CN115213426A - 激光熔化成型方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，本发明公开了一种激光熔化成型方法及系统，所述方法包括：根据与层号对应的第一层加工参数确定第一零件边框区域和第一实体填充区域；通过第一激光光束对第一零件边框区域进行激光扫描；控制第二激光光束的相位角偏转第一角度，通过第二激光光束对第一实体填充区域进行激光扫描；控制第三激光光束的相位角偏转第二角度，通过第三激光光束对第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与层号对应的层加工完成。本发明避免了局部区域的热量累积，有效减小激光熔化成型零件的孔隙率，实现最终成型零件的高致密度，且本发明的成本低、操作简单。

Description

激光熔化成型方法及系统

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光熔化成型方法及系统。

背景技术

选区激光熔化技术是通过激光束将金属粉末完全熔化、经冷却凝固而成型的一种增材制造技术，其属于金属3D打印技术的一个重要细分技术领域，不受零件复杂程度的影响，具有传统的铸造方法不可比拟的优点，而且不需要开模具，特别适合于产品的快速验证。目前，在通过选区激光熔化技术进行成型加工时，使用激光束作为热源，逐层熔化成型二维截面，层层累积，最后实现三维零件的加工。但是在成型过程中由于原材料品质、成型工艺参数以及成型工艺特点的共同影响，如原材料中的空心粉内部夹带的气体最后会累积到成型零件中而行成孔洞，成型工艺参数的不合理导致熔池熔化不均匀、液滴飞溅、原材料未完全熔化等而行成孔洞，成型工艺的特点导致金属粉末在激光的热冲击作用下形成熔池，同时部分金属气化，在激光关闭时，形成较大的反冲压力，在反冲压力的作用下，金属液体向溶池中心流动，在熔池底部形成封闭的锁孔，金属蒸气会被凝固前沿捕获形成近圆形的锁孔，最后造成零件致密度不高，影响零件的机械性能。

现有技术中，为了减小孔洞，通常在完成选区激光成型后，对成型零件增加一道后处理工艺(比如热等静压技术：将零件放入特制的包套中，包套可以采用金属或陶瓷制作，然后使用氮气、氩气作加压介质，在高温高压下对存在缩松缩孔的零件进行热致密化处理，减小孔隙率，进而实现成型零件的高致密度，从而达到所需的性能要求)。该方案的不足之处在于，首先，需要依据零件结构造型为每个零件定制包套，花费时间较多且增加了成本；同时，热等静压技术工艺复杂，涉及到较多的参数，需要依据材料的不同制定与其相匹配的工艺参数保证性能；再次，热等静压技术普及率极低，且目前尚未规模化和产业化，进一步提升了生产成本。

发明内容

本发明实施例提供一种激光熔化成型方法及系统，解决了现有技术中减小激光熔化成型零件孔隙率的方法工艺复杂且成本高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光熔化成型方法，包括：

接收包含待加工零件的层号的第一层加工指令，铺一层预设厚度的合金粉末；

根据与所述层号对应的第一层加工参数确定该层合金粉末所对应的第一零件边框区域和第一实体填充区域；

根据第一成型参数发射第一激光光束，并通过所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描；

控制第二激光光束的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描；

控制第三激光光束的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述层号对应的层加工完成。

本发明还提供了一种激光熔化成型系统，包括用于执行上述激光熔化成型方法的控制器。

本发明提供的激光熔化成型方法及系统，本发明激光熔化成型方法中，接收包含待加工零件的层号的第一层加工指令，铺一层预设厚度的合金粉末；根据与所述层号对应的第一层加工参数确定该层合金粉末所对应的第一零件边框区域和第一实体填充区域；根据第一成型参数发射第一激光光束，并通过所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描；控制第二激光光束的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描；控制第三激光光束的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述层号对应的层加工完成。

