[發明專利]提升送粉式激光增材制造效率的工藝

在審

• 申請號: 201910710090.6
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110523978A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 李午紅;唱麗麗;張國瑜;魏崢;王傳強
• 申請（專利權）人: 南京中科煜宸激光技術有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 32362 南京德銘知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 婁嘉寧<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供一種提升送粉式激光增材制造效率的工藝，在增材制造過程中，采用擺動光斑進行激光送粉再制造，并且擺動激光送粉再制造過程中，激光光源按照不同的擺動模式在再制造熔池內按照一定的頻率周期性的擺動。通過在擺動熔覆過程中，粉末擺動光斑可以通過設置擺幅、頻率來控制熔覆層的寬度和成形質量，熔覆層寬度較普通的圓形光斑獲得的寬度要高出1?2倍，形成的熔覆層截面也不再是月牙形，而是粉末熔覆分布均勻的近似矩形形貌，這樣的形貌可以大大降低搭接率，降低對母材的熱輸入，同時提升了制造效率。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體而言涉及一種提升粉末激光增材制造效率的工藝。

背景技術

增材制造是融合了計算機輔助設計、材料加工與成形技術，以數字化模型文件為基礎，通過軟件與數控系統將特制材料逐層堆積固化，制造出實體產品的一項高端技術，具有省料，節能及環保特點。與傳統的“減材”制造加工模式不同，大大節約了原材料的使用，降低了對自然資源和環境的壓力，同時突破了傳統加工方式的約束，使無法實現的復雜結構制造變為可能，不僅簡化了產品設計，還提高了零部件的集成度，大力縮短了產品的開發周期。尤其是在航空航天領域，為實現零件的高性能，需要大量使用鈦合金和鎳基合金，而這些材料的加工存在較多困難，傳統的鍛造工藝會切削產生大量難以再利用的廢屑，造成不容小覷的原材料浪費。如F22戰機的鈦合金框重量為144kg，但其原始鍛件質量高達到2980kg，材料利用率僅為4.8％。采用增材制造技術，可以節約2/3以上的昂貴材料。目前這項技術已經在航空航天、醫療器械以及創意行業等領域實現了小規模應用，正在向其他行業伸延。

目前最常用的送粉式激光增材制造采用的光斑多以圓形為主，矩形和線性光斑一般用于激光淬火較多。使用圓形光斑實施增材制造時往往需要較大的搭接率，降低了效率的同時，還會在多層多道的增材制造中形成多次重熔，結果造成組織的一致性較差，從而影響整體的力學性能。因此，探索激光送粉式增材制造新方法，提升制造效率，優化力學性能是十分有必要的。

發明內容

本發明目的在于針對現有送粉式激光增材制造存在的問題，提出一種提升送粉式激光增材制造效率的工藝，克服現激光增材制造效率較低，搭接率偏高的不足。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種提升送粉式激光增材制造效率的工藝，在增材制造過程中，采用擺動光斑進行激光送粉再制造，并且擺動激光送粉再制造過程中，激光光源按照不同的擺動模式在再制造熔池內按照一定的頻率周期性的擺動。

進一步地，所采用擺動光斑進行激光送粉再制造應用于同軸送粉或者旁軸送粉工藝。

進一步地，所述擺動光斑的擺動路徑采用環形，即靜止時為環形，運動中呈螺旋形分布。

進一步地，所述擺動光斑的擺動路徑采用無窮形，即靜止時呈無窮符號∞，運動時呈雙螺旋形分布。

進一步地，還包括：

通過設置擺幅來控制涂層寬度。

進一步地，還包括：

通過設置頻率來控制熔池中的攪拌力。

進一步地，還包括：

通過變換熔覆加工頭的準直和聚焦配置，實現不同的最大擺幅尺寸.

進一步地，在擺動熔覆過程中，通過光斑的連續擺動對熔池形成攪拌，促使熔池中氣孔的逸出，并將熔池中金屬溶液均勻分布在整個擺動范圍內，形成矩形形貌或者近似矩形形貌的熔覆層。

如此，本發明所采用的激光光斑不是傳統的單一尺寸的幾何形，而是可以按照不同的擺動路徑、不同的擺幅在熔池內周期性地擺動，從而獲得不同熔寬的低氣孔率熔覆層。