[發明專利]一種梯度復合結構的激光成形方法

有效

• 申請號: 201611104820.0
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN108145160B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 吳海峰;高源源;邱美玲
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種梯度復合結構的激光成形方法，通過激光成形設備準備、設計激光成形工藝、激光成形等步驟得到梯度復合結構。本發明通過設計過渡層的掃描軌跡，使得相鄰兩層之間的掃描軌跡互相嵌套，從而降低和抵消過渡層之間的層間應力，同時通過互相嵌套的方式使過渡層的結合由平面結合轉化為立體結合，提高了過渡層的結合強度，最終得到成分連續過渡、界面應力較小、整體強度更高的梯度復合結構。

技術領域

本發明涉及一種梯度復合結構的激光成形方法，屬于金屬特種成形加工技術領域。

背景技術

金屬梯度復合結構具有雙重特性，在實際生產中得到了廣泛的應用。激光成形技術通過高功率激光熔化同步輸送的合金粉，在基板上逐層堆積制備近終型零件，是一種制備高性能、全致密金屬零件的低成本、快速制備技術，由于該技術是通過逐點添加材料成形的特點，該技術在材料組成、凝固組織、外形尺寸上具有極大的柔性，適合于梯度復合結構的成形與制備。但梯度材料在成形過程中，由于材料組織差異性大、熱物理性能不匹配而產生組織應力和熱應力，最終導致過渡層界面極易發生開裂。

專利《一種激光3D打印陶瓷功能梯度結構件的方法》(申請號CN201310258054.3)公布了一種陶瓷功能梯度結構件的激光3D打印方法，利用激光3D打印系統以不同的陶瓷粉末為原料增材成形功能梯度結構件，成形過程中通過控制不同粉末的送粉量實時改變組分配比，實現陶瓷結構件各位置材料組分及功能的梯度變化。專利《金屬梯度材料的激光3D打印制備方法》(申請號CN201510004371.1)提供一種高效簡便的金屬梯度材料激光3D打印的制備技術，通過計算機嚴格控制不同位置處的原料組分配比，從而真正意義上實現成分的梯度分布。專利《一種制備功能梯度結構件的方法及裝置》(申請號CN201410525318.1)提供了一種制備功能梯度結構件的方法及裝置，其通過母粉與輔粉間層平鋪，其每層高度根據該有效區域的母粉與輔粉的質量比分數計算得到，根據每一層加工層面的信息在相應位置對母粉和輔粉進行激光掃描燒結。

上述幾種為目前梯度復合結構的主流激光成形方法，均采用了控制不同組分的送粉量來達到制造梯度復合結構的目的，這種方法對于成分控制很有效，但存在一定問題，主要在于掃描軌跡均為按照輪廓逐線逐層進行，這種掃描方式不能有效解決過渡層層間應力大的問題，導致在實際制造過程中極易發生過渡層間界面開裂或過渡層強度太低等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種通過提高過渡層結合強度、最終得到成分連續過渡、界面應力較小、整體強度更高的梯度復合結構的激光成形方法。

本發明的技術解決方案：一種梯度復合結構的激光成形方法，所述的梯度復合結構由A層、過渡層(A+B)和B層組成，通過以下步驟實現：

第一步、激光成形設備準備；

預熱激光成形設備，做好準備工作。本發明采用具有兩個送粉裝置的激光成形設備，本步驟準備工作為本領域公知技術。

第二步、設計激光成形工藝，

A2.1、建立模型，模型由A層、過渡層(A+B)和B層組成，采用剖分軟件對模型各層進行層數剖分；

過渡層(A+B)剖分的層厚度要低于A層和B層剖分的層厚度，剖分的層厚度根據A層、過渡層(A+B)和B層的總厚度決定，具體厚度選擇為本領域公知技術，本領域技術人員根據實際情況進行選擇。一般情況下，過渡層(A+B)剖分的層厚度≤0.2mm，使過渡層(A+B)剖分的層數多一些，使其平穩過渡。

A2.2、設計過渡層(A+B)的激光掃描軌跡，