[發(fā)明專利]用于高溫合金結構件快速成型的激光掃描方法

有效

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• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104084584A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 王林志;范樹遷
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 張琴

技術領域

本發(fā)明屬于金屬粉末熔化成型技術領域，涉及一種用于高溫合金結構件快速成型的激光掃描方法。

背景技術

高溫合金具有熔點高、高溫強度高、低蒸汽壓、低的膨脹系數(shù)以及在許多介質中的耐蝕性好等一系列優(yōu)良特性，廣泛應用于武器裝備、醫(yī)療器械和通訊發(fā)射裝備等領域。但是高溫合金的成形性能差，限制了其應用范圍的擴大。目前，高溫合金大多采用粉末冶金成形，這種成形工藝需要昂貴的工裝模具、工藝過程復雜，難以成形三維結構復雜的零件。因此，開發(fā)高溫合金的先進成形技術已成為研究熱點之一。激光快速成形作為一種新型的成形技術具有制造過程柔性程度高、制件的力學性能和化學性能優(yōu)異、可實現(xiàn)組分連續(xù)變化的梯度功能材料的制造、產(chǎn)品的尺寸大小和復雜程度對加工難度影響很小等特點。因此，激光快速成形技術在高溫合金成型中具有廣闊的應用前景。

高溫合金激光快速成型的熔池溫度高且熱量分布集中，極易造成變形、開裂等缺陷。用激光進行復雜曲面的成形過程中，激光掃描方法(包括掃描路徑、激光功率、掃描速度、掃描點距、掃描間距等)的變化對掃描成形的影響作用較復雜，隨著掃描方法的改變將導致熔池熱量分布的改變以及殘余應力分布的改變，繼而影響最終的成形結果。因此，激光加熱三維成形是一個非常復雜的成形過程。激光掃描方法及工藝參數(shù)的自動規(guī)劃一直是難以解決的問題，這已經(jīng)成為制約該技術發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種改善熔池熱量分布情況，可有效避免變形、開裂缺陷的用于高溫合金結構件快速成型的激光掃描方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種用于高溫合金結構件快速成型的激光掃描方法，包括以下步驟：

(a)根據(jù)結構件的幾何特征(面積S、壁厚H、形狀P)與精度要求，將各層幾何模型劃分成若干個區(qū)域，確定不同區(qū)域的掃描方法，所述掃描方法包括回字形、條紋形與棋盤形；

(b)成型掃描：依次完成各層中不同區(qū)域的掃描，實現(xiàn)結構件成型；

(c)外表面掃描：對成型結構件外表面進行第二次掃描，實現(xiàn)結構件外表面的快速修復與熱處理。

進一步，所述步驟(a)中掃描方法的選擇原則為：

①掃描區(qū)域面積S＜0.2mm²，或掃描區(qū)域結構件厚度H＜0.5mm，采用“回”字形掃描方法；②當0.2mm²＜S＜1.0mm²，或0.5mm＜H＜5mm，采用條紋形掃描方法；③當S＞1.0mm²，或H＞5mm，采用棋盤形掃描方法。

進一步，所述步驟(b)中結構件成型掃描的功率為200W～400W，掃描速度為600mm/s～1000mm/s，掃描點距20μm～50μm，掃描間距0.1mm～0.5mm；所述步驟(c)中結構件外表面掃描的功率為150W～200W，掃描速度為1000mm/s～1500mm/s，掃描點距10μm～30μm，掃描間距0.05mm～0.2mm。

進一步，高溫合金粉末的粒徑范圍為10～50μm，在激光快速成型設備中基板上鋪設的層厚為20～50μm。

進一步，激光快速成型設備中激光波長范圍為300nm～10.6μm。

進一步，激光快速成型過程中選用氬氣作為保護氣體。

進一步，作為結構件的高溫合金為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鎢合金及鈦合金中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明改進了傳統(tǒng)的掃描方法，通過對各切片層進行分區(qū)，并針對各區(qū)域選擇不同的掃描方法，改變了合金粉末熔化過程中的熱量分布情況，有效避免了因熱量集中引起的應力變形與開裂問題，顯著提高了高溫合金激光快速成型結構件的力學性能和表面精度；工藝過程簡單，可控程度高，適于推廣和應用。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明中掃描方法示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

本實施例的用于高溫合金結構件快速成型的激光掃描方法，包括以下步驟：

(1)利用三維造型軟件建立結構件三維幾何模型；然后由切片軟件處理，生成多層切片信息后保存為STL文件，將STL文件的數(shù)據(jù)信息輸送到激光快速成型設備；

(2)根據(jù)結構件的幾何特征(面積S、壁厚H、形狀P)與精度要求，將幾何模型的各層切片劃分成若干個區(qū)域，確定不同區(qū)域的掃描方法，所述掃描方法包括回字形、條紋形與棋盤形；