны для управлением долей поровых дефектов слоя дефектов.5. Method according to any one of paragraphs. 1-3, in which the position, size and length of the lap joint zone of the strips in the defect layer are controlled by changing the laser scanning direction and the strip width values of the first strip zone and/or the second strip zone to control the proportion of pore defects of the defect layer. 6. Способ по п. 1 или 5, в котором долю a поровых дефектов слоя дефектов определяют по следующей формуле:6. The method according to claim 1 or 5, in which the proportion a of pore defects of the defect layer is determined by the following formula: a=(N×(πR2)×L/h)/S a= (N×(πR 2 )×L/h)/S где N - величина зоны соединения полосок внахлест, R - радиус поры, м, L - длина зоны соединения полосок внахлест, м, h - шаг сканирования, м, и S - площадь поперечного сечения слоя дефектов, м2.where N is the size of the overlap zone, R is the pore radius, m, L is the length of the overlap zone, m, h is the scanning step, m, and S is the cross-sectional area of the defect layer, m 2 .
RU2022116464A 2020-04-22 2020-12-21 Method for pre-fabrication of pore defects using slm process control RU2807099C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010319637.2 2020-04-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807099C1 true RU2807099C1 (en) 2023-11-09

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117235463A (en) * 2023-11-13 2023-12-15 北京科技大学 Nondestructive testing method for alloy defect inner wall oxide film spatial distribution

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468890C2 (en) * 2008-04-24 2012-12-10 БОДИКОУТ АйЭмТи, ИНК. Composite billet with porosity fraction controlled in, at least, one layer, methods of its production and use
CN108436081A (en) * 2018-03-06 2018-08-24 无锡市产品质量监督检验院 A kind of test button 3D printing manufacturing process of preset defect
CN108817386A (en) * 2018-06-29 2018-11-16 西北工业大学 Interlayer pectination joining method for the forming of multi-beam laser selective melting

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468890C2 (en) * 2008-04-24 2012-12-10 БОДИКОУТ АйЭмТи, ИНК. Composite billet with porosity fraction controlled in, at least, one layer, methods of its production and use
CN108436081A (en) * 2018-03-06 2018-08-24 无锡市产品质量监督检验院 A kind of test button 3D printing manufacturing process of preset defect
CN108817386A (en) * 2018-06-29 2018-11-16 西北工业大学 Interlayer pectination joining method for the forming of multi-beam laser selective melting

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117235463A (en) * 2023-11-13 2023-12-15 北京科技大学 Nondestructive testing method for alloy defect inner wall oxide film spatial distribution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7351028B2 (en) A method for preforming pore defects by controlling SLM process
Gockel et al. The influence of additive manufacturing processing parameters on surface roughness and fatigue life
Whip et al. The effect of primary processing parameters on surface roughness in laser powder bed additive manufacturing
Sadowski et al. Optimizing quality of additively manufactured Inconel 718 using powder bed laser melting process
JP7454063B2 (en) Preform crack defect, manufacturing method for built-in crack defect, and preform body
Du et al. Pore defects in Laser Powder Bed Fusion: Formation mechanism, control method, and perspectives
JP2017096936A (en) Non-contact acoustic inspection method for additive manufacturing processes
CN103240414B (en) Parameter selecting method for manufacturing metal parts by selective laser melting technology and substrate samples
US20190176397A1 (en) Laser laying patterning
Du Plessis Porosity in laser powder bed fusion
Ermurat et al. Process parameters investigation of a laser-generated single clad for minimum size using design of experiments
Yasa et al. Investigation of sectoral scanning in selective laser melting
RU2807099C1 (en) Method for pre-fabrication of pore defects using slm process control
Al-Sayyad et al. Laser joining of titanium alloy to polyamide: Influence of process parameters on the joint strength and quality
Baffa et al. Effect of stepover and torch tilting angle on a repair process using WAAM
Braun et al. Mechanical behavior of additively and conventionally manufactured 316L stainless steel plates joined by gas metal arc welding
Wang et al. Influence mechanism of laser delay on internal defect and surface quality in stitching region of 316L stainless steel fabricated by dual-laser selective laser melting
Shribman et al. MP Welding of dissimilar materials: AM laser powder-bed fusion AlSi10Mg to wrought AA6060-T6
JP2022515967A (en) Repair process using laser metal powder deposits
EP4140741A1 (en) Method for prefabricating poor fusion defects by controlling lmd process
Subasic et al. Fatigue strength improvement of additively manufactured 316L stainless steel with high porosity through preloading
DE102020209464A1 (en) Layer building method and layer building device for the additive manufacturing of a component, component and computer program product
Nuñez et al. Analysis of surface roughness in metal directed energy deposition
Fox et al. Surface topography and melt pool behavior in rapid turnaround regions of laser powder bed fusion additive manufacturing of nickel superalloy 625
Brandt et al. Fibre Optic Nd–YAG laser cladding of preplaced hastelloy C powder