[發明專利]一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法及設備

在審

• 申請號: 201811469811.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109465447A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 沈理達;李宜澤;呂非;梁繪昕;謝德巧;田宗軍;趙劍峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法及設備，采用相互平行的第一至第三激光同時對加工平面進行加工，其中，第二激光在加工平面形成光斑的直徑小于第一激光、第三激光在加工平面上形成光斑的直徑；第一激光、第二激光、第三激光在加工平面形成的光斑沿加工方向依次排列、圓心在同一條直線上，且相鄰光斑的邊緣相切；第一激光、第三激光形成光斑的溫度小于粉末燒結熔化溫度，第二激光形成光斑的溫度大于粉末燒結熔化溫度；第一至第三激光形成的光斑分別用于預熱、燒結融化和緩冷。本發明能夠減小成型過程中溫度梯度，進而降低零件內部的應力，有助于提高零件的加工質量。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其涉及一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法及設備。

背景技術

增材制造技術是一種將材料依據所需加工產品的三維數字模型進行逐層制造的過程。其與傳統技術的主要區別在于，將零件的三維模型進行數字化處理，使之分解成以層為單位的若干厚度極小的薄片的堆疊狀態；之后再利用相關機構，將材料按照每層的形狀進行堆疊，最終得到目標零件。粉末作為增材制造技術的原材料之一，由于與目標零件性狀相同，所需后處理工藝少，得到了廣泛應用。使用粉末進行增材制造時，設備在加工平面均勻鋪設一層粉末，之后由激光器對粉末進行燒結，光斑作用在粉末上后會迅速使粉末融化，并與粉末下的零件結合在一起，激光光斑移開后，融化的粉末迅速冷卻成為零件的一部分。這樣的過程循環往復，最終得到需要的零件。

在之前的增材制造方法中，往往只使用一個激光源作為能量輸入裝置；制造過程中光斑直接作用在粉末上，由于粉末未經預熱，在光斑內和光斑外產生了極大的溫度梯度，使得通過增材制造方法成型的零件內部存在較大的殘余應力和孔隙等缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法及設備。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法，對需要進行打印的模型進行分層，由下至上對每一層均按照如下步驟進行打印：

步驟1），對加工平面進行鋪粉；

步驟2），采用相互平行的第一至第三激光同時對加工平面進行加工，其中，第二激光在加工平面形成光斑的直徑小于第一激光、第二激光在加工平面上形成光斑的直徑；第一激光、第二激光、第三激光在加工平面形成的光斑沿加工方向依次排列、圓心在同一條直線上，且相鄰光斑的邊緣相切；

所述第一激光、第三激光形成光斑的溫度小于粉末燒結熔化溫度，第二激光形成光斑的溫度大于粉末燒結熔化溫度；

所述第一激光形成的光斑用于對待成型的粉末進行預熱；

所述第二激光形成的光斑用于對預熱過后的粉末進行燒結融化；

所述第三激光形成的光斑用于對燒結融化后的粉末進行緩冷。

作為本發明一種三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法進一步的優化方案，所述第一激光在加工平面形成光斑的直徑為1000μm，所述第二激光在加工平面形成光斑的直徑為100um，所述第三激光在加工平面形成光斑的直徑為1200μm。

本發明還公開了一種基于該三激光輔助預熱緩冷的增材制造方法的增材制造設備，包含第一至第三激光產生模塊，所述第一至第三激光產生模塊分別用于產生第一至第三激光；

所述第一至第三激光產生模塊均包含激光器、擴束準直鏡、動態聚焦裝置和振鏡；激光器用于產生激光，激光依次經過擴束準直鏡、動態聚焦裝置、振鏡后在加工平面形成光斑。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：