本发明针对不同区域(比如第一零件边框区域和第一实体填充区域)通过不同的成型参数进行激光扫描，可以保证零件加工过程中满足不同加工区域的加工要求；且在对每一层的第一实体填充区域进行激光扫描时，均会将第二激光光束的相位角按照一定规律偏转第一角度，使得激光扫描加工时的热量分布更为均匀；同时，在对在对每一层的第一实体填充区域进行激光重熔扫描时，也均会将第三激光光束的相位角按照一定规律偏转第二角度，使得激光重熔扫描时的热量分布更为均匀，而激光扫描过程中的热量分布均匀可以避免局部区域的热量累积，使熔池具有良好的冶金结合性能，使得孔隙率大大降低，同时孔隙分布趋于均匀化；同时，通过对每一层合金粉末进行激光重熔扫描，可以减少首次成型时行成的缺陷，如未熔颗粒导致的孔洞等，也可使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出(并且，由于首次进行激光扫描时的预热，可以使得熔池冷却速度显著降低，因此，包裹在熔池内的气泡有更足够的时间逸出)，从而可以有效减小激光熔化成型零件的孔隙率，实现最终成型零件的高致密度，从而使得零件达到所需的性能要求。且本发明的成本低、操作简单(仅需要调整激光参数即可由控制器直接控制，无需人工处理)、可以批量化使用，因此，本发明可以推动激光熔化成型技术在汽车行业的广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中激光熔化成型方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，提供了一种激光熔化成型方法，如图1所示，所述激光熔化成型方法包括以下步骤S10-S50：

S10，接收包含待加工零件的层号的第一层加工指令，铺一层预设厚度的合金粉末；可理解地，待加工零件包括预先设定的总加工层数的加工层。所述层号是指待加工零件的总加工层数中的其中一加工层所对应的层数。在本发明中，首先需要对待加工零件的加工数据进行处理，比如，总加工层数的确定以及与每一层号关联的第一层加工参数的预先确定及存储。

进一步地，所述铺一层预设厚度的合金粉末包括：控制铺粉装置铺平一层合金粉末，并控制刮刀刮平该层合金粉末，使该层合金粉末的厚度等于预设厚度。也即，在每一层号对应的层加工开始之前，均会生成一个包含该层号的层加工指令(比如上述第一层加工指令)，指示开始对本层号对应的加工层进行层加工，在控制器接收到该层加工指令之后，将会控制铺粉装置(比如上落粉铺粉装置)开始铺平一层合金粉末颗粒，并控制刮刀刮平该层合金粉末，使其厚度达到预设厚度。作为优选，所述预设厚度为30～200μm，在一具体的实施例中，所述预设厚度为50μm，所述合金粉末为铝合金(比如铸造铝合金AlSi10Mg) 粉末。所述合金粉末颗粒是使用气雾化法制备得到的。

S20，根据与所述层号对应的第一层加工参数确定该层合金粉末所对应的第一零件边框区域和第一实体填充区域；可理解地，第一零件边框区域位置包括待加工零件在与上述层号对应的该加工层中所对应的外围边框以及内边框；而第一实体填充区域是指该加工层中除第一零件边框区域之外的其他需进行激光扫描加工的区域。可理解地，每一加工层对应的第一零件边框区域以及第一实体填充区域的位置可以相同或者不同，因此，需要根据第一层加工指令中的层号去调取预先存储的第一层加工参数，该第一层加工参数中，标记了该层号对应的加工层中的第一零件边框区域以及第一实体填充区域的位置。

在本发明中进行激光熔化成型加工待加工零件时，对于该待加工零件的第一零件边框区域和第一实体填充区域的成型加工参数以及激光加工方式可以并不相同(对于每一加工层来说均同理，在本发明中将不再赘述)，进而实现不同的加工效果；比如，在后续步骤S30中通过第一成型参数对第一零件边框区域进行单向激光扫描，主要用于提高待加工零件外表面的粗糙度；而在后续步骤 S40以及S50中分别通过第二成型参数以及第三成型参数对第一实体填充区域进行激光扫描以及激光重熔扫描，可以使加工过程中待加工零件的温度场分布均匀，避免局部区域的热量累积，减少孔隙的产生，从而提高最终加工出的待加工零件的致密度。

