[发明专利]一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统及成形方法

说明书

本发明属于非晶合金的増材制造领域，并公开了一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统及成形方法。通过第一激光器剪裁非晶合金箔材多余样料，再利用第二激光器对剩余部分选择性的扫描加热，使非晶合金加热到过冷液相区的超塑性状态，然后用预热的辊碾压，结合超声振动作用，使上下两层非晶合金箔材产生原子间联系，并急速降温冷却，从而成形大尺寸复杂形状、具有孔洞结构的非晶合金零件。本发明克服了传统非晶合金制备方法对非晶合金件尺寸和形状的限制，采用非晶合金箔材作为原料，相较于传统3D打印非晶粉末成本更低，采取辊轮碾压超薄非晶合金箔材制造，制备的非晶合金零件内部结构更致密。

技术领域

本发明属于非晶合金的増材制造领域，更具体地，涉及一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统及成形方法。

背景技术

相较于传统晶态合金，非晶合金在许多方面都具有明显的优势，主要表现为高强度，良好的耐磨性和耐腐蚀性，优良的软磁、硬磁性等性能，非晶合金在过冷液相区还表现出超塑性，有利于热塑性成形。非晶合金由于其优异的性能，在航空航天、精密器械、军事化工等领域有着广泛的应用前景。

非晶合金由于其对冷却速度的要求，在成形过程中有很大的尺寸限制，当前的铜模铸造法和水淬法成形的非晶合金尺寸都非常小，目前最大尺寸仅为80mm左右，限制其用作结构材料和工业材料的范围。

为了制备大尺寸非晶合金，目前已经有了一些成形方法。例如最主流的选择性激光烧结非晶合金粉末，如专利号为201710229363.6一种非晶合金复合材料的激光3D打印方法所述，通过高能激光束加热熔融粉末成形大尺寸复杂结构非晶合金零件，但其制备的零件残余应力大容易导致开裂等，此外粉末制备成本高，利用率较低。此外还有微滴喷射增材制造非晶合金零件，如专利号为201610244315.X的一中非晶合金材料制备与成形一体化的3D打印方法及装置，该方法直接喷射晶态熔融金属，在较快的冷却速度条件下，制备大尺寸非晶合金零件，该方法成形的非晶合金零件结构也不够致密。Yingqi Li等发表的Buildingmetallic glass structures on crystalline metal substrates by laser-foil-printing additive manufacturing中叙述的一种非晶合金箔材3D叠层打印技术，该方法通过激光束将非晶合金箔材加热至熔化状态后实现箔材之间的原子间联系，该方法的激光在箔材上的光斑导致3D打印后的层与层之间出现波浪状界面，且出现了非常明显的晶化。以上三种3D打印方法存在的共同问题是都将非晶合金材料加热至熔融状态，导致加热下一层材料时对上一层材料重新加热至较高温度，从而引起晶化。综上所述，现有的3D打印成形非晶合金技术并不能解决零件晶化，内部结构不致密的问题，因此开发一种新型工艺方法以成形大尺寸复杂形状、具有多孔结构的非晶合金零件，成为当前急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统及成形方法，通过采用第一激光器实现内部轮廓的初步成形，然后第二激光器选区加热至非晶合金箔材的玻璃转变温度和起始晶化温度之间，最后通过辊轮对切片层的碾压，实现相邻切片层原子间的结合，其目的在于提高零件表面质量和内部结构的致密度，由此解决零件晶化和内部结构不致密的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非晶合金箔材的激光3D打印成形系统，该系统包括第一激光器、第二激光器、基板，升降台，送料机构，其特征在于，

所述送料机构包括多个滚轮，非晶合金箔材缠绕在所述滚轮上，通过首尾端的送料滚轮和退料滚轮的转动实现非晶合金箔材的送料和收料，所述基板设置在所述送料机构后端的下方，是非晶合金箔材的加工平台，该基板的下方设置有升降台，用于调整所述基板的高度；