[發(fā)明專利]一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110258989.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113042749B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉婷婷;張玲;廖文和;韋輝亮;曹洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F10/28
• 分類號(hào): B22F10/28;B22F10/85;B22F10/364;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y40/20
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王楠

本發(fā)明提出一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法，首先通過(guò)外置采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光粉末床熔融成形缺陷與沉積層表面的距離h；然后對(duì)缺陷所在位置進(jìn)行判定，當(dāng)hN個(gè)沉積層厚度時(shí)，立即進(jìn)行激光重熔；當(dāng)h≤N個(gè)沉積層厚度時(shí)，進(jìn)行鋪粉、激光粉末床熔融成形，如此往復(fù)，直至累積打印高度H達(dá)到指定高度后，對(duì)沉積層表面進(jìn)行激光重熔。與現(xiàn)有成形技術(shù)相比，本發(fā)明不僅可以降低成形件表面粗糙度，而且能實(shí)現(xiàn)孔隙缺陷的及時(shí)消除，相較于逐層重熔，連續(xù)沉積多層后再進(jìn)行激光重熔的成形方式，大大提高了成形效率，同時(shí)為缺陷在線反饋調(diào)節(jié)贏得了更加充裕的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法。

背景技術(shù)：

增材制造是一種先進(jìn)的快速成形技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，以逐層沉積的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的近凈成形。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)有效提高了成形效率和材料利用率，有望實(shí)現(xiàn)自由制造。激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)是一種典型的金屬3D打印技術(shù)，采用高能激光束直接熔化金屬粉末，成形件具有優(yōu)異的力學(xué)性能和尺寸精度。然而，激光粉末床熔融成形過(guò)程極其復(fù)雜且條件極端，容易形成飛濺、孔隙、裂紋等制造缺陷，嚴(yán)重影響了零件的機(jī)械性能。尋找有效的缺陷抑制方法是當(dāng)前研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

研究表明，激光粉末床熔融成形質(zhì)量嚴(yán)重依賴于成形工藝。優(yōu)化成形工藝可以有效減少缺陷的生成，但LPBF成形工藝種類繁雜，對(duì)成形質(zhì)量的影響程度各不相同，成形缺陷難以避免。目前，主要通過(guò)后處理對(duì)成形缺陷進(jìn)行改善。然而，在某些特殊情況下，后處理不僅不能完全消除成形缺陷，還增加了額外的成形時(shí)間和成本。對(duì)成形缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)消除更有利于提高成形質(zhì)量以及成形效率，基于此，本發(fā)明提出一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法，實(shí)現(xiàn)激光粉末床熔融內(nèi)部缺陷的實(shí)時(shí)消除。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種激光粉末床熔融近表層成形缺陷實(shí)時(shí)消除方法，包括以下步驟：

S1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光粉末床熔融成形缺陷與沉積層表面的距離h；

S2、根據(jù)成形缺陷與沉積層表面的距離h，對(duì)缺陷所在位置進(jìn)行判定，具體的，

當(dāng)hN個(gè)沉積層厚度時(shí)，立即進(jìn)行激光重熔；對(duì)重熔后的沉積層缺陷消除情況進(jìn)行判定，如果缺陷消除符合要求，進(jìn)行鋪粉、激光粉末床熔融成形；反之，優(yōu)化重熔工藝再次進(jìn)行激光重熔，直至缺陷消除滿足要求為止；

當(dāng)h≤N個(gè)沉積層厚度時(shí)，進(jìn)行激光重熔；或者進(jìn)行鋪粉、激光粉末床熔融成形，直至hN個(gè)沉積層厚度，再進(jìn)行激光重熔；

激光重熔所形成熔池的深度不小于N+1個(gè)沉積層的累積厚度；

S3、重復(fù)S1和S2，直至累積打印高度H到達(dá)指定高度后，停止激光粉末床熔融成形；

S4、基于沉積層表面進(jìn)行激光重熔。

進(jìn)一步的，單個(gè)粉末沉積層厚度為30μm，激光重熔所形成熔池的深度為100μm；沉積層數(shù)N取值為2，即當(dāng)h60μm時(shí)，立即進(jìn)行激光重熔，當(dāng)h≤60μm時(shí)，進(jìn)行鋪粉、激光粉末床熔融成形。

進(jìn)一步的，S1中，通過(guò)外置采集系統(tǒng)對(duì)激光粉末床熔融成形缺陷與沉積層表面的距離h進(jìn)行監(jiān)測(cè)，外置采集系統(tǒng)與激光器同步運(yùn)行。

進(jìn)一步的，S1中，選用氣霧化制備的Ti-6.5Al-3.5Mo-l.5Zr-0.3Si(TC11)鈦合金粉末為成形材料；粉末粒徑范圍為15～53μm。

進(jìn)一步的，S1中，激光粉末床熔融成形的工藝參數(shù)包括：激光功率范圍為150～200W，掃描速度為1.25～1.45m/s，掃描間距為80～90μm。