[发明专利]提升送粉式激光增材制造效率的工艺

说明书

本发明提供一种提升送粉式激光增材制造效率的工艺，在增材制造过程中，采用摆动光斑进行激光送粉再制造，并且摆动激光送粉再制造过程中，激光光源按照不同的摆动模式在再制造熔池内按照一定的频率周期性的摆动。通过在摆动熔覆过程中，粉末摆动光斑可以通过设置摆幅、频率来控制熔覆层的宽度和成形质量，熔覆层宽度较普通的圆形光斑获得的宽度要高出1‑2倍，形成的熔覆层截面也不再是月牙形，而是粉末熔覆分布均匀的近似矩形形貌，这样的形貌可以大大降低搭接率，降低对母材的热输入，同时提升了制造效率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及一种提升粉末激光增材制造效率的工艺。

背景技术

增材制造是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，以数字化模型文件为基础，通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化，制造出实体产品的一项高端技术，具有省料，节能及环保特点。与传统的“减材”制造加工模式不同，大大节约了原材料的使用，降低了对自然资源和环境的压力，同时突破了传统加工方式的约束，使无法实现的复杂结构制造变为可能，不仅简化了产品设计，还提高了零部件的集成度，大力缩短了产品的开发周期。尤其是在航空航天领域，为实现零件的高性能，需要大量使用钛合金和镍基合金，而这些材料的加工存在较多困难，传统的锻造工艺会切削产生大量难以再利用的废屑，造成不容小觑的原材料浪费。如F22战机的钛合金框重量为144kg，但其原始锻件质量高达到2980kg，材料利用率仅为4.8％。采用增材制造技术，可以节约2/3以上的昂贵材料。目前这项技术已经在航空航天、医疗器械以及创意行业等领域实现了小规模应用，正在向其他行业伸延。

目前最常用的送粉式激光增材制造采用的光斑多以圆形为主，矩形和线性光斑一般用于激光淬火较多。使用圆形光斑实施增材制造时往往需要较大的搭接率，降低了效率的同时，还会在多层多道的增材制造中形成多次重熔，结果造成组织的一致性较差，从而影响整体的力学性能。因此，探索激光送粉式增材制造新方法，提升制造效率，优化力学性能是十分有必要的。

发明内容

本发明目的在于针对现有送粉式激光增材制造存在的问题，提出一种提升送粉式激光增材制造效率的工艺，克服现激光增材制造效率较低，搭接率偏高的不足。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提升送粉式激光增材制造效率的工艺，在增材制造过程中，采用摆动光斑进行激光送粉再制造，并且摆动激光送粉再制造过程中，激光光源按照不同的摆动模式在再制造熔池内按照一定的频率周期性的摆动。

进一步地，所采用摆动光斑进行激光送粉再制造应用于同轴送粉或者旁轴送粉工艺。

进一步地，所述摆动光斑的摆动路径采用环形，即静止时为环形，运动中呈螺旋形分布。

进一步地，所述摆动光斑的摆动路径采用无穷形，即静止时呈无穷符号∞，运动时呈双螺旋形分布。

进一步地，还包括：

通过设置摆幅来控制涂层宽度。

进一步地，还包括：

通过设置频率来控制熔池中的搅拌力。

进一步地，还包括：

通过变换熔覆加工头的准直和聚焦配置，实现不同的最大摆幅尺寸.

进一步地，在摆动熔覆过程中，通过光斑的连续摆动对熔池形成搅拌，促使熔池中气孔的逸出，并将熔池中金属溶液均匀分布在整个摆动范围内，形成矩形形貌或者近似矩形形貌的熔覆层。

如此，本发明所采用的激光光斑不是传统的单一尺寸的几何形，而是可以按照不同的摆动路径、不同的摆幅在熔池内周期性地摆动，从而获得不同熔宽的低气孔率熔覆层。