[發明專利]金屬基復合材料結構件激光直接制造方法及裝置

在審

• 申請號: 201610080425.7
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105689712A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 趙耀邦;李中權;成群林;歐陽自鵬;陳文旗;田瑩
• 申請（專利權）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料結構件的制造領域，具體地，涉及一種金屬基復合 材料結構件激光直接制造方法及裝置。

背景技術

以金屬為基體材料，通過添加具有耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化等特殊功能的 陶瓷增強相，制備出的金屬基復合材料兼具金屬和陶瓷各自優良性能、又能彌補各 自不足，目前金屬基復合材料已廣泛應用于各種工業領域。由于傳統的鑄造、粉末 冶金以及熱壓等工藝方法的自身特點，往往無法直接制備出精密、復雜的金屬基復 合材料結構件。

基于局域激光送粉的金屬零件快速制造方法(其制造原理是在計算機上生成零 件的CAD模型，對CAD模型進行切片處理，使一個復雜的三維零件離散為一系列的 二維平面圖形，由此獲得掃描軌跡指令，通過激光束熔化同步送入的金屬粉末，根 據CAD給出的路線，用數控系統控制激光束來回掃描，便可堆積出任意形狀的金屬 實體零件，也即是送粉式3D打印。)作為一種成熟的金屬結構件直接制造方法， 可直接制造出精密、復雜的結構件，但一般采用一種或者性能較為接近的幾種混合 金屬粉末，若混合粉末物理、化學性能差異較大，將會產生裂紋、氣孔等冶金缺陷。

因此，亟待開發出一種可以用于金屬基復合材料的激光直接制造技術方案。

發明內容

針對現有金屬基復合材料制備方法(包括激光直接制造)無法用于精密復雜的 金屬基復合材料結構的制造，本發明的目的是提供一種金屬基復合材料結構件激光 直接制造方法及裝置。

根據本發明提供的一種金屬基復合材料結構件激光直接制造方法，包括如下步 驟：

步驟1：計算機上生成零件的CAD模型，對CAD模型進行切片處理，使零件離散 為一系列的二維平面圖形，獲得掃描軌跡指令；

步驟2：根據所述掃描軌跡指令，令與激光束保持同軸的送粉裝置開始進行金屬 粉末送粉；

步驟3：開啟激光，使激光束熔化金屬粉末；

步驟4：從激光束的旁軸將陶瓷粉末送入激光形成的熔池。

優選地，所述金屬粉末送粉方式為與激光束同軸送粉，所述金屬粉末為Fe、Al、 Ti、Cu中的任意一種或多種金屬粉末。

優選地，激光的激光源采用CO₂氣體激光器、YAG固體激光器、半導體激光器或 光纖激光器。

優選地，所述陶瓷粉末采用與激光束旁軸送粉的方式，所述陶瓷粉末為SiC、WC、 ZrO₂中的任意一種或多種陶瓷粉末。

優選地，所述陶瓷粉末從激光熔化金屬粉末形成熔池的尾部進入，避免激光束 與陶瓷粉末的直接作用。

優選地，發射激光的激光頭、進行金屬粉末送粉的同軸金屬粉末送粉噴嘴以及 進行陶瓷粉末送粉的旁軸陶瓷粉末送粉噴嘴在零件制造過程中固定于機器人臂或 數控機床上，并保持相對位置不變。

優選地，還包括步驟：調節進行陶瓷粉末送粉的旁軸陶瓷粉末送粉噴嘴與激光 束之間的角度和間距。

根據本發明提供的一種金屬基復合材料結構件激光直接制造裝置，采用上述的 金屬基復合材料結構件激光直接制造方法制造零件。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

1、本發明可直接制造精密復雜的金屬基復合材料結構件；

2、本發明可在傳統的激光直接制造工藝設備基礎上加以改造即可實現，易于推 廣應用；

3、采用本發明可制備比傳統鑄造、粉末冶金以及熱壓等更為精密、復雜的結構， 同時力學性能更為優異。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明中金屬基復合材料結構件激光直接制造方法的步驟流程圖；

圖2為本發明中金屬基復合材料結構件激光直接制造裝置的結構示意圖；

1為激光束掃描方向；

2為與激光束同步的金屬粉末流；

3為激光束；

4為陶瓷粉末流；

5為陶瓷粉末送粉噴嘴；

6為激光直接制造的一層金屬復合材料結構；

7為激光直接制造金屬基復合材料結構中的陶瓷；

8為金屬基體；

9為激光束熔化金屬粉末形成的熔池。

具體實施方式