[发明专利]一种加强型金属激光3D打印复合刮粉刀

说明书

本发明公开了一种加强型金属激光3D打印复合刮粉刀，包括两个胶条刮刀和合金刨刀，合金刨刀固定连接在两个胶条刮刀中间。本发明的复合刮刀，采用两胶条刮刀夹紧合金刨刀，使金属粉末受多次次刮抹，工件打印表面粉末更均匀，打印质量更好，胶条刮刀为刮粉主刀，同时对微小隆起，合金刨刀为辅刀，对每层打印局部超高隆起进行刨削，避免隆起继续恶化，胶条刮刀可单独使用。

技术领域

本发明属于金属激光3D打印刮粉刀技术领域，具体涉及一种金属激光3D打印软硬复合刮粉刀。

背景技术

金属激光3D打印是粉末床熔融。使用激光，逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工至物件完成，粉末床熔融系统有热源和粉末分布控制机制。

在金属激光3D打印过程中，可能会出现大量设备操作者试图避免的问题，包括孔隙、残余应力、翘曲、裂纹、局部隆起等。

（一）金属激光3D打印常见缺陷

1.孔隙

零件激光3D打印过程中，内部非常小的孔穴会形成孔隙，这可由金属激光3D打印工艺本身或者粉末引起。这些微孔会降低零件的整体密度，导致裂纹和疲劳问题的出现。

在雾化制粉过程中，气泡可能在粉末的内部形成，它将转移到最终的零件中。更常见的是，金属激光3D打印过程本身会产生小孔。比如当激光功率过低，会导致金属粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现金属飞溅的现象，融化的金属飞出熔池进入到周围区域。

当粉末的尺寸大于层厚，或者激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。熔化的金属没有完全流到相应的区域也会造成小孔出现。

为了解决这些问题，在金属激光3D打印工艺中，可以通过调整光斑形状来减少粉末飞溅，例如“脉冲整形”可以实现区域逐渐融化。

2.残余应力

在金属激光3D打印中，残余应力由冷热变化、膨胀收缩过程引起。当残余应力超过材料或者基板的拉伸强度，将有缺陷产生，如零件有裂纹或者基板翘曲。

残余应力在零件和基板的连接处最为集中，零件中心位置有较大压应力，边缘处有较大拉应力。

可以通过添加支撑结构来降低残余应力，因为它们比单独的基板温度更高。一旦零件从基板上取下来，残余应力会被释放，但这个过程中零件可能会变形。

为了降低残余应力，必须控制温度起伏，可采取减小扫描矢量长度的方式代替连续激光扫描。选用支撑把零件牢固连接在平台上，并使用体支撑来快速导热。

3.裂纹

除了零件内部孔隙会产生裂纹外，熔融金属凝固或某片区域进一步加热也会出现裂纹。如果热源功率太大，冷却过程中可能会产生应力。

分层现象有可能会出现，导致层间发生断裂。这可能是粉末熔化不充分或熔池下面若干层重熔引起的。

4.翘曲

为了确保打印任务能顺利开始，打印的第一层熔融在基板上。当打印完成后，通过线切割加工使零件从基板上分离。然而，如果基板热应力超过了其强度，基板会发生翘曲，最终会导致零件发生翘曲，会有致使刮刀撞到零件的风险。

为了防止翘曲，需要在合适位置添加适量的支撑。

5.局部隆起

其他变形，比如弹粉、膨胀或者球化，使金属激光3D打印过程中，熔化的金属局部隆起超出了粉末的高度。

（二）金属激光3D打印产生缺陷的原因

1.粉末质量问题

粉末有杂质粉，末流动性不好，粉末颗粒太大。

2.激光参数不合理