[發(fā)明專利]一種加強(qiáng)型金屬激光3D打印復(fù)合刮粉刀

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010314573.7
• 申請(qǐng)日: 2020-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN111390171A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張仁奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y30/00
• 代理公司: 貴陽(yáng)中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 胡緒東

本發(fā)明公開了一種加強(qiáng)型金屬激光3D打印復(fù)合刮粉刀，包括兩個(gè)膠條刮刀和合金刨刀，合金刨刀固定連接在兩個(gè)膠條刮刀中間。本發(fā)明的復(fù)合刮刀，采用兩膠條刮刀夾緊合金刨刀，使金屬粉末受多次次刮抹，工件打印表面粉末更均勻，打印質(zhì)量更好，膠條刮刀為刮粉主刀，同時(shí)對(duì)微小隆起，合金刨刀為輔刀，對(duì)每層打印局部超高隆起進(jìn)行刨削，避免隆起繼續(xù)惡化，膠條刮刀可單獨(dú)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬激光3D打印刮粉刀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬激光3D打印軟硬復(fù)合刮粉刀。

背景技術(shù)

金屬激光3D打印是粉末床熔融。使用激光，逐點(diǎn)將粉末顆粒熔融在一起，逐層加工至物件完成，粉末床熔融系統(tǒng)有熱源和粉末分布控制機(jī)制。

在金屬激光3D打印過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)大量設(shè)備操作者試圖避免的問(wèn)題，包括孔隙、殘余應(yīng)力、翹曲、裂紋、局部隆起等。

（一）金屬激光3D打印常見缺陷

1.孔隙

零件激光3D打印過(guò)程中，內(nèi)部非常小的孔穴會(huì)形成孔隙，這可由金屬激光3D打印工藝本身或者粉末引起。這些微孔會(huì)降低零件的整體密度，導(dǎo)致裂紋和疲勞問(wèn)題的出現(xiàn)。

在霧化制粉過(guò)程中，氣泡可能在粉末的內(nèi)部形成，它將轉(zhuǎn)移到最終的零件中。更常見的是，金屬激光3D打印過(guò)程本身會(huì)產(chǎn)生小孔。比如當(dāng)激光功率過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致金屬粉末沒有充分熔融。當(dāng)功率過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)金屬飛濺的現(xiàn)象，融化的金屬飛出熔池進(jìn)入到周圍區(qū)域。

當(dāng)粉末的尺寸大于層厚，或者激光搭接過(guò)于稀疏，將會(huì)出現(xiàn)小孔。熔化的金屬?zèng)]有完全流到相應(yīng)的區(qū)域也會(huì)造成小孔出現(xiàn)。

為了解決這些問(wèn)題，在金屬激光3D打印工藝中，可以通過(guò)調(diào)整光斑形狀來(lái)減少粉末飛濺，例如“脈沖整形”可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域逐漸融化。

2.殘余應(yīng)力

在金屬激光3D打印中，殘余應(yīng)力由冷熱變化、膨脹收縮過(guò)程引起。當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)材料或者基板的拉伸強(qiáng)度，將有缺陷產(chǎn)生，如零件有裂紋或者基板翹曲。

殘余應(yīng)力在零件和基板的連接處最為集中，零件中心位置有較大壓應(yīng)力，邊緣處有較大拉應(yīng)力。

可以通過(guò)添加支撐結(jié)構(gòu)來(lái)降低殘余應(yīng)力，因?yàn)樗鼈儽葐为?dú)的基板溫度更高。一旦零件從基板上取下來(lái)，殘余應(yīng)力會(huì)被釋放，但這個(gè)過(guò)程中零件可能會(huì)變形。

為了降低殘余應(yīng)力，必須控制溫度起伏，可采取減小掃描矢量長(zhǎng)度的方式代替連續(xù)激光掃描。選用支撐把零件牢固連接在平臺(tái)上，并使用體支撐來(lái)快速導(dǎo)熱。

3.裂紋

除了零件內(nèi)部孔隙會(huì)產(chǎn)生裂紋外，熔融金屬凝固或某片區(qū)域進(jìn)一步加熱也會(huì)出現(xiàn)裂紋。如果熱源功率太大，冷卻過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。

分層現(xiàn)象有可能會(huì)出現(xiàn)，導(dǎo)致層間發(fā)生斷裂。這可能是粉末熔化不充分或熔池下面若干層重熔引起的。

4.翹曲

為了確保打印任務(wù)能順利開始，打印的第一層熔融在基板上。當(dāng)打印完成后，通過(guò)線切割加工使零件從基板上分離。然而，如果基板熱應(yīng)力超過(guò)了其強(qiáng)度，基板會(huì)發(fā)生翹曲，最終會(huì)導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲，會(huì)有致使刮刀撞到零件的風(fēng)險(xiǎn)。

為了防止翹曲，需要在合適位置添加適量的支撐。

5.局部隆起

其他變形，比如彈粉、膨脹或者球化，使金屬激光3D打印過(guò)程中，熔化的金屬局部隆起超出了粉末的高度。

（二）金屬激光3D打印產(chǎn)生缺陷的原因

1.粉末質(zhì)量問(wèn)題

粉末有雜質(zhì)粉，末流動(dòng)性不好，粉末顆粒太大。

2.激光參數(shù)不合理