[发明专利]一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法

说明书

本发明属于激光增材制造技术领域，涉及一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法，其制备方法是：选用流动性好的球形钛合金粉末为原材料；使用三维软件构建所需制备的零件模型，将模型进行二维切片后导入选区激光熔化成型设备；设定合适的激光加工工艺参数，加工过程在氩气保护气氛下进行，加工完成后进行线切割，清洗，喷砂即得。与现有技术相比，本发明提供的制备钛合金零件的方法，通过不断优化激光加工工艺参数，使得制得的钛合金零件致密度高、综合机械性能强。

技术领域

本发明属于激光增材制造领域，尤其是涉及一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法。

背景技术

3D打印技术突破了传统制造技术的切削加工或材料受迫成形原理的思路，采用新型的增材成形思路，通过离散堆积的方法由下而上逐层累积，无需传统的模具和机加工即可实现材料的成形。相对于传统的机械加工方法，3D打印技术主要有以下优点：(1)成形过程更加灵活，无需工装夹具或模具的支持，特别适用于成形结构复杂的制件，能够满足特殊制件的小批量生产和个性化定制要求；(2)能够实现材料的“净成形”或“近净成形”，提高了材料的利用率；(3)3D打印技术成形效率高，生产周期短，极大地降低了生产成本，且成形过程便于实现信息化控制；(4)由于激光热源能量密度高，3D打印成形的制件经历了快速熔化/凝固过程，其非平衡凝固特点促进了制件性能的优化，进而形成了优于传统锻造、铸造等工艺成形件的微细均匀、综合机械性能优异的快速凝固组织；(5)加工材料的适用范围广，一些传统加工方法难以加工的高熔点金属、合金及陶瓷材料等也可通过该工艺成形。

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术作为一种典型的3D打印工艺，是在选区激光烧结技术的基础上发展而来的，此工艺实现了成形制件的完全致密化并进一步提高了其综合力学性能。选区激光熔化技术采用粉末的完全熔化机制，通过选择合理的激光工艺参数，使新铺置层金属粉末颗粒完全熔化，已沉积层部分熔化，从而实现层与层之间良好的冶金结合。目前，该技术已用于成形镍基高温合金、钛合金、模具钢、不锈钢等多种金属。

作为航空、航天领域主要结构材料之一的钛合金，由于具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能好、导热率低、无毒无磁、可焊接等一系列优点，目前，钛合金3D打印技术已成功用于航天发动机中的小型精密构件和航空大型复杂构件的直接成型。早在1997年，美国Sandia国家实验室就提出利用激光增材制造成形钛合金构件的想法，并采用激光熔化沉积技术制备出了第一篇Ti6Al4V钛合金发动机叶片。2012年，增材制造技术的研究、应用取得若干重大进展。如NASA使用选择性激光熔融技术制造金属零件，并计划将该技术用于制造J-2X发动机零件。美国Sciakv公司在大型钛合金构件电子束增材制造技术及装备研究方面处于国际领先地位。近年来我国在钛合金3D打印技术研究方面也取得了很大的进展，但钛合金零件在加工过程中，熔池中发生了复杂的化学反应，输入的热源对成形质量和动量变化有显著的影响，如粉末原材料(粒度、流动性、球形度等)和激光参数(激光功率、扫描速度、扫描间距等)对成形零件具有重要影响。因此，粉体材料快速熔化凝固不可避免的导致成形制件内部的气孔、裂纹和残余应力等组织缺陷，进而影响成形件的综合机械性能及使用的稳定性和可靠性因此，为了得到组织和性能优异的钛合金零件，对粉末原材料和激光参数的控制显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术钛合金零件成形过程中存在的气孔、裂纹等缺陷，本发明提供一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于选区激光熔化技术制备钛合金零件的方法，包括以下步骤：

1)选用流动性好的球形钛合金粉末作原材料；

2)使用三维软件构建所需制备的零件模型，将模型进行二维切片后导入选区激光熔化成型设备；

3)设置选区激光熔化加工过程的加工工艺参数，并进行激光加工；