[发明专利]采用PREP TC4球形粉末的激光熔化沉积增材制造方法

说明书

本发明提供了一种采用PREP TC4球形粉末的激光熔化沉积增材制造方法，其包括以下步骤：步骤S₁、选用等离子旋转电极雾化法制备的TC4合金球形粉末，TC4合金球形粉末的粉末粒度为45μm‑180μm；步骤S₂、将TC4合金球形粉末置于真空干燥箱中，根据粉末用量及状态，对TC4合金球形粉末进行烘粉至完全干燥；步骤S₃、使用人工筛粉或自动筛粉装置进行筛粉，将筛好的粉末装入送粉装置；步骤S₄、利用同步送粉激光增材制造设备对TC4合金球形粉末进行LMD成形；步骤S₅、将成形件置于真空热处理炉中进行去应力处理；步骤S₆、获得制件。本发明极大地减少气孔等缺陷，提高成形件质量。提高成形精度，减少融合不良或未融合缺陷。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种采用PREP TC4球形粉末的激光熔化沉积增材制造方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术俗称3D打印(Three DimensionPrinting)技术，增材制造采用高能束将材料熔化逐层累加的方法制造实体零件。主要分为三大类：非金属的增材制造、生物组织/器官的增材制造和金属的增材制造。在金属增材制造领域，又主要发展为两类技术方向：一、基于同步送粉的激光熔化沉积(LMD,LaserMelting Deposition)增材制造技术。激光熔化沉积(Laser Melting Deposition)是采用激光将材料熔化逐层堆积的方法制造实体零件。二、基于粉末床(铺粉式)的激光选区熔化技术(SLM，Selective Laser Melting)和电子束熔融(Electron Beam Melting)增材制造技术。基于同步送粉的激光熔化沉积增材制造金属零件的成形过程是通过载粉气将球形粉末输送并汇聚，使用高能激光束将同步输送汇聚的金属粉末熔化，形成移动的金属熔池。在高温度梯度下小熔池快速凝固，逐层熔化堆积，形成实体零件。

目前，同步送粉增材制造所用合金粉末主要为钛合金、高温合金、钢、铝合金等粉末，其中以TC4合金粉末应用最广，尤其是在航空航天高附加值零部件领域所占比例远超其他合金。相比传统的减材制造方法，采用同步送粉的激光熔化沉积增材制造制备TC4合金零件，极大地解决了钛合金难加工问题。同时，提高了设计的自由度，具有柔性高、材料利用率高的特点。

对于大型复杂TC4合金零部件的制备，能有效降低成本、缩短制造周期。而基于同步送粉的激光熔化沉积成形过程所用的金属粉末，一般为气雾化法制备的球形粉末。该粉末空心率高，卫星球粉末含量高，粉末球形度不高，流动性较差，使得成形过程中送粉不均、形成孔隙等缺陷，严重影响激光熔化沉积增材制造成形件的形状、组织和性能，极大降低零件质量。因此，急需提高原材料粉末的性能来提高增材制造零件的质量。

等离子旋转电极雾化法制备的合金粉末其粗粉收得率高，所制备的粉末具有表面清洁、球形度高、伴生颗粒少、无空心/卫星粉、流动性好、高纯度、低氧含量、粒度分布窄等优势，能极大满足金属增材制造对粉末的要求，但采用等离子旋转电极雾化法制备的合金粉末通过同步送粉的增材制造缺乏成形工艺、热处理工艺及成形件的性能数据。

传统的气雾化法制备的TC4合金粉末作为激光熔化沉积增材制造成形同步送粉的主要粉末原材料，其粉末的性能特点，如空心/卫星粉含量高及流动性差、球形度低、夹杂、氧含量高、粒度分布宽等问题，会降低成形件的质量，使得成形件发生变形，增加成形件的孔隙率，形成缺陷，降低成形件的性能，增加成形件的不合格品率，严重时会导致零件报废，增加生产成本。对于等离子旋转电极雾化法所制备的TC4合金粉末，通过同步送粉的激光增材制造成形，缺乏成形工艺、热处理工艺及成形件性能数据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中制备TC4合金的方法缺乏成形工艺、热处理工艺及成形件的性能数据等缺陷，提供一种采用PREP TC4球形粉末的激光熔化沉积增材制造方法。