[發明專利]一種基于激光熔覆和激光沖擊的3D打印方法

在審

• 申請號: 202010020707.4
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111088488A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 李康妹;何幸哲;虞宙;蔡宇;胡俊
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種基于激光熔覆和激光沖擊的3D打印方法，步驟包括：1)利用計算機輔助技術(CAD)設計出需要打印產品的三維數字化模型，將模型導入到加工系統中；2)將基板安裝在加工平臺上，金屬粉末通過噴頭噴射至基板上，在激光作用下熔化，然后凝固，打印數層后，取下備用；3)將試件安裝在激光沖擊裝置的加工平臺上，依次鋪設吸收層、約束層，進行沖擊強化；4)取下工件，復位到激光熔覆加工平臺上，重復以上操作，直至打印完成。本發明提供了一種制備大型、質量優良工件的3D打印新方法。

技術領域

本發明涉及一種基于激光熔覆和激光沖擊的3D打印方法，屬于增材制造技術領域。

背景技術

3D打印技術又稱為增材制造技術，是指一種具備將數字模型快速轉換為物理模型的成型技術，是一種新型的加工工藝。3D打印被廣泛運用于金屬、樹脂、碳纖維等材料的加工。目前，3D打印技術主要分為粉末床熔合技術(Powder bed fusion，PBF)和定向能量沉積技術(Directed energy deposition，DED)兩類。選擇性激光燒結(Selective lasersintering，SLS)、選擇性激光熔化(Selective laser melting，SLM)、激光熔覆(Lasercladding，LC)等屬于粉末床熔合技術，熔融沉積成型(Fused deposition modeling,FDM)屬于定向能量沉積技術。其中，主要用于打印金屬材料是選擇性激光燒結技術、選擇性激光熔化技術和激光熔覆技術。

激光技術在金屬3D打印中起著重要作用。激光熔覆技術是一種利用高能激光束照射，使絲或者粉末全熔并伴隨基體微熔后快速凝固，形成冶金結合的熔覆層的技術。激光熔覆技術具有熱影響區域小，熔覆后熱變形小；熔覆層結晶均勻致密，具有較高結合強度和耐磨耐腐蝕性能；便于自動化控制等優點。激光沖擊強化技術(Laser shocking peening，LSP)是利用強激光束產生的沖擊波來強化金屬材料，是一種提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的技術。激光沖擊強化技術運用了激光的力效應，可以有效避免熱影響造成的缺陷。該技術具有一個顯著的優點：在瞬時巨大的激光沖擊壓力作用下，材料表面以及亞表面將產生晶粒細化效應，并且將形成較深的殘余壓應力層，從而增強材料的機械與物理性能。

目前，3D打印技術在制造業領域中起著重要作用，但依然存在不足。就金屬3D打印而言，其制造的零件最大的缺點是強度不足，難以直接用于對材料性能要求高的場合，不能代替傳統工藝制造的零件。因此，提高金屬3D打印零件的機械性能十分重要。激光沖擊能有效強化金屬表面，將激光沖擊強化技術和3D打印技術相結合是一種全新的3D打印方法。

目前，可以檢索到相關的3D打印方法，如名稱為“一種激光熱力逐層交互增材制造的組合裝置”(專利號：ZL201710273048.3)的發明，增材制造過程如下：在基體上鋪設一層金屬粉末，采用選擇性激光熔化技術將粉末熔化、凝固；打印數層后采用激光沖擊強化技術對金屬表面進行沖擊強化；依次循環這兩個步驟，直至工件制造完成。該發明將選擇性激光熔化技術和激光沖擊強化技術結合起來，提高了工件的質量，但該方法受到選擇性激光熔化技術的限制，難以制造大體積的工件。再如名稱為“一種激光輔助激光熔覆的增材制造方法”(專利號： ZL201811001406.6)，增材制造過程如下：使用連續激光束對基板表面加熱至再結晶溫度，立即使用激光熔覆裝置對同一位置進行激光熔覆，完成第一層熔覆；在熔覆層上先使用連續激光加熱，再使用激光熔覆裝置進行熔覆，完成第二層熔覆；如此往復，完成金屬工件的增材制造。該發明采用連續激光對材料表面進行改性，可以代替傳統熱處理，改善激光熔覆技術所制造工件的質量，但該方法采用連續激光束，仍會產生熱影響區，會對工件的性能產生影響。因此，需要發明一種可以打印大型工件，且工件結構性能良好的增材制造新工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于激光熔覆和激光沖擊的3D打印方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于激光熔覆和激光沖擊的3D打印方法，其特征在于，包括以下步驟：