[發明專利]一種功能梯度材料的定向能量沉積成型方法

在審

• 申請號: 202210585194.0
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114939671A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 李先帥;尹遜巖;邵偉;侯帥
• 申請（專利權）人: 山東雷石智能制造股份有限公司
• 主分類號: B22F10/25
• 分類號: B22F10/25;B22F10/34;B22F10/366;B22F10/32;B33Y10/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 張志欣

本發明提供了一種功能梯度材料的定向能量沉積成型方法，包含以下工藝步驟：(1)將制備功能梯度材料所需的所有種類金屬粉末，分別進行篩分、烘烤，加入相應的送粉器中備用，測試每種粉末的單位時間出粉重量；(2)建立待加工零件的三維模型，導入設計軟件；(3)調整光斑大小、工作高度、粉氣、流量大小；(4)加載加工程序文件，送粉器、激光器、運動單元依次啟動，直至完成功能梯度材料的打印成型；(5)將沉積所得零件進行后續的熱處理及機加工處理，直至滿足最終的使用要求。實現了不同結構的金屬功能梯度材料的直接送粉式打印成型，各組分的精準梯度分布，所得功能梯度材料內部組織致密，無氣孔、裂紋等缺陷。

技術領域

本發明涉及金屬3D打印及功能梯度材料制備技術領域，尤其是一種功能梯度材料的定向能量沉積成型方法。

背景技術

功能梯度材料是兩種或多種材料復合且成分和結構呈連續梯度變化的一種新型復合材料，是應現代航天航空工業等高技術領域的需要，為滿足在極限環境下能反復地正常工作而發展起來的一種新型功能材料。它的設計要求功能、性能隨機件內部位置的變化而變化，通過優化構件的整體性能而得以滿足。

定向能量沉積技術是一種先進的增材制造技術，他利用高能激光束在金屬表面形成熔池并高速移動，同時將粉末或金屬絲材送至熔池區域并將其熔化從而能夠實現各種復雜形狀零部件的直接打印成型。相比于其他功能梯度材料制備方法如粉末冶金成型、氣相沉積、噴涂、電鍍等工藝，定向能量沉積技術成型效率高，節省材料，并可實現不同尺寸要求、成分與性能精準可控的加工要求，在功能梯度材料制備領域有著廣闊的應用場景。

現有的功能梯度材料的定向能量沉積方法形成的功能梯度材料加工效率不高，內部組織有缺陷等。

發明內容

本發明提供了一種功能梯度材料的定向能量沉積成型方法，用于解決現有集中功能梯度材料的定向能量沉積方法形成的功能梯度材料加工效率不高，內部組織有缺陷等問題。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：一種功能梯度材料的定向能量沉積成型方法，包含以下工藝步驟：

(1)將制備功能梯度材料所需的所有種類金屬粉末，分別進行篩分、烘烤，加入相應的送粉器中備用，測試每種粉末的單位時間出粉重量；

(2)建立待加工零件的三維模型，導入設計軟件，選擇加工擺放方式后，進行結構的優化，添加支撐，之后按照設定層厚進行切片得到逐層的平面結構，規劃掃描路徑并添加工藝參數后得到加工程序文件；

(3)選擇合適材質及尺寸型號的基板固定在設備工作臺上，調整光斑大小及合適的工作高度,調整送粉氣合適的流量大小；

(4)加載加工程序文件，校對坐標無誤后運行程序，此時，送粉器、激光器、運動單元依次啟動，直至完成功能梯度材料的打印成型，加工結束后，將基板從設備上取下，空氣中冷卻或保溫砂中緩慢冷卻；

(5)將沉積所得零件進行后續的熱處理及機加工處理，直至滿足最終的使用要求。

進一步地，所述步驟(1)中金屬粉末合金元素包括Fe、Ni、Cr、Al、Ti、Si、B、C、Co。

進一步地，所述步驟(1)中金屬粉末球形度在90％以上，目數在80目～600目，霍爾流速在12～20(sec/50g)。

進一步地，所述步驟(1)中合金粉末的烘烤溫度為80～120℃，保溫時間不低于60min。

進一步地，所述步驟(1)中送粉測試使用氬氣或氮氣將粉末最終從送粉頭持續穩定的送出，氣流量為4-10L/min。

進一步地，所述步驟(2)切片時每層厚度0.3-0.6mm。

進一步地，所述步驟(2)掃描路徑為長直線或輪廓偏置或螺旋線，具體根據實際工件進行選擇。