S30，根据第一成型参数发射第一激光光束(其中，第一激光光束可以由第一激光器发射)，并通过所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描；进一步地，所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描的扫描方式为单向扫描(亦可以根据需求选取其他扫描方式)；可理解地，上述第一成型参数主要包括激光功率，激光扫描速度等，其可以根据合金粉末的类型以及合金粉末状态进行确定。可理解地，每一加工层所对应的第一成型参数可以相同或不同。作为优选，所述第一成型参数包括：激光扫描速度的取值范围为： 200mm/s～1600mm/s；激光功率的取值范围为：200W～1000W；扫描间距的取值范围为：20～2000μm；离焦量的取值范围为：0.1～3mm；循环风量的取值范围为： 0～80m³/H。在一具体的实施例中，激光扫描速度300mm/s；激光功率275W；扫描间距150μm；离焦量0.1mm；循环风量55m3/H。可理解地，上述通过第一成型参数对第一零件边框区域进行单向激光扫描，主要用于提高待加工零件外表面的粗糙度。

S40，控制第二激光光束(其中，第二激光光束可以由第二激光器发射)的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描；可理解地，本发明中所使用的合金粉末使用气雾化法制备，气雾化法制备合金粉末过程中由于冷却速度极快，复杂的气流容易使金属液滴包围气体，在快速冷却凝固的条件下，将气体锁入颗粒内，行成空心粉，在加工过程中，这些粉末颗粒内部的气体最后会累积到成型待加工零件中而形成孔隙；而在对与层号对应的加工层进行加工的过程中，随着激光扫描进行，会导致热量的累积，熔池温度、熔池液相时间及熔池尺寸均呈增加趋势，冷却速度呈减小趋势。熔池温度相对较低时，蒸发的金属蒸气和氩气在熔池中的固溶度较低，溶质快速冷却并凝固，形成相对少量的气孔。但熔池温度较高时，气体溶解度也相应增高，在较多的液相时间和相对更小的冷却速度下，剧烈的熔池对流促使溶解的气体析出，这些气孔可能相互融合、逸出，随着熔池的冷却和凝固，更多的气孔析出并滞留在熔池内，最终形成更多的冶金气孔。在对各加工层进行逐层激光扫描过程中，若针对每一加工层均采用固定的激光扫描方式，比如，激光扫描的激光相位角均相同时，会导致激光扫描产生的热量分布不均且局部区域集中，导致零件内部产生较大应力而导致变形等问题，同时也不利于气泡均匀溢出(如此，将会使孔洞分布不均，增加孔隙的大小，且使得孔隙增多)，为避免上述状况出现，在本发明中，对每一加工层进行激光扫描之前，均会首先将该第二激光光束的激光相位角按照预设规律(比如每次都朝向同一方向偏转)偏转第一角度，如此，可以使得激光扫描过程中待加工零件的温度场分布均匀(热量分布均匀)，避免局部区域的热量累积，减少孔隙的产生，也减小了空隙大小，从而提高了待加工零件的致密度。

作为优选，第二激光光束的激光相位角偏转的所述第一角度不是360的整除数。也即，具体偏转的第一角度可以根据实际情况进行调整(进一步地，第一角度大于0°，小于180°)，但其主要原则为尽量减少激光相位角可能处于重复的同一角度的重复率，例如，每次均按顺时针偏转的角度为90°，此时，第一层激光相位角为0°时，则第五层将又为0°，因此，第一角度为90°将并不适合，因此，作为优选，第一角度的角度值不是360度的整除数，比如，第一角度优选为50°～90°范围内的质数(不是360度的整除数)，比如，第一角度为57°、67°等均可。具体地，第二激光光束的激光相位角的偏转可以通过第二激光器的XY轴振镜实现，也即，第二激光光束入射到XY轴振镜后，用控制器控制振镜的反射角度，进而使得两个振镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束偏转第一角度。

