[發明專利]一種有效防止金屬合金構件開裂的激光3D打印成型設備

有效

• 申請號: 201710965726.2
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107900331B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 王剛;邢昌;陶鋒;江本赤;王建彬
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00
• 代理公司: 32256 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 任立<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種有效防止金屬合金構件開裂的激光3D打印成型裝置，屬于金屬粉末激光熔化成型技術領域，包括控制系統、激光掃描系統及成型系統，成型系統包括沿水平方向順次設置的成型室、退火室及鋪粉機構，且所述成型室、退火室及鋪粉機構三者相互固定且底面均與成型平臺觸接，成型系統還包括驅動成型室、退火室及鋪粉機構沿水平方向運動的滑動驅動機構，激光掃描系統設于成型室頂端，所述退火室內設有焊槍及驅動焊槍沿水平面位移的焊接位移機構，所述滑動驅動機構及焊接位移機構均與控制系統連接。本發明通過在逐層堆積的成型過程中加入同步退火處理，能夠有效消除在長時間的增材制造過程中零件各個部位由大溫度梯度而產生的易開裂問題。

技術領域

本發明涉及金屬粉末激光熔化成型技術領域，尤其涉及一種能夠有效防止構件開裂的激光3D打印成型設備。

背景技術

快速成形(Rapid Prototype,RP)技術是20世紀90年代迅速發展起來的一種先進制造技術，是服務于制造業新產品開發的一種關鍵技術。它對促進企業的產品創新、縮短新產品研發周期、提高產品競爭力等起著積極的推動作用。該技術自問世以來，逐漸在世界各國的制造業中得到了廣泛的應用，并由此催生出一個新興的技術領域-3D打印技術，作為一種新興的快速成形技術，主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，用于替代這些領域的一些傳統的精加工工藝。另外，3D打印技術也逐漸應用于醫學、生物工程、建筑、服裝等領域，為創新開拓了廣闊的空間。目前，3D打印成形方式主要包括熔融沉積成形(Fused Deposition Modeling，FDM)、選擇性激光燒結成形(Selective LaserSintering，SLS)、光固化成形(stereo lithography apparatus，SLA)、選擇性激光熔化成形(Selective Laser Melting,SLM)。

SLM是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經冷卻凝固而成形的一種技術。SLM工藝一般需要添加支撐結構，其主要作用體現在：1)承接下一層未成形粉末層，防止激光掃描到過厚的金屬粉末層，發生塌陷；2)由于成形過程中粉末受熱熔化冷卻后，內部存在收縮應力，導致零件發生翹曲等，支撐結構連接已成形部分與未成形部分，可有效抑制這種收縮，在一定范圍內使成形件保持應力平衡。

基于SLM技術的高功率激光束長期循環往復“逐點掃描熔化－逐線掃描搭接－逐層凝固堆積”的激光熔化成形制造過程中，主要工藝參數、外部環境、熔池熔體狀態的波動和變化、掃描填充軌跡的變換等不連續和不穩定，都可能在零件內部沉積層與沉積層之間、沉積道與沉積道之間、單一沉積層內部等局部區域產生各種特殊的內部冶金缺陷(如層間及道間局部未熔合、氣隙、卷入性和析出性氣孔、微細陶瓷加雜物、內部特殊裂紋等)并影響最終成形零件的內部質量、力學性能和構件的服役使用安全。因此，3D打印過程中的高升降溫速率所引起的熱應力和殘余應力會使所打印的金屬構件發生嚴重的變形、翹曲和開裂、堆積層的開裂和變形一直都是比較棘手的問題，這嚴重降低了金屬合金優異的力學性能，SLM技術雖然通過支撐結構保持一定程度的應力平衡，但并不足以完全改善變形、翹曲和開裂的問題。那么，如何在保證較高打印效率的基礎上抑制其裂紋和翹曲變形問題的產生，從而獲得大尺寸無裂紋的合金構件，是目前激光3D打印合金構件迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在保證較高打印效率的基礎上提出一種能夠抑制合金構件裂紋產生問題的激光3D打印成型設備，該設備通過在逐層堆積的成型過程中加入同步退火處理，能夠有效消除在長時間的增材制造過程中零件各個部位由大溫度梯度而產生的易開裂問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：