[发明专利]基于激光选区熔化的金属精细多孔结构成型方法

说明书

本发明涉及基于激光选区熔化的金属精细多孔结构成型方法，三维设计、数据处理、参数设置和选区烧结，其中：A.设计精细多孔结构的三维模型；B.添加支撑结构，并进行分层处理；C.激光扫描的参数设置，设置光斑补偿；D.成型设备中设置柔性铺粉装置，铺粉装置将金属粉末平铺到成型基板上后，光纤激光器发射激光将金属粉末熔化，形成多孔结构的单层截面；E.成型基板下降一层，重复步骤D～E，使金属粉末逐层熔化堆积，直到获得成型的多孔结构零件。本发明能够实现精细的多孔结构，不会破坏多孔结构的细微部分，多孔结构的表面光滑，能够有效应用于骨科植入中。

技术领域

本发明涉及基于激光选区熔化的金属精细多孔结构成型方法。

背景技术

多孔结构的生物零件常被用于骨科植入领域，由于结构复杂，传统加工很难实现。骨科植入常用的金属包括有钛合金和钴铬合金，这两种合金的可加工性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢、氧、氮、碳等杂质，造成抗磨性差，而且生产工艺复杂。

3D激光打印的粉末床激光熔化工艺是将金属粉末平铺在成型基板上，用激光熔化粉末，再层层堆积，最终成型，其工艺通常包括对生物零件的三维设计、对三维设计后的三维模型进行数据处理、激光选区烧结的参数设置、选区烧结等步骤。该工艺突破了传统加工在设计端和加工端的限制，可成型金属多孔结构。但是，现有的粉末床激光熔化工艺也存在一些技术问题，例如在精细的多孔零件的激光打印中，由于铺粉装置采用的是硬质刮刀，因此零件的微细结构容易被刮刀刮坏，多孔零件的薄壁或孔的支撑杆，特别是各孔的边缘部分，在成型时容易粘结粉末，造成表面粗糙，支撑杆等结构在成型时精度不够等，从而造成最终加零件的精度较低，需要后期的进一步打磨修复。

发明内容

本发明提供了一种基于激光选区熔化的金属精细多孔结构成型方法，在进行激光选区融化金属的铺粉时采用不会对零件产生损伤的铺粉装置，可成型出高精密、高性能的金属精细多孔结构的生物零件。

本发明的基于激光选区熔化的金属精细多孔结构成型方法，包括有三维设计、数据处理、参数设置和选区烧结，其中：

A.通过三维设计形成精细多孔结构的三维模型；

B.在数据处理软件中对所述的三维模型添加支撑结构，并对三维模型进行分层处理；

C.在工艺控制软件中对分层处理后的三维模型进行激光扫描的参数设置，并对全局的光斑补偿进行设置，建立工作文件，导入成型设备中；

D.成型设备中设置柔性的铺粉装置，将金属粉末置入成型设备的粉末仓中，所述的铺粉装置将金属粉末从粉末仓平铺到成型基板上后，光纤激光器发射激光将成型基板上的金属粉末熔化，形成多孔结构的单层截面；

E.完成一层单层截面后，成型基板下降一层，再次将金属粉末从粉末仓平铺到成型基板上后，光纤激光器发射激光将成型基板上的金属粉末熔化，再形成一层多孔结构的单层截面；判断零件的多孔结构是否已成型，若已成型，则结束成型操作，取出多孔结构成型件；否则将成型基板下降一层，根据步骤C建立的工作文件，重复步骤D～E，使金属粉末逐层熔化堆积，直到获得成型的多孔结构零件。

优选的，所述的支撑结构为树形支撑结构，其中树干的底部位于成型基板上。

进一步的，步骤D中，在光纤激光器发射激光前，通过向成型设备的成型室和过滤仓中充入惰性气体，控制成型室的氧浓度为0.01％～0.09％。

进一步的，步骤C中将光斑补偿的参数设置为－0.10～－0.13mm。

进一步的，在步骤C中将三维模型的大小缩放至理论尺寸的75％～80％。