可理解地，在本发明中，第一激光器和第二激光器可以为同一激光器或两个不同的激光器(亦可以为设置在同一激光器上的两个激光头等)。其中，所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描的方式可以根据需求设定，比如，所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描的方式优选为光栅式扫描或分区式扫描；其中，光栅式扫描的光栅长度，分区式扫描的分区长度及分区形式等均可根据实际需要进行设定。可理解地，上述第二成型参数主要包括激光功率，激光扫描速度，分区边框搭接量(相邻熔池重叠部分)等，其可以根据合金粉末的类型以及合金粉末状态进行确定。可理解地，每一加工层所对应的第二成型参数可以相同或不同。进一步地，所述第二成型参数包括：激光扫描速度的取值范围为：200mm/s～1600mm/s；激光功率的取值范围为： 200W～1000W；扫描间距的取值范围为：20～2000μm；离焦量的取值范围为： 0.1～3mm；分区边框搭接量的取值范围为：40～80μm；循环风量的取值范围为： 0～80m³/H。在一具体的实施例中，所述第二成型参数包括：激光扫描速度1400mm/s；激光功率400W；扫描间距150μm；分区边框搭接量(相邻熔池重叠部分)60μ m；离焦量2.5mm；循环风量55m3/H。

S50，控制第三激光光束(其中，第三激光光束可以由第三激光器发射)的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述层号对应的层加工完成。可理解地，在激光熔化成型加工过程中，随着加工高度不断增加，更高的熔池深度将会产生更大的热影响区，会对此前已凝固的加工层产生显著预热作用，促使滞留的气孔膨胀变大。随着热量的不断累积，熔池最高温度越来越大，合金粉末在激光的热冲击作用下，形成更深的熔池，同时大量的金属气化，当激光关闭时，形成较大的反冲压力，在反冲压力的作用下，大部分金属液体向溶池中心流动，在熔池底部形成封闭的锁孔，在这个过程中，金属蒸气会被凝固前沿捕获形成近圆形的锁孔；在后续热作用下，这些气孔会膨胀变大，甚至在浮力效应作用下而上浮逸出。因此，在本发明中，加工层在步骤S40中通过第二激光光束进行激光扫描使得该单层截面成型后，需要在该步骤S50中进行二次激光重熔扫描，减少首次成型时行成的缺陷，如未熔颗粒导致的孔洞等，也可使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出(并且，由于首次进行激光扫描时的预热，可以使得熔池冷却速度显著降低，因此，包裹在熔池内的气泡有更足够的时间逸出)，使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出，减小孔隙率，同时使热量均匀分布，避免零件内部产生较大应力而导致的变形等问题。

在该实施例中，重熔的激光扫描路径与第一次激光扫描路径(步骤S40中通过第二激光光束进行激光扫描的路径)相同，但是，对每一加工层进行激光重熔扫描之前，均会首先将该第三激光光束的激光相位角按照预设规律(比如每次都朝向同一方向偏转)偏转第二角度，如此，可以使得激光扫描过程中待加工零件的温度场分布均匀(热量分布均匀)，避免局部区域的热量累积，减少孔隙的产生，也减小了空隙大小，使得孔隙分布趋于均匀化，在激光重熔过程中，可以使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出，使熔池具有良好的冶金结合，孔隙率大大降低，同时，由于第一次扫描(步骤S40中通过第二激光光束进行激光扫描)的预热，熔池冷却速度显著降低，包裹在熔池内的气泡有足够的时间逸出，从而获得高致密度的待加工零件。

