[發明專利]一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法

在審

• 申請號: 201811520529.0
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109332699A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 鐘飛;曾志鵬;聶銘
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司;廣東電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法。本發明公開了一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法，包括以下步驟：步驟1、稱粉、篩粉并將銅合金粉末烘干；步驟2、進行三維CAD模型處理；步驟3、將烘干的所述銅合金粉末倒入粉缸，SLM成形機準備并對基板進行預處理，安裝基板和刮刀，預置鋪粉；步驟4、通過振鏡掃描系統控制激光頭動作，所述激光頭的功率為1800W，掃描速率為V＝300mm/s，掃描間距為0.08mm，鋪粉厚度d＝0.06mm，激光光斑直徑D＝100μm，所述黃銅粉末成分包括銅粉和鋅粉，所述鋅粉的質量分數為10％，所述黃銅粉末的粒徑范圍為7μm～86μm。本發明提供了提供一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法，實現了黃銅合金粉末3D打印。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法。

背景技術

SLM技術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、層層累積成形出三維實體的3D打印技術。為了完全熔化金屬粉末，要求激光能量密度超過10⁶W/cm²。目前用于SLM技術的激光器主要有Nd-YAG激光器、CO₂激光器、光纖(Fiber)激光器，這些激光器產生的激光波長分別為1064nm、10640nm、1090nm。金屬粉末對1064nm等較短波長激光的吸收率比較高，而對10640nm等較長波長激光的吸收率較低。因此在成形金屬零件過程中具有較短波長激光器的激光能量利用率高，如果采用較長波長的CO₂激光器，則激光能量利用率低。其次，球化、裂紋、變形、翹曲、脫層等的形成機理及其預防措施是國內外研究者需要攻克的關鍵技術瓶頸問題。

金屬3D打印應用于工業制造以來，原材料一直以鈦合金、鋁合金、不銹鋼、高溫合金等為主，銅由于高導熱高反光等特性，工藝技術壁壘始終難以突破，無法實現3D打印。銅具有極好的導熱性，導電性，在電力行業廣泛應用。然而，這種屬性卻為銅合金3D打印帶來挑戰，因為激光很難連續熔化銅合金粉末。

由于銅合金對激光的吸收能力較差，大部分光束被反射，反射的激光能量在與模型相鄰的區域形成了較高的溫度區，發生了燒結現象，惡化了模型的表面質量。采用相同激光參數對不銹鋼、工具鋼、鈦合金、銅合金等金屬粉末進行了加工，實驗結果顯示：銅合金粉末發生成球結晶現象，而其他金屬粉末則形成致密的冶金結合。出現球化結晶現象時無法實現下一層粉末的鋪粉過程，造成鋪粉過程困難甚至建模過程中斷。SLM過程中用于熔化銅合金粉末的激光能量不僅取決于激光器的輸出功率，同時也取決于材料對激光的吸收。銅合金對固體激光的吸收率遠遠小于鋼等材料對固體激光的吸收率，因而在SLM過程中實際用于熔化銅合金粉末的能量很少，大部分激光能量都被反射，從而造成了球化結晶現象。此外，即使激光焦點0.1mm能融化銅合金，融化后打印成型后從外觀看也沒問題，但是沒有形成冶金結合，性能很差，不能作為工業零件使用。

因此要消除球化現象以及有效地形成冶金結合,需達到足夠高的激光能量密度。而銅合金3D打印的難點主要有：1)銅合金激光反射率高，不易吸收；2)導熱率太高，能量被導走；3)可焊性差，易產生長裂紋；4)成型不穩定，表面凹凸不平，和表面張力有關；5)黃銅中的鋅汽化點低，易揮發，改變成份，污染光學元器件。

因此，提供一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法，實現黃銅合金粉末3D打印，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法，實現了黃銅合金粉末3D打印。

本發明提供了一種黃銅合金粉末大功率激光3D打印方法，包括以下步驟：

步驟1、稱粉、篩粉并將銅合金粉末烘干；

步驟2、進行三維CAD模型處理；

步驟3、將烘干的所述銅合金粉末倒入粉缸，SLM成形機準備并對基板進行預處理，安裝基板和刮刀，預置鋪粉；