[发明专利]一种利用多种元素粉末成型合金的激光3D打印方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及合金增材制造技术领域，更具体地，涉及一种利用多种元素粉末成型合金的激光3D打印方法及装置。

背景技术

激光3D打印技术，又称激光增材制造技术，是以高性能金属粉末为原料，通过激光熔化、快速凝固、逐层堆积，由零件“三维实体”模型进行层层堆积后直接“打印”出全致密、高性能的微型、精密、复杂金属结构件。与传统的切削等机械加工技术相比，激光3D打印技术具有选材范围广、材料利用率高、低成本、精度高、周期短等诸多优势，被国内外公认为是对高性能金属关键构件的研制与生产具有决定性影响的核心关键制造技术之一。它实现了材料制备与复杂零件“近净成形”制造一体化，无需零件毛坯制备，无需模具加工，直接从计算机生成的零件CAD实体模型“生长”出净形金属零件产品。

作为激光3D打印成型金属零件的基础原材料，金属粉末的质量以及生产成本直接影响所成型的金属零件的性能和成本。目前，激光3D打印成型合金皆采用合金粉末打印。合金粉末的制备可以采用雾化法，该方法首先需要将各金属元素熔融成合金熔液，然后再雾化制备。但是，目前市场上合金粉末的种类较少，且成本较高，特别是对于适合不同用途的高性能的合金粉末。也可以采用球磨法，将不同的元素粉末机械地混合在一起制备合金粉末。但是，对于密度相差较大的不同元素粉末，利用机械混合的方法难以混合充分均匀。由此可见，如何简单、高效、低成本地为激光3D打印过程提供的合金粉末，并且利用激光3D打印技术将该合金粉末成型出高性能的合金构件，是激光3D打印领域亟待解决的首要问题，这是进一步降低激光3D打印生产成本和提高激光3D打印生产效率的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用多种元素粉末成型合金的激光3D打印方法及装置，该方法具有操作简单、合金构件组织致密可控及成分均匀、生产成本较低的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用多种元素粉末成型合金构件的激光3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据合金中各不同元素的摩尔百分比，计算所述不同元素粉末的送粉率；

步骤S2：所述不同元素粉末分别同时送粉；

步骤S3：所述不同元素粉末在送粉过程中混合均匀；

步骤S4：将步骤S3得到的混合均匀的合金粉末在激光功率100W～6000W，扫描速度100mm/min～1500mm/min，激光光斑直径0.1mm～6mm，搭接率为15％～50％，打印层厚0.005mm～4mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度0～1000℃的条件下，逐层打印合金构件；

步骤S5：将步骤S4得到的合金构件在惰性气体保护和温度100℃～1300℃下均匀化退火，时间0～12h。

进一步地，所述元素的种类大于2。

进一步地，步骤S3中，通过在送粉管路中设置局部较大管径使所述不同元素粉末在送粉过程中混合均匀。

进一步地，所述不同元素粉末的粒径为50μm～300μm。

进一步地，步骤S1中，所述不同元素粉末的送粉率小于等于40g/min。

一种利用多种元素粉末成型合金构件的激光3D打印装置，其特征在于，包括送粉器、与所述送粉器相连的2个以上的送粉桶、与所述送粉桶相连且与所述送粉桶数量一致的送粉支管、与所述送粉支管皆相连的粉末混合器、与所述粉末混合器相连的送粉总管，所述粉末混合器的管径大于所述送粉总管的管径。

从上述技术方案可以看出，本发明直接以多种元素粉末为原料通过激光3D打印技术加工合金构件，由于目前市场上各种元素粉末的制备技术较成熟，可实现批量生产，且价格合理，极大地降低了原料成本，通过在送粉过程中将其混合均匀，使制得的合金构件组织致密可控，成分均匀，因此，本发明具有简单、高效、低成本的优点，在高性能合金的激光3D打印成型领域具有巨大的应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种利用多种元素粉末成型合金构件的激光3D打印方法的流程图；

图2是本发明的一具体实施例中的激光3D打印装置的结构示意图。

图中：1、激光器，2、光纤，3、送粉器，4、送粉桶，5、送粉支管，6、粉末混合器，7、送粉总管，8、惰性气体保护手套箱，9、激光熔覆头，10、激光束，11、合金粉末，12、合金构件，13、基板，14、工作台。

具体实施方式