作为优选，第三激光光束的激光相位角偏转的所述第二角度不是360的整除数。也即，具体偏转的第二角度可以根据实际情况进行调整(进一步地，第二角度大于0°，小于180°)，但其主要原则为尽量减少激光相位角可能处于重复的同一角度的重复率，因此，作为优选，第二角度的角度值不是360度的整除数，比如，第二角度优选为50°～90°范围内的质数(不是360度的整除数)，比如，第二角度为57°、67°等均可。可理解地，第二角度可以和上述第一角度相同或者不同均可。具体地，激光第三激光光束的相位角的偏转可以通过第三激光器的XY轴振镜实现，也即，第三激光光束入射到XY轴振镜后，用控制器控制振镜的反射角度，进而使得两个振镜可分别沿X、Y轴扫描，从而达到激光束偏转第二角度。

在本发明中，第三激光器和第二激光器可以为同一激光器或两个不同的激光器(亦可以为设置在同一激光器上的两个激光头等)。如此，三个激光器可以分为以下几种情况：

在第三激光器和第一激光器以及第二激光器均为不同激光器时，每次的第三激光光束的相位角的偏转，均不与第二次激光光束或第二激光光束的激光相位角关联，也即，三个激光光束的相位角均各自独立进行调整，步骤S40中仅在上一加工层最终对应的第二激光光束的相位角的基础上调整第一角度；步骤 S50中仅在上一加工层最终对应的第三激光光束的相位角的基础上调整第二角度。

在第二激光器和第三激光器为同一激光器(两者与第一激光器不是同一激光器)时，每次的第三激光光束的相位角的偏转，均与第二激光光束的激光相位角关联，且每次的第二激光光束的相位角的偏转，也与第三激光光束的激光相位角关联；也即，步骤S40中，本层(与所述层号对应的加工层)在上一加工层最终对应的第三激光光束(也即第二激光光束)的相位角的基础上调整第一角度；步骤S50中，则在本层中上述步骤S40激光扫描完毕之后的第二激光光束(也即第三激光光束)的激光相位角的基础上(也即已经偏转第一角度之后的相位角的基础上)调整第二角度。可理解地，在第三激光器和第二激光器为同一激光器时，激光相位角的调整是连续进行的，也即，首先将该激光光束的相位角在步骤S40中偏转第一角度(比如，激光相位角从0°偏转第一角度 57°)，之后，在步骤S50中将激光相位角在该基础上继续偏转第二角度(比如，激光相位角从57°偏转第二角度67°之后，激光相位角为124°)。进一步地，在第三激光器和第二激光器为同一激光器时，此时，第一角度和第二角度的角度值之和，也不是360的整除数，才能保证激光相位角处于同一角度的重复率低。可理解地，上述在上一加工层以及本层之间的相位角的连续关联的相位角的偏转，可以实现热量分布均匀，此外，在使热量均匀分布的同时，还可以避免零件内部产生较大应力而导致的变形等问题。

在第一激光器、第二激光器和第三激光器均为同一激光器时，三个激光器的激光光束的相位角的偏转相互关联；也即，步骤S40中在本层(与所述层号对应的加工层)中步骤S30激光扫描完毕之后的第一激光光束(也即第二激光光束)激光相位角的基础上调整第一角度。步骤S50中，在本层中步骤S40激光扫描完毕之后的第二激光光束(也即第三激光光束)的激光相位角的基础上 (也即已经偏转第一角度之后的相位角的基础上)调整第二角度。

在第三激光器和第一激光器为同一激光器(与第二激光器不是同一激光器) 时，每次的第三激光光束的相位角的偏转，均与第一激光光束的激光相位角关联，但与第二激光光束的激光相位角并不关联；也即，步骤S40中仅在上一加工层最终对应的第二激光光束的相位角的基础上调整第一角度。步骤S50中在本层(与所述层号对应的加工层)中步骤S30激光扫描完毕之后的第一激光光束(也即第三激光光束)的激光相位角的基础上调整第二角度。

