[发明专利]一种激光抛光方法

说明书

本发明提出了一种激光抛光方法，包括以下步骤：步骤S1、通过增材制造技术制造3D金属物体；步骤S2、采用机械臂控制系统举起3D金属物体，并调整3D金属物体的激光加工区域的取向；步骤S3、在3D金属物体的激光加工区域周围形成惰性气体环境，再对3D金属物体的激光加工区域进行激光辐射。本发明的新型激光抛光技术为3D打印金属制品提供了一种高度灵活的抛光解决方案，技术先进，实用性强，实现了传统金属抛光技术无法达到的技术效果。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种激光抛光方法。

背景技术

增材制造(AM)已经从3D打印机进化而来，并已经用于生产复杂三维体。3D金属打印的增材制造的四种典型工艺分别是选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔化(SLM)以及电子束熔炼(EBM)。这些工艺类似，也都涉及使用激光或光束熔化或熔合位于粉末床台上的金属粉末。然而，增材制造中的激光或光束参数无论怎么优化，3D打印金属物体的表面粗糙度总不能令人满意。对于某些特定的应用，由增材制造产生的表面可能光洁度还不够，例如，医用植入体需要要求一个光滑表面来抑制细菌生长并防止组织损伤；其中，打印样品的表面粗糙度一般大于5微米，而医用植入体所要求的表面粗糙度必须小于1微米。

如抛光和打磨等后加工工序，必须用于增材制造的金属制品表面。通常机械打磨方法被用于对SLS部件进行抛光。然而，由机械方法所处理得到的金属制品各个表面的质量显然是不一致的，这很大程度上取决于操作者的技能。其他抛光技术包括有电子抛光、超声波和振动修整。然而，这些方法耗时长(处理时间大于10min/cm²)，这要求高昂的工装成本并会产生化学污染物。

相比之下，激光抛光工艺在金属表面的后处理中的应用以其如三维表面可自动处理、各表面质量的一致性、无振动力作用、无污染影响、小区域可选择性抛光以及较短的加工时间(处理时间小于1min/cm²)等众多优点吸引了极大的关注。一些试验还表明，零件表面的粗糙度可以降到0.5微米以下，表面处理时间也非常短。

然而，目前的激光抛光技术还面临以下四个技术难题：

难题1：不同的3D打印金属材料主要应用于注塑模具和机械工具。在珠宝和牙科等其他行业，其一直没考虑使用不同金属合金粉末对3D打印金属物体的表面粗糙度的影响。

难题2：最近的文献也表明，在激光抛光过程中，通过来自喷嘴的气流或室内屏蔽所产生的惰性气体环境可以抑制金属的氧化。目前还缺乏在对金属对象激光抛光过程中精确控制氧化机制。

难题3：对具有内表面的3D打印金属物体的有效激光抛光的方法还未得到研究。以往大部分工作聚焦于在没有机械臂控制系统的情况下对三维产品进行二维平面抛光。对于珠宝行业，黄金或白银首饰的镜面表面需要抛光以获得独特的物理力学特性。至于牙科行业，需要对牙冠的内部结构进行抛光，以抵抗菌斑积聚。到目前为止，在欧洲国家，珠宝和牙科行业的激光抛光研究还处于初级阶段。此外，金属材料对激光能量的吸收过程是复杂的，取决于样品温度、能量沉积速率和激光波长。目前还没有发现激光脉冲对3D打印金属物体表面粗糙度的影响。

难题4：激光抛光前后，3D打印金属物体的化学成分变化尚未明确。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了一种激光抛光方法。

本发明提出的技术方案如下：

本发明提出了一种激光抛光方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过增材制造技术制造3D金属物体；

步骤S2、采用机械臂控制系统举起3D金属物体，并调整3D金属物体的激光加工区域的取向；

步骤S3、在3D金属物体的激光加工区域周围形成惰性气体环境，再对3D金属物体的激光加工区域进行激光辐射。