[發(fā)明專利]基于激光選區(qū)熔化的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)成型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711116151.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107790719B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒善方;劉睿誠(chéng);吳利蘋;張志霄;姚圳珠;蔣安琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都優(yōu)材科技有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F3/11;B33Y10/00
• 代理公司: 成都希盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 濮云杉;武森濤

本發(fā)明涉及基于激光選區(qū)熔化的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)成型方法，三維設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設(shè)置和選區(qū)燒結(jié)，其中：A.設(shè)計(jì)精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)的三維模型；B.添加支撐結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行分層處理；C.激光掃描的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置光斑補(bǔ)償；D.成型設(shè)備中設(shè)置柔性鋪粉裝置，鋪粉裝置將金屬粉末平鋪到成型基板上后，光纖激光器發(fā)射激光將金屬粉末熔化，形成多孔結(jié)構(gòu)的單層截面；E.成型基板下降一層，重復(fù)步驟D～E，使金屬粉末逐層熔化堆積，直到獲得成型的多孔結(jié)構(gòu)零件。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)的多孔結(jié)構(gòu)，不會(huì)破壞多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)微部分，多孔結(jié)構(gòu)的表面光滑，能夠有效應(yīng)用于骨科植入中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于激光選區(qū)熔化的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)成型方法。

背景技術(shù)

多孔結(jié)構(gòu)的生物零件常被用于骨科植入領(lǐng)域，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)加工很難實(shí)現(xiàn)。骨科植入常用的金屬包括有鈦合金和鈷鉻合金，這兩種合金的可加工性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫、氧、氮、碳等雜質(zhì)，造成抗磨性差，而且生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

3D激光打印的粉末床激光熔化工藝是將金屬粉末平鋪在成型基板上，用激光熔化粉末，再層層堆積，最終成型，其工藝通常包括對(duì)生物零件的三維設(shè)計(jì)、對(duì)三維設(shè)計(jì)后的三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、激光選區(qū)燒結(jié)的參數(shù)設(shè)置、選區(qū)燒結(jié)等步驟。該工藝突破了傳統(tǒng)加工在設(shè)計(jì)端和加工端的限制，可成型金屬多孔結(jié)構(gòu)。但是，現(xiàn)有的粉末床激光熔化工藝也存在一些技術(shù)問(wèn)題，例如在精細(xì)的多孔零件的激光打印中，由于鋪粉裝置采用的是硬質(zhì)刮刀，因此零件的微細(xì)結(jié)構(gòu)容易被刮刀刮壞，多孔零件的薄壁或孔的支撐桿，特別是各孔的邊緣部分，在成型時(shí)容易粘結(jié)粉末，造成表面粗糙，支撐桿等結(jié)構(gòu)在成型時(shí)精度不夠等，從而造成最終加零件的精度較低，需要后期的進(jìn)一步打磨修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于激光選區(qū)熔化的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)成型方法，在進(jìn)行激光選區(qū)融化金屬的鋪粉時(shí)采用不會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生損傷的鋪粉裝置，可成型出高精密、高性能的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)的生物零件。

本發(fā)明的基于激光選區(qū)熔化的金屬精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)成型方法，包括有三維設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)設(shè)置和選區(qū)燒結(jié)，其中：

A.通過(guò)三維設(shè)計(jì)形成精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)的三維模型；

B.在數(shù)據(jù)處理軟件中對(duì)所述的三維模型添加支撐結(jié)構(gòu)，并對(duì)三維模型進(jìn)行分層處理；

C.在工藝控制軟件中對(duì)分層處理后的三維模型進(jìn)行激光掃描的參數(shù)設(shè)置，并對(duì)全局的光斑補(bǔ)償進(jìn)行設(shè)置，建立工作文件，導(dǎo)入成型設(shè)備中；

D.成型設(shè)備中設(shè)置柔性的鋪粉裝置，將金屬粉末置入成型設(shè)備的粉末倉(cāng)中，所述的鋪粉裝置將金屬粉末從粉末倉(cāng)平鋪到成型基板上后，光纖激光器發(fā)射激光將成型基板上的金屬粉末熔化，形成多孔結(jié)構(gòu)的單層截面；

E.完成一層單層截面后，成型基板下降一層，再次將金屬粉末從粉末倉(cāng)平鋪到成型基板上后，光纖激光器發(fā)射激光將成型基板上的金屬粉末熔化，再形成一層多孔結(jié)構(gòu)的單層截面；判斷零件的多孔結(jié)構(gòu)是否已成型，若已成型，則結(jié)束成型操作，取出多孔結(jié)構(gòu)成型件；否則將成型基板下降一層，根據(jù)步驟C建立的工作文件，重復(fù)步驟D～E，使金屬粉末逐層熔化堆積，直到獲得成型的多孔結(jié)構(gòu)零件。

優(yōu)選的，所述的支撐結(jié)構(gòu)為樹(shù)形支撐結(jié)構(gòu)，其中樹(shù)干的底部位于成型基板上。

進(jìn)一步的，步驟D中，在光纖激光器發(fā)射激光前，通過(guò)向成型設(shè)備的成型室和過(guò)濾倉(cāng)中充入惰性氣體，控制成型室的氧濃度為0.01％～0.09％。

進(jìn)一步的，步驟C中將光斑補(bǔ)償?shù)膮?shù)設(shè)置為－0.10～－0.13mm。

進(jìn)一步的，在步驟C中將三維模型的大小縮放至理論尺寸的75％～80％。