在第二激光器和第一激光器为同一激光器(与第三激光器不是同一激光器) 时，每次的第二激光光束的相位角的偏转，均与第一激光光束的激光相位角关联，但与第三激光光束的激光相位角并不关联；也即，步骤S40中仅在本层(与所述层号对应的加工层)中步骤S30激光扫描完毕之后的第一激光光束(也即第二激光光束)的激光相位角的基础上调整第一角度。步骤S50中仅在上一加工层最终对应的第三激光光束的相位角的基础上调整第二角度。

其中，所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描的方式可以根据需求设定，比如，所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描的方式优选为光栅式扫描或分区式扫描；其中，光栅式扫描的光栅长度，分区式扫描的分区长度及分区形式等均可根据实际需要进行设定。具体地，所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描的方式通常为规则的多边形分区扫描，单个分区宽度一般为8mm，也即，首先根据待加工零件的实际尺寸将需重熔的截面进行均匀分区，比如，在激光相位角为124°时，将第一实体填充区域按80mm*80mm大小沿X方向124°进行分区。可理解地，上述第三成型参数主要包括激光功率，激光扫描速度，分区边框搭接量(相邻熔池重叠部分)等，其可以根据合金粉末的类型以及合金粉末状态进行确定。可理解地，每一加工层所对应的第三成型参数可以相同或不同。进一步地，所述第三成型参数包括：激光扫描速度的取值范围为：200mm/s～1600mm/s；激光功率的取值范围为：200W～1000W；扫描间距的取值范围为：20～2000μm；离焦量的取值范围为：0.1～3mm；分区边框搭接量的取值范围为：40～80μm；循环风量的取值范围为：0～80m³/H。在一具体的实施例中，所述第三成型参数包括：激光扫描速度1400mm/s；激光功率400W；扫描间距150μm；分区边框搭接量60μm；离焦量2.5mm；循环风量55m³/H。在上述激光重熔扫描过程中，保证重熔线均匀分布，且各个分区区域之间重熔线相连无断线。

在一实施例中，在一实施例中，所述步骤S50中，所述确认与所述层号对应的层加工完成之后，还包括：

在确认所述层号等于所述待加工零件的总加工层数时，确认所述待加工零件加工完成。也即，在所述层号等于所述待加工零件的总加工层数时，说明待加工零件已经加工完成，此时，可以停止所有激光光束的激光扫描，提示该待加工零件已经加工完毕。在所述层号小于所述待加工零件的总加工层数时，说明待加工零件尚未加工完成，此时，需要继续开始进行下一加工层的层加工。

本发明针对不同区域(比如第一零件边框区域和第一实体填充区域)通过不同的成型参数进行激光扫描，可以保证待加工零件加工过程中满足不同加工区域的加工要求；且在对每一层的第一实体填充区域进行激光扫描时，均会将第二激光光束的相位角按照一定规律偏转第一角度，使得激光扫描加工时的热量分布更为均匀；同时，在对在对每一层的第一实体填充区域进行激光重熔扫描时，也均会将第三激光光束的相位角按照一定规律偏转第二角度，使得激光重熔扫描时的热量分布更为均匀，而激光扫描过程中的热量分布均匀可以避免局部区域的热量累积，使熔池具有良好的冶金结合性能，使得孔隙率大大降低，同时孔隙分布趋于均匀化；同时，通过对每一层合金粉末进行激光重熔扫描，可以使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出(并且，由于首次进行激光扫描时的预热，可以使得熔池冷却速度显著降低，因此，包裹在熔池内的气泡有更足够的时间逸出)，从而可以有效减小激光熔化成型待加工零件的孔隙率，实现最终成型待加工零件的高致密度，从而使得待加工零件达到所需的性能要求。且本发明的成本低、操作简单(仅需要调整激光参数即可由控制器直接控制，无需人工处理)、可以批量化使用，因此，本发明可以推动激光熔化成型技术在汽车行业的广泛应用。

