CN111036905A - 利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；3)重复步骤2)，直至打印完成。与现有技术相比，本发明提出了一种逐层多次激光重熔的方法，通过这种逐层多次激光重熔方法，不仅可以增加打印坯体表面的致密度，且不容易产生飞溅问题，避免了孔洞缺陷。
Description
技术领域
本发明属于选择性激光熔化技术领域，涉及一种利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法。
背景技术
选择性激光熔化(Selective laser melting，SLM)是增材制造的一种，是金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度、力学性能良好的金属零件。SLM技术克服了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。
目前，SLM工艺在进行单道扫描时，若功率密度过小，则会出现坯体表面烧结不够致密的问题；而若功率密度过大，则又会因为粉末气化飞溅而导致坯体出现孔洞缺陷问题。可见，进行单道扫描对功率密度的控制要求高，控制难度较大。此外，有些粉末原料在SLM打印调参时会出现要么过小、要么过大的问题，导致不存在合适的工艺窗口，无法实现顺利打印。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
3)重复步骤2)，直至打印完成。
进一步地，所述的合金粉末包括铝合金粉末、铁基合金粉末或铜合金粉末中的一种或更多种。
进一步地，当合金粉末为铝合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为150-190W，扫描速率为200-800mm/s，扫描间距为0.03-0.2mm。
进一步地，当合金粉末为铁基合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为110-180W，扫描速率为600-1500mm/s，扫描间距为0.02-0.16mm。
进一步地，当合金粉末为铜合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为180-200W，扫描速率为200-500mm/s，扫描间距为0.02-0.15mm。
激光重熔的其他工艺条件为：激光器采用连续激光，如光纤激光(优选)或二氧化碳激光，激光波长为1050-1080nm。
进一步地，所述的铜合金粉末为Cu-Sn合金粉末。
进一步地，步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，每一次激光重熔的激光器功率相同或不同(若不同，则以上所列激光器功率为头道功率)。
进一步地，步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，激光重熔的次数为2-10次。
进一步地，步骤1)及步骤2)中，扫描形式为棋盘式或条纹式。
进一步地，每一层合金粉末的层厚为15-100μm，根据合金粉末中位径的0.75-1.5倍而定。
本发明中，由于合金粉末熔化后的坯体层导热变好而使坯体均匀受热，避免了飞溅问题的产生，同时较高的功率又可以形成足够的熔池。如铺粉态时，粉末之间传热有限，相同的功率会导致粉末直接受热气化。
本发明中，对每一层合金粉末进行多次扫描相同区域的操作可以采用不同的方式：
(1)可采用不同的扫描策略，包括扫描路径、扫描方向、扫描形式(棋盘式、条纹式)等，以更好地对打印区域进行均匀化重熔。
(2)可采用不同的激光参数(如等功率或变功率、变扫描速率、变扫描间距、变光斑直径等)，即在多次扫描时，每次扫描相同区域时都可采用不同的激光参数。
由上述两种方式，以实现特种材料的成形、梯度成形或随层热处理等。
与现有技术相比，本发明提出了一种逐层多次激光重熔的方法，即在成形一层时，先铺一层合金粉末，然后进行多次扫描相同区域后，再铺下一层合金粉末，直至打印完成。通过这种逐层多次激光重熔方法，不仅可以增加打印坯体表面的致密度，且不容易产生飞溅问题，避免了孔洞缺陷。
附图说明
图1为采用传统的单道扫描SLM工艺在进行铝合金粉末打印时的产品微观结构图；
图2为实施例1中采用逐层多次激光重熔方法进行铝合金粉末打印时的产品微观结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
3)重复步骤2)，直至打印完成。
合金粉末为铝合金粉末，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为180W，扫描速率为700mm/s，扫描间距为0.15mm。
步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，每一次激光重熔的激光器功率相同。在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，激光重熔的次数为5次。扫描形式为棋盘式。每一层合金粉末的层厚为100μm。
图1为采用传统的单道扫描SLM工艺在进行铝合金粉末打印时的产品微观结构图。由图1可以看出，常规的单道扫描方式加工出的产品表面具有很多较大的孔径，且组织较为粗大。
图2为本实施例中采用逐层多次激光重熔方法进行铝合金粉末打印时的产品微观结构图。由图2可以看出，本发明采用的这种逐层多次激光重熔方法加工出的产品表面大孔径基本消除，只留有一些小气孔，而且组织细密。
实施例2：
利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
3)重复步骤2)，直至打印完成。
合金粉末为铁基合金粉末，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为110-180W，扫描速率为600-1500mm/s，扫描间距为0.02-0.16mm。
步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，每一次激光重熔的激光器功率不同。在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，激光重熔的次数为10次。扫描形式为条纹式。每一层合金粉末的层厚为15μm。
实施例3：
利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
3)重复步骤2)，直至打印完成。
合金粉末为Cu-Sn合金粉末，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为190W，扫描速率为400mm/s，扫描间距为0.1mm。
步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，每一次激光重熔的激光器功率相同。在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，激光重熔的次数为2次。扫描形式为棋盘式。每一层合金粉末的层厚为60μm。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)铺一层合金粉末，之后对该层合金粉末进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
2)在激光重熔后的合金粉末层上再铺下一层合金粉末，之后进行多次扫描相同区域，完成该层的多次激光重熔；
3)重复步骤2)，直至打印完成。
2.根据权利要求1所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，所述的合金粉末包括铝合金粉末、铁基合金粉末或铜合金粉末中的一种或更多种。
3.根据权利要求2所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，当合金粉末为铝合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为150-190W，扫描速率为200-800mm/s，扫描间距为0.03-0.2mm。
4.根据权利要求2所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，当合金粉末为铁基合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为110-180W，扫描速率为600-1500mm/s，扫描间距为0.02-0.16mm。
5.根据权利要求2所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，当合金粉末为铜合金粉末时，激光重熔的工艺条件为：激光器功率为180-200W，扫描速率为200-500mm/s，扫描间距为0.02-0.15mm。
6.根据权利要求5所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，所述的铜合金粉末为Cu-Sn合金粉末。
7.根据权利要求1所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，每一次激光重熔的激光器功率相同或不同。
8.根据权利要求1所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，步骤1)及步骤2)中，在对某一层合金粉末进行多次激光重熔时，激光重熔的次数为2-10次。
9.根据权利要求1所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，步骤1)及步骤2)中，扫描形式为棋盘式或条纹式。
10.根据权利要求1所述的利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法，其特征在于，每一层合金粉末的层厚为15-100μm。
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