[发明专利]陶瓷模片约束下的等离子沉积成形新方法

说明书

技术领域

该发明属于高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形方法，主要是基于激光束实现了材料-成形-组织-性能一体化的制造，通过在线成形陶瓷模片的二维约束与支撑作用，解决了等离子沉积成形过程中的金属液流淌和带悬空结构复杂零件尤其是厚大复杂零件难以直接成形的瓶颈问题。该技术的实施可以深化快速制造的应用，广泛应用于航空航天、能源动力、国防军工等领域的高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形。也可直接用于金属模具和梯度功能零件的直接成形。

背景技术

目前已有的高熔点、难加工、复杂形状高温零件的成形方法主要是基于激光束、电子束、等离子束的高能束成形，该技术可由零件CAD模型经分层切片处理后驱动快速成形设备实现难加工金属零件的直接制造。因此，这是一种零件结构与材料设计、成形、加工一体化的短流程、数字化制造技术，代表着先进制造技术的发展方向^[1]。目前，采用高能束流的直接制造方法主要有选区激光烧结法(Selective Laser Sintering，SLS)、激光熔化成形法(Selective Laser Melting，SLM)、激光近终成形法(Laser Engineered Shape，LENS)、电子束熔化法(Electron Beam Melting，EBM)和等离子束沉积成形法(Plasma Deposition Manufacturing，PDM)。

SLS法可采用较小功率的激光成形复杂形状金属零件，但要获得高致密度需要进行浸渗、热等静压等复杂后处理，且零件强度和精度多数情况下达不到要求^[2]-[5]；改良的SLM技术由德国Fraunhofer研究所在SLS基础上于1995年首次提出，并于2002年研究成功，相比SLS法，SLM可直接成形致密性接近100％的金属零件^[6]-[8]。近年来，由于SLM技术的众多优点，吸引着越来越多的机构进行研究，如德国的EOS公司、Concept Laserts公司、MCP公司、比利时鲁汶大学、英国CRDM公司、日本OSAKADA实验室、新加坡国立大学、国内的华中科技大学、华南理工大学等围绕材料、工艺及原理开展了研究并开发出相应设备。然而，SLM技术也存在不足之处：扫描成形过程中熔池飞溅、球化和粘粉等因素导致成形件表面粗糙度较高，成形效率低，设备投资、运行和维护成本高^[2]；另外，由于SLM设备的导光系统使用振镜，其转动范围限制了激光的扫描范围，决定了SLM技术只适合加工尺寸较小的薄壁零件^[9]。