[发明专利]一种激光扫描粉末进行熔化成形的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔化成形技术领域，具体涉及一种激光扫描粉末进行熔化 成形的方法。

背景技术

选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)金属粉末的快速成形技术， 可直接成形出接近完全致密度的金属零件，由于其具有制造过程不受零件复杂 程度的影响、制造效率高以及成本低等优点，特别适合用于制造复杂结构零部 件。

SLM系统主要由送粉系统、激光扫描系统、铺粉系统、成形腔以及控制整 个设备运转的控制系统和相应程序组成，其工作原理为：(1)首先将零件的CAD 三维模型输入计算机；(2)计算机对成型件的CAD三维模型进行切片和分层处 理，得到与每层切片对应的扫描路径；(3)计算机根据每层切片的扫描路径， 对激光扫描系统进行控制，其中，激光扫描系统包括扫描系统和激光源；具体 控制方法为：扫描系统控制激光源产生的激光束作用于待成型区域内的金属粉 末，使金属粉末熔化而形成单层结构；然后，在所形成的单层结构的表面再次 铺覆一层金属粉末；再使激光束作用于新铺覆的金属粉末，使新铺覆的金属粉 末熔化成形；如此不断循环，直至CAD三维模型的切片层全部扫描完毕，通过 逐层累积方式得到最终的成型金属零件。

在上述SLM系统中，激光扫描系统属于最重要组成部分，直接影响零件成 形制造的质量。目前，国际上使用的选择性激光成形系统所选用的激光扫描系 统，基本由一台激光源和一个扫描系统构成，因此，在零件制造过程中，只有 一个激光源工作，并且，由同一激光源所发出的激光束需要扫描零件的整个切 片。

该种单束激光扫描的工作方式，主要存在以下不足：需要单束激光对整个 切片截面进行逐点扫描，一方面，需要耗费较长的时间，降低了成形效率；另 一方面，在单束激光遍历扫描截面不同位置的过程中，造成截面温度场变化剧 烈，温度场均匀性差，而材料受热后与环境显著的温差，会增加材料的热应力， 使零件制造过程中易发生翘曲变形和裂纹。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种激光扫描粉末进行熔化成形的 方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种激光扫描粉末进行熔化成形的方法，包括以下步骤：S1， 计算机通过扫描控制系统分别连接有第1激光源和第2激光源；其中，所述第1激 光源产生的第1激光束为规则形状光斑激光束；所述第2激光源产生的第2激光束 为形状可变光斑激光束；

S2，设计待成形件的三维数据模型，并将所述三维数据模型输入计算机；

S3，计算机对所述待成形件的三维数据模型进行切片处理，得到与每层切 片对应的切片截面信息；

S4，计算机根据所述第1激光源所产生的规则形状光斑激光束的形状和面 积，对每个切片所对应的切片截面进行分区处理，将每个切片截面划分为两个 区域，分别为规则区域和位于所述规则区域外面的边缘曲线区域；

S5，计算机根据目标切片截面的分区结果，控制第1激光源产生的第1激光 束和第2激光源产生的第2激光束作用于待成型区域的金属粉末，使金属粉末熔 化而形成目标切片截面；

本步骤具体为：

S5.1，所述第1激光源产生的第1激光束为规则形状光斑激光束；所述第2激 光源产生的第2激光束为形状可变光斑激光束；

S5.2，计算机控制所述第1激光源产生的规则形状光斑激光束扫描所述目标 切片截面的规则区域；

同时，所述计算机根据所述目标切片截面的边缘曲线区域的形状，对所述 第2激光源产生的光斑激光束的形状进行自适应改变，得到与所述边缘曲线区域 的形状一致的第3光斑激光束，并使所述第3光斑激光束作用于所述边缘曲线区 域；

即：计算机控制所述规则形状光斑激光束和所述形状可变光斑激光束并行 分区作用于待成型区域的金属粉末，使金属粉末熔化而形成目标切片截面；

S6，然后，在上述已成形的目标切片截面上表面再铺设一层金属粉末，重 复步骤S5，逐层叠加累积成形，直至完成整个成形过程，得到成形件。

优选的，S1中，所述规则形状光斑激光束的光斑形状为矩形。

优选的，S4具体为：

S4.1，所述规则形状光斑激光束的光斑形状为矩形时，设该矩形的长为a、 宽为b；