在一实施例中，所述步骤S50中，在确认与所述层号对应的层加工完成之后，还包括：

在确认所述层号小于所述待加工零件的总加工层数时，接收包含下一层号的第二层加工指令，铺一层所述预设厚度的合金粉末；其中，总加工层数是指待加工零件一共需要进行激光扫描加工的总层数，在所述层号小于所述待加工零件的总加工层数时，说明待加工零件尚未加工完成，此时，需要继续开始进行下一加工层的层加工。其中，下一层号即为总加工层数中与上述步骤S10中的层号相邻且位于该层号之后的层号。在控制器接收到该第二层加工指令之后，指示开始对下一层号对应的加工层进行层加工，也即，控制铺粉装置开始铺平一层合金粉末颗粒，并控制刮刀刮平该层合金粉末，使其厚度达到预设厚度。

根据与所述下一层号对应的第二层加工参数确定该层合金粉末所对应的第二零件边框区域和第二实体填充区域；第二零件边框区域位置包括待加工零件在与上述下一层号对应的该加工层中所对应的外围边框以及内边框；而第二实体填充区域是指该加工层中除第二零件边框区域之外的其他需进行激光扫描加工的区域。可理解地，第一零件边框区域以和第一实体填充区域可以与第二零件边框区域和第二实体填充区域相同或者不同，因此，需要根据第二层加工指令中的下一层号去调取预先存储的第二层加工参数。

根据第一成型参数发射第一激光光束，并通过所述第一激光光束对所述第二零件边框区域进行激光扫描；进一步地，所述第一激光光束对所述第二零件边框区域(以及所有其他加工层的零件边框区域均相同)进行激光扫描的扫描方式为单向扫描；参照上述内容可知，所述第一成型参数优选为包括：激光扫描速度300mm/s；激光功率275W；扫描间距150μm；离焦量0.1mm；循环风量 55m3/H。但在本发明中，每一层的第一成型参数也可以根据需求进行更改，也即，在实现提高待加工零件外表面的粗糙度的同时，为满足不同的加工需求，也可以调整第一成型参数。

控制第二激光光束的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第二实体填充区域进行激光扫描；也即，对下一层号对应的加工层进行激光扫描之前，也会首先将该第二激光光束的激光相位角按照预设规律(比如每次都朝向同一方向偏转)偏转第一角度，如此，可以使得激光扫描过程中待加工零件的温度场分布均匀(热量分布均匀)，避免局部区域的热量累积，减少孔隙的产生，也减小了空隙大小，从而提高了待加工零件的致密度。在本发明中，为满足不同的加工需求，每一层的第二成型参数也可以根据需求进行调整。

控制第三激光光束的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述下一层号对应的层加工完成；也即，在上述步骤中通过第二激光光束进行激光扫描使得与下一层号对应的加工层截面成型后，需要在该步骤中继续进行二次激光重熔扫描，使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出，减小孔隙率。在该实施例中，重熔的激光扫描路径与通过第二激光光束进行激光扫描的路径相同，但是，将该第三激光光束的激光相位角按照预设规律 (比如每次都朝向同一方向偏转)偏转第二角度，如此，可以使得激光扫描过程中待加工零件的温度场分布均匀(热量分布均匀)，避免局部区域的热量累积，减少孔隙的产生，也减小了空隙大小，使得孔隙分布趋于均匀化，在激光重熔过程中，可以使熔池内部的气孔在熔化过程中受热逸出，使熔池具有良好的冶金结合，孔隙率大大降低，同时，由于通过第二激光光束进行激光扫描的预热，熔池冷却速度显著降低，包裹在熔池内的气泡有足够的时间逸出，从而获得高致密度的待加工零件。在本发明中，为满足不同的加工需求，每一层的第三成型参数也可以根据需求进行调整。

在确认所述下一层号等于所述待加工零件的总加工层数时，确认所述待加工零件加工完成。也即，在所述下一层号等于所述待加工零件的总加工层数时，说明待加工零件已经加工完成，此时，可以停止所有激光光束的激光扫描，提示该待加工零件已经加工完毕。

