[發明專利]一種超快-連續激光異步拋光送粉增材制造金屬表面工藝

在審

• 申請號: 202011430777.3
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112548343A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 沈洪;廖聰豪;姚振強
• 申請（專利權）人: 上海智能制造功能平臺有限公司
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

本發明提供一種超快?連續激光異步拋光送粉增材制造金屬表面工藝，包括：利用超快激光對送粉增材制造金屬材料表面進行激光微銑削，去除送粉增材制造金屬材料表面宏觀凸起的沉積層，得到具有平坦的加工表面的樣件；將樣件放入隔氧容器中并通入保護氣體，利用連續激光對樣件的加工表面進行激光拋光，使加工表面材料升溫并達到熔融狀態，液態材料的表面張力形成材料微流動，去除激光微銑削加工留下的微觀形貌，經冷卻凝固形成光滑表面，實現送粉增材制造金屬材料表面從大波紋度至亞微米級別的表面拋光。本發明為非接觸式拋光，不會在材料表面產生機械應力，避免引入相關加工缺陷；相比于傳統拋光工藝，可實現自動化加工，且加工效率高、環境污染小。

技術領域

本發明涉及送粉式增材制造金屬材料表面激光拋光加工領域，具體地，涉及一種超快-連續激光異步拋光送粉增材制造金屬表面工藝。

背景技術

Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金有著強度高、密度小、耐腐蝕性強、耐熱性好生物相容性好等優點，被廣泛用于航空航天、醫藥醫學、海洋船舶等領域，尤其適用于人體組織以及發動機風扇、葉片、飛機結構件等關鍵零部件，但其屬于較難加工的金屬材料之一，傳統的機械加工難以滿足TC4鈦合金零件日益發展的精密化以及復雜化，但增材制造技術應用于TC4鈦合金零件的制造，可以有效解決其難加工的劣勢。

增材制造成型的金屬零件表面存在波紋度或是表面較為粗糙，因此需要經過表面拋光方可應用于實際，盡管對于零件的表面拋光現有較多加工方式可供選擇，但大多存在較多劣勢、加工效率低并且較難以完成復雜表面的拋光。激光拋光作為隨著激光加工技術發展而衍生出的一種新型表面加工處理方式，可大大提高零件的拋光效率并且適用于各類復雜表面的加工，因此激光拋光可更好的勝任增材制造TC4鈦合金零件的表面拋光。當前最為典型的兩種激光增材制造工藝分別為基于鋪粉的選區激光熔化技術以及基于送粉的激光熔覆沉積技術。基于鋪粉的選區激光熔化技術成型的金屬零件表面粗糙度較大但不存在表面波紋度，可通過激光拋光直接對其表面進行加工，相比于鋪粉式增材制造，基于送粉的激光熔覆沉積技術成型的金屬零件受限于其表面的波紋度以及激光光斑的微尺度，無法直接通過激光拋光改善其表面質量。

目前對于送粉式增材制造金屬零件的表面激光拋光研究較為稀少，大多加工表面均不涉及表面波紋度。例如，申請號為201410315813.X的中國專利，公開了增材制造金屬件表面多重激光拋光及強化方法；以及申請號為201710244392.X的中國專利，公開了一種針對金屬表面的單步脈沖激光拋光方法，由于激光拋光過程中光斑處熔池尺寸遠小于形成波紋度的宏觀凸起，因此上述專利采用單步的激光拋光無法通過液態材料流動的方式較好地去除材料表面的波紋度，上述專利的激光拋光的對象均不涉及表面波紋度，基本等同于僅僅降低平面的表面的粗糙度，難以較好地提高送粉式增材制造金屬零件的表面質量。另外，申請號為201811546932.0的中國專利，雖同為復合異步激光拋光加工工藝，但其主要針對陶瓷材料，而陶瓷材料表面不涉及表面波紋度，且該專利僅僅將陶瓷材料表面粗糙度從Ra1.8μm左右降低至Ra 0.6μm左右。粗糙度屬于微觀幾何形狀誤差，波紋度屬于微觀和宏觀之間的幾何誤差，由于激光拋光過程中光斑處熔池尺寸遠小于形成波紋度的宏觀凸起，因此單步的激光拋光無法通過液態材料流動的方式較好地去除材料表面的波紋度，難以較好地提高送粉式增材制造金屬零件的表面質量。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種超快-連續激光異步拋光送粉增材制造金屬表面工藝。

本發明提供一種超快-連續激光異步拋光送粉增材制造金屬表面工藝，包括：

利用超快激光對送粉增材制造金屬材料表面進行激光微銑削，去除送粉增材制造金屬材料表面宏觀凸起的沉積層，得到具有平坦的加工表面的樣件；

將所述樣件放入隔氧容器中并通入保護氣體，利用連續激光對所述樣件的加工表面進行激光拋光，使加工表面材料升溫并達到熔融狀態，通過液態材料的表面張力形成材料微流動，從而去除激光微銑削加工留下的微觀形貌，之后經冷卻凝固形成光滑表面，實現送粉增材制造金屬材料表面從大波紋度至亞微米級別的表面拋光。