[发明专利]一种用于激光选区熔化混合粉末的装置及方法

说明书

本发明涉及激光选区熔化技术领域，具体涉及一种用于激光选区熔化混合粉末的装置及方法。本发明方法是将钛合金粉末，纯铜粉末放入粉末储存腔中，通过输气阀将储气瓶中的气体输入至粉末储存腔中，通过控制中心调节电磁盘加热功能来调节工作腔内的环境温度，然后再调节电磁盘旋转搅拌功能使得电磁盘高速旋转，从而使得多种合金粉末与氢气充分混合。再调节其加热功能来对混合粉末进行固溶时效处理，然后冷却至室温。混合粉末拥有超塑性变形特性，其晶粒发生细化且柱状晶被消除，再在伸缩杆与刮板的作用下将粉末移至零件成型室的工作台上打印成型。

技术领域

本发明涉及激光选区熔化技术领域，具体涉及一种用于激光选区熔化混合粉末的装置及方法。

背景技术

激光增材制造技术是一种将零件逐层构建，通过激光的快速加热来使之成型的三维实体自由快速成形制造新技术，由于其精密加工，快速加工的特点而被广泛应用于航天，汽车，船舶等领域，其成形时所需的粉末对最终的成形件的性能起到了关键性的作用，如在钛合金粉末中加入一定量的Nb，Mo，W颗粒有利于细化钛合金的晶粒，从而提高钛合金的强度。再者，现有的研究已经表明，在Ti6Al4V粉末中加入一定量的Cu元素可以促进克服Ti6Al4V粉末在激光增材制造过程中的高温所带来的的热影响，并消除钛合金粉末中的柱状晶，形成完全等轴的超细晶粒组织。至此，混合粉末已经逐渐成为未来激光增材制造所用的主流粉末。

然而在充满气体的粉末腔中混合各类合金粉末的理念还没有被提出，例如当前研究发现在钛合金中加入适量的氢可以改善其热加工工艺性能，甚至可以获得超塑性变形特性，再经过一些特定的热处理后钛合金内部会出现超细晶粒，从而导致其综合性能得到较大的提升，所以在高温下将氢气置入钛合金粉末之中也成为了未来钛合金加工工艺的重要步骤之一。综上所述，现阶段需要制造一种能在高温气体下混合粉末的粉末腔。

本发明提出了一种带有复合粉末合成功能的选区激光熔化装置，将充满高温气体的工作腔内将钛合金粉末与其他辅助合金粉末混合，高温氢气的作用是与粉末混合提升复合粉末的塑形且让粉末之间的混合更充分，有利于后续激光加工的变形过程的进行。所以，设计一种附带高温气体下混合各类粉末的工作腔的激光选区熔化装置具有十分重要的意义。

发明内容

为了提高现有的合金成形质量，本发明从混合钛合金粉末，其他合金粉末以及气体元素的角度来设计一种用于混合粉末激光选区熔化的装置，从而改善增材制造的成形效果。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于混合粉末激光选区熔化的装置，其特征在于：该装置包括粉末储存腔，粉末储存腔上方有刮板，粉末储存腔右侧外壁上装有压强感应器；粉末储存腔的底部装有具有加热和旋转搅拌功能的电磁盘，电磁盘连接伸缩杆从而能够上下滑动。输气阀连接储气瓶与粉末储存腔，气体通过输气阀从储气瓶输入到粉末储存腔中。排气阀连接真空泵与粉末储存腔，真空泵通过排气阀吸出粉末储存腔中的空气和多余的气体。控制中心位于粉末储存腔的左侧，连接并控制激光器、粉末储存腔内的电磁盘、压强感应器以及伸缩杆。零件成型室位于控制中心和粉末储存腔的中间位置，激光器位于控制中心的上部，工作台位于零件成型室的内部。在控制中心的控制下，粉末在粉末储存腔混合完成后通过刮板进入零件成型室中，然后激光器发出的激光通过反光镜反射进入零件成型室中的工作台上加工粉末。

所述电磁盘包括加热线圈和旋转线圈，加热线圈和旋转线圈之间用隔板隔开，加热线圈为外圈，当控制中心输入电流通过加热线圈时会切割磁场产热而达到加热效果，且控制中心能显示并控制电磁盘加热温度；电磁盘的内圈为旋转线圈，两头分布有磁性相反的磁极，两磁极有金属导体，当有控制中心的输入电流通过金属导体时两磁极会产生斥力和吸力来使导体旋转而带动内圈旋转从而使电磁盘具有旋转功能。所述隔板为隔热效果好的NIP-1050纳米微孔隔热板。

其中，压强感应器感应粉末储存腔内的压强，并在外部显示器上显示数值。

刮板和粉末储存腔的内壁所使用的材料也为NIP-1050纳米微孔隔热板。