在一实施例中，提供一种激光熔化成型系统，包括用于执行上述激光熔化成型方法的控制器。可理解地，上述控制器安装在激光熔化成型系统中。关于控制器的具体限定可以参见上文中对于激光熔化成型方法的限定，在此不再赘述。上述控制器中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于激光熔化成型系统中，也可以以软件形式存储于激光熔化成型系统中的存储设备中，以便于被调用以执行以上各个模块对应的操作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，所述控制器的内部结构可以根据需求划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光熔化成型方法，其特征在于，包括：

接收包含待加工零件的层号的第一层加工指令，铺一层预设厚度的合金粉末；

根据与所述层号对应的第一层加工参数确定该层合金粉末所对应的第一零件边框区域和第一实体填充区域；

根据第一成型参数发射第一激光光束，并通过所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描；

控制第二激光光束的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描；

控制第三激光光束的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述层号对应的层加工完成。

2.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，在确认与所述层号对应的层加工完成之后，还包括：

在确认所述层号小于所述待加工零件的总加工层数时，接收包含下一层号的第二层加工指令，铺一层所述预设厚度的合金粉末；

根据与所述下一层号对应的第二层加工参数确定该层合金粉末所对应的第二零件边框区域和第二实体填充区域；

根据第一成型参数发射第一激光光束，并通过所述第一激光光束对所述第二零件边框区域进行激光扫描；

控制第二激光光束的相位角偏转第一角度之后，根据第二成型参数发射第二激光光束，并通过所述第二激光光束对所述第二实体填充区域进行激光扫描；

控制第三激光光束的相位角偏转第二角度之后，根据第三成型参数发射第三激光光束，并通过所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描之后，确认与所述下一层号对应的层加工完成；

在确认所述下一层号等于所述待加工零件的总加工层数时，确认所述待加工零件加工完成。

3.如权利要求2所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述确认与所述层号对应的层加工完成之后，还包括：

在确认所述层号等于所述待加工零件的总加工层数时，确认所述待加工零件加工完成。

4.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述第一成型参数包括：

激光扫描速度的取值范围为：200mm/s～1600mm/s；

激光功率的取值范围为：200W～1000W；

扫描间距的取值范围为：20～2000μm；

离焦量的取值范围为：0.1～3mm；

循环风量的取值范围为：0～80m³/H。

5.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述第二成型参数包括：

激光扫描速度的取值范围为：200mm/s～1600mm/s；

激光功率的取值范围为：200W～1000W；

扫描间距的取值范围为：20～2000μm；

离焦量的取值范围为：0.1～3mm；

分区边框搭接量的取值范围为：40～80μm；

循环风量的取值范围为：0～80m³/H。

6.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述第三成型参数包括：

激光扫描速度的取值范围为：200mm/s～1600mm/s；

激光功率的取值范围为：200W～1000W；

扫描间距的取值范围为：20～2000μm；

离焦量的取值范围为：0.1～3mm；

分区边框搭接量的取值范围为：40～80μm；

循环风量的取值范围为：0～80m³/H。

7.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述预设厚度为30～200μm；所述合金粉末为铝合金粉末。

8.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述第一激光光束对所述第一零件边框区域进行激光扫描的扫描方式为单向扫描；所述第二激光光束对所述第一实体填充区域进行激光扫描的方式为光栅式扫描或分区式扫描；

所述第三激光光束对所述第一实体填充区域进行激光重熔扫描的方式为光栅式扫描或分区式扫描。

9.如权利要求1所述的激光熔化成型方法，其特征在于，所述铺一层预设厚度的合金粉末，包括：

控制铺粉装置铺平一层合金粉末，并控制刮刀刮平该层合金粉末，使该层合金粉末的厚度等于预设厚度。

10.一种激光熔化成型系统，其特征在于，包括用于执行如权利要求1至9任一项所述的激光熔化成型方法的控制器。

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