[发明专利]一种梯度复合结构的激光成形方法

说明书

本发明提出一种梯度复合结构的激光成形方法，通过激光成形设备准备、设计激光成形工艺、激光成形等步骤得到梯度复合结构。本发明通过设计过渡层的扫描轨迹，使得相邻两层之间的扫描轨迹互相嵌套，从而降低和抵消过渡层之间的层间应力，同时通过互相嵌套的方式使过渡层的结合由平面结合转化为立体结合，提高了过渡层的结合强度，最终得到成分连续过渡、界面应力较小、整体强度更高的梯度复合结构。

技术领域

本发明涉及一种梯度复合结构的激光成形方法，属于金属特种成形加工技术领域。

背景技术

金属梯度复合结构具有双重特性，在实际生产中得到了广泛的应用。激光成形技术通过高功率激光熔化同步输送的合金粉，在基板上逐层堆积制备近终型零件，是一种制备高性能、全致密金属零件的低成本、快速制备技术，由于该技术是通过逐点添加材料成形的特点，该技术在材料组成、凝固组织、外形尺寸上具有极大的柔性，适合于梯度复合结构的成形与制备。但梯度材料在成形过程中，由于材料组织差异性大、热物理性能不匹配而产生组织应力和热应力，最终导致过渡层界面极易发生开裂。

专利《一种激光3D打印陶瓷功能梯度结构件的方法》(申请号CN201310258054.3)公布了一种陶瓷功能梯度结构件的激光3D打印方法，利用激光3D打印系统以不同的陶瓷粉末为原料增材成形功能梯度结构件，成形过程中通过控制不同粉末的送粉量实时改变组分配比，实现陶瓷结构件各位置材料组分及功能的梯度变化。专利《金属梯度材料的激光3D打印制备方法》(申请号CN201510004371.1)提供一种高效简便的金属梯度材料激光3D打印的制备技术，通过计算机严格控制不同位置处的原料组分配比，从而真正意义上实现成分的梯度分布。专利《一种制备功能梯度结构件的方法及装置》(申请号CN201410525318.1)提供了一种制备功能梯度结构件的方法及装置，其通过母粉与辅粉间层平铺，其每层高度根据该有效区域的母粉与辅粉的质量比分数计算得到，根据每一层加工层面的信息在相应位置对母粉和辅粉进行激光扫描烧结。

上述几种为目前梯度复合结构的主流激光成形方法，均采用了控制不同组分的送粉量来达到制造梯度复合结构的目的，这种方法对于成分控制很有效，但存在一定问题，主要在于扫描轨迹均为按照轮廓逐线逐层进行，这种扫描方式不能有效解决过渡层层间应力大的问题，导致在实际制造过程中极易发生过渡层间界面开裂或过渡层强度太低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种通过提高过渡层结合强度、最终得到成分连续过渡、界面应力较小、整体强度更高的梯度复合结构的激光成形方法。

本发明的技术解决方案：一种梯度复合结构的激光成形方法，所述的梯度复合结构由A层、过渡层(A+B)和B层组成，通过以下步骤实现：

第一步、激光成形设备准备；

预热激光成形设备，做好准备工作。本发明采用具有两个送粉装置的激光成形设备，本步骤准备工作为本领域公知技术。

第二步、设计激光成形工艺，

A2.1、建立模型，模型由A层、过渡层(A+B)和B层组成，采用剖分软件对模型各层进行层数剖分；

过渡层(A+B)剖分的层厚度要低于A层和B层剖分的层厚度，剖分的层厚度根据A层、过渡层(A+B)和B层的总厚度决定，具体厚度选择为本领域公知技术，本领域技术人员根据实际情况进行选择。一般情况下，过渡层(A+B)剖分的层厚度≤0.2mm，使过渡层(A+B)剖分的层数多一些，使其平稳过渡。

A2.2、设计过渡层(A+B)的激光扫描轨迹，