[发明专利]一种金属构件非连续式激光增材制造方法

说明书

本发明涉及金属构件增材制造领域，具体为一种金属构件非连续式激光增材制造方法。该方法利用传统增材制造的激光光源在成形过程中进行非连续式激光能量输入。在这种非连续式能量输入下，构件以逐“点”成形的方式进行，而非以“线”成形。这种方法可以保证激光熔池温度场的均匀性，降低构件增材制造过程中的热应力，而且适用性强，不仅可以用于金属构件的增材制造，还可用于构件的再制造，易于推广。

技术领域：

本发明涉及金属构件增材制造领域，具体为一种金属构件非连续式激光增材制造方法。

背景技术：

激光增材制造技术是近年来新型的一种先进制造技术。该技术主要包括以同轴送粉为主要特征的激光熔化沉积技术(LMD，Laser Melting Deposition)和以粉床铺设为主要特征的选区激光熔化技术(SLM，Selective Laser Melting)两个方向。尽管上述两个方向的材料添加方式不同，但它们的基本原理相似。即：通过高功率激光长时扫描和原位冶金熔化，完成“逐道搭接”和“逐层熔化”的凝固堆积，实现三维复杂零件从数字模型直接到全致密、高性能构件制备的直接近净成形制造。该技术与传统铸造、锻造等技术相比，具有无需工装模具、制备工序少、晶粒细小、成分均匀等特点，在航空航天、核电、石化、船舶等高端重大装备制造领域具有巨大的发展潜力和广阔的发展前景。

但是，在利用激光增材制造技术制备难焊接钛基合金、镍基合金或铁基合金时，常在合金中出现裂纹，严重影响了增材制造技术的推广应用。很多学者从材料成分调整和增材制造成形工艺优化方面进行了大量的研究工作以期消除裂纹。材料成分调整涉及因素较多，一个新材料从成分确定到走向工程应用需要长时间的验证，而增材制造成形工艺优化在现阶段相对而言较为简单。在增材制造工艺优化方面，激光功率、扫描路径、铺粉厚度/送粉量等工艺参数获得了广泛关注，重点探讨上述工艺参数对金属构件成型过程中温度场和应力场的影响，以及对合金微观组织和力学性能的影响。现有研究主要集中在连续式激光增材制造方面。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种金属构件非连续式激光增材制造方法，以保证激光熔池温度场的均匀性，降低构件中气孔、微裂纹等缺陷的含量。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案是：

一种金属构件非连续式激光增材制造方法，具体步骤如下：

第一步，准备一定尺寸的金属基板和增材制造用金属粉末；第二步，利用切片软件对待成形构件的数模进行切片和扫描路径规划；第三步，激光能量输入按照规划好的扫描路径改为非连续式输入；第四步，进行激光增材制造。

所述的金属构件非连续式激光增材制造方法，激光增材制造的成形过程中，激光能量以非连续式输入，即激光束移动到扫描路径中某一位置时，激光束打开，保证在激光束作用于熔池时，此时激光束与熔池的位置不变，待熔池充分熔化后，激光束关闭，而后激光束移动到下一个熔池位置；此时，激光束打开，继续熔化该熔池，直至激光束关闭并移动到第三个熔池位置；如此循环，直至构件增材制造完成。

所述的金属构件非连续式激光增材制造方法，该方法是按照预先规划的扫描路径采用非连续式激光束进行“逐点熔化”，而后“逐道搭接”和“逐层熔化”，最终激光增材制造出金属构件。

所述的金属构件非连续式激光增材制造方法，预先规划的扫描路径是指，采用已有分层软件对所成形构件进行分层处理，并规划好扫描路径。

所述的金属构件非连续式激光增材制造方法，非连续式激光束进行“逐点熔化”是指，在成形过程中，激光能量以非连续式输入，即激光束移动到扫描路径中某一位置时，激光束打开，此时激光束与熔池的位置不变，待熔池充分熔化后，激光束关闭，而后激光束移动到下一个熔池位置；此时，激光束再次打开，继续熔化该熔池，直至激光束关闭并移动到第三个熔池位置；如此循环，直至完成扫描路径中的某一道次。