[發(fā)明專利]一種多孔微槽道結(jié)構(gòu)的激光增材制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711060934.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN107855522A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯林達(dá);金誠(chéng);姚斐;肖美立;別亞星;艾百運(yùn);張小龍;李中權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心31107
• 代理人: 張緒成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種不銹鋼/鈦合金零件的激光成形，尤其涉及一種復(fù)雜多孔微槽道零件的激光增材制造方法。

背景技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)多孔微槽道不銹鋼/鈦合金結(jié)構(gòu)的一般方法是采用機(jī)加工與焊接結(jié)合的工藝，即：內(nèi)部微槽道以及多孔結(jié)構(gòu)采用機(jī)加工進(jìn)行，然后采用焊接完成組合，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多孔微槽道結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造。

但是，采用這種方法制造存在一些局限性：

（1）微槽道采用機(jī)加工，加工的截面尺寸有限，主要以矩形、V形和圓形為主，對(duì)于其他復(fù)雜截面的微槽道較難實(shí)現(xiàn)；

（2）內(nèi)部的微槽道采用多個(gè)平板結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接而成，難以實(shí)現(xiàn)空間三維復(fù)雜微槽道的分布，對(duì)于產(chǎn)品的性能指標(biāo)提升具有較大的局限性；

（3）多孔結(jié)構(gòu)的制造，尤其是密布微細(xì)多孔機(jī)加工的工序復(fù)雜，加工比較困難；

（4）此外，由于采用焊接方式組合制造，焊接熱影響區(qū)內(nèi)組織粗大，焊接應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋、堵塞等缺陷。

由于上述原因造成傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品合格率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，制造成本高等問(wèn)題。并且受傳統(tǒng)制造工藝的限制，空間三維內(nèi)部復(fù)雜的微槽道以及孔結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重制約了該類產(chǎn)品的性能指標(biāo)提升和功能的拓展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)雜多孔微槽道零件的激光增材制造方法，解決了現(xiàn)有多孔微槽道不銹鋼/鈦合金零件制造方法存在產(chǎn)品制造周期長(zhǎng)，合格率低、三維空間復(fù)雜多孔微槽道結(jié)構(gòu)難以制造的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種復(fù)雜多孔微槽道零件的激光增材制造方法，可用于不銹鋼、鈦合金零件的激光增材制造，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)成形零件建立零件三維模型，并用切分軟件對(duì)零件三維模型進(jìn)行分層切片離散處理，獲得各層激光的掃描路徑；

步驟2：將基材固定在激光成形設(shè)備的成型缸工作臺(tái)上，將不銹鋼或鈦合金粉末放入粉末缸中；

步驟3：在成形室中充入氬氣，啟動(dòng)鋪粉裝置，在基材上鋪設(shè)一層不銹鋼或鈦合金粉末；

步驟4：開啟激光增材制造設(shè)備，激光束根據(jù)當(dāng)前層激光掃描路徑對(duì)與鋪置的粉末進(jìn)行選擇性掃描，加工出當(dāng)前層，并對(duì)當(dāng)前層外輪廓進(jìn)行重復(fù)掃描；

步驟5：成形缸下降一個(gè)層厚的距離，鋪粉裝置在已加工好的當(dāng)前層上鋪設(shè)一層粉末；

步驟6：重復(fù)步驟4~5，直至整個(gè)零件加工完畢；

步驟7：打開成形室，去除粉末，取出經(jīng)步驟6加工完畢的零件，對(duì)成形的零件進(jìn)行退火處理；

進(jìn)一步，不銹鋼粉末化成分符合GB 1220-1984 要求，鈦合金粉末化成分符合GB/T 3620.2要求，所述不銹鋼或鈦合金粉末粒度為15~53μm。

步驟3中，氬氣純度不低于99.99%。

優(yōu)選的，控制成形室內(nèi)氧氣濃度不高于100ppm。

步驟4中，激光增材制造設(shè)備的加工工藝參數(shù)為：激光功率：200~500W，激光光斑直徑：0.08~0.12mm，掃描速度：900~2000mm/s，單層層高：0.02~0.06mm。

優(yōu)選的，所述鋪粉裝置為刮板；激光器為光纖激光器。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）通過(guò)采用逐層堆積整體成形的方法，零件成形后無(wú)需焊接工序，提高了材料利用率，減少了工序，縮短了零件制造周期，且內(nèi)槽道截面形狀和分布局限減小，產(chǎn)品性能提高；

（2）激光增材成形，內(nèi)部組織致密、細(xì)小均勻，冶金質(zhì)量好，打壓過(guò)程中不會(huì)發(fā)生滲漏；

（3）成形過(guò)程中應(yīng)力集中小，通過(guò)采用特定工藝參數(shù)保證了零件成形后幾乎無(wú)變形現(xiàn)象發(fā)生，獲得的復(fù)雜內(nèi)槽道結(jié)構(gòu)尺寸精度高；

（4）通過(guò)使用特定組分含量的不銹鋼、鈦合金粉末，結(jié)合快速成形工藝和傳統(tǒng)熱處理工藝，獲得的零件同時(shí)具有高強(qiáng)度、高塑性，綜合力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種復(fù)雜多孔微槽道不銹鋼/鈦合金零件的激光增材制造方法，具體實(shí)施步驟如下：

步驟1：根據(jù)成形零件建立零件三維模型，并用切分軟件對(duì)零件三維模型進(jìn)行分層切片離散處理，獲得各層成形所需的激光掃描路徑；

步驟2：將基材固定在激光增材制造設(shè)備的成型缸工作臺(tái)上，將不銹鋼或鈦合金粉末放入粉末缸中，其中，不銹鋼粉末符合GB/T 1173-1995要求，鈦合金粉末化成分符合GB/T 3620.2要求，粉末粒度為15~53μm；