[发明专利]一种激光熔融多金属双相围堰式增材制造方法

说明书

本发明公布了一种激光熔融多金属双相围堰式增材制造方法，该方法将激光熔覆与多金属熔融填充相结合，通过激光熔覆构造围堰式结构与内堤式结构，并在围堰式结构与内堤式结构所包围的实体区域进行多金属熔融填充，利用当前成形层中金属熔体冗余热量及其在凝固时释放的相变潜热，使温度并未远离熔点的前一成形层表面再度升温以至重熔，当其再度凝固时即与同时凝固的当前成形层形成层间致密冶金结合。该方法不仅可以实现具有复杂结构金属件的直接快速成形，同时能够降低在金属材料增材制造中易产生的孔隙、疏松和裂纹缺陷率，提高金属材料增材制造成形效率和制件性能。

技术领域

本发明属于增材制造领域，特别涉及一种激光熔融多金属双相围堰式增材制造方法。

背景技术

目前，增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术已成为国内外研究热点，该技术采用逐层堆积材料的方法制造三维实体，属于离散/堆积成形方法,即分层实体制造，与传统的去除成形(车、铣、刨、磨、钳等)方法和受迫成形(锻压、铸造粉末冶金等)方法相比，具有高精度、高性能、无污染等优点。

增材制造技术可加工原材料比较广泛，目前，诸如树脂、塑料等非金属材料的增材制造技术已有较为成熟的工业化应用。在金属材料增材制造方面，由于材料熔点高、热胀系数大、熔融后的熔体黏性与表面张力随温度变化剧烈等原因，在成形效率、成形性能、成形件变形与缺陷控制等方面还有很多难题亟待攻克。

国内外研究人员对金属材料增材制造技术进行了广泛而深入的研究，并取得了大量成果，如激光烧结成形、激光熔覆成形、真空电子束成形等。然而，之前取得的绝大多数技术成果，其物理原理都是通过单一能量源使基体（或前一成形层）金属材料与增材的金属键同时破坏并重新结合为新的键合，使层间形成致密冶金结合，藉此实现金属材料的离散/堆积成形。由于单一能量源输出功率有限、成形手段单一、成形效率受限于能量束截面面积等不利因素，在实际增材制造过程中体现出设备运行成本高、成形效率低、制造成品性价比不高等问题。因此，寻求金属材料多源高效快速增材制造方法，已经成为金属材料增材制造技术向实用化、产业化发展的关键所在。

发明内容

本发明针对现有金属材料增材制造技术存在成形效率低、制造成本高、生产周期长等问题，提出一种激光熔融多金属双相围堰式增材制造方法，通过该方法不仅可以实现具有复杂结构金属件的直接快速成形，同时将激光熔覆与多金属熔融填充相结合，通过激光熔覆构造围堰式结构与内堤式结构，并在围堰式结构与内堤式结构所包围的实体区域进行多金属熔融填充，利用当前成形层中金属熔体冗余热量及其在凝固时释放的相变潜热，使温度并未远离熔点的前一成形层表面再度升温以至重熔，当其再度凝固时即与同时凝固的当前成形层形成层间致密冶金结合，降低或杜绝在金属材料增材制造中易产生的孔隙、疏松、裂纹缺陷率，提高金属材料增材制造成形效率和制件性能。该方法的具体实施步骤为：

a. 预成形件三维模型数据处理：建立预成形件的CAD模型，利用分层软件，将建立的CAD模型沿高度方向进行分层处理，得到每一层的二维模型数据文件，将各层二维模型数据文件转换成能被激光熔覆装置和多金属熔融填充装置识别并执行的外轮廓及内孔轮廓熔覆指令和内部区域填充指令；

b. 利用激光熔覆沿外轮廓构造围堰：激光熔覆装置在外轮廓熔覆指令驱动下沿预成形件当前层外轮廓线进行同轴送粉激光熔覆，形成围堰式结构；

c. 当预成形件当前层平面为复连通域平面时，在步骤b执行完成后，利用激光熔覆装置在内孔轮廓熔覆指令驱动下沿当前层内孔轮廓线进行同轴送粉激光熔覆，形成内堤式结构；当预成形件当前层平面为单连通域平面时，则跳过本步骤直接执行步骤d；