[发明专利]超声辅助铺粉的激光选区烧结制备纯钨零件的装置与方法

说明书

本发明涉及超声辅助铺粉的激光选区烧结制备纯钨零件的装置与方法，其主要针对现有工艺条件下选区激光烧结获得的纯钨材料致密度低、质量较差等问题。该方法将计算机仿真获得的优化工艺条件应用于超声辅助装备进行铺粉，提高烧结前铺粉床的致密度，并对不同粒度钨粉在计算机仿真获得的优化工艺条件下进行选择性激光烧结，从而实现高密度纯钨零件的制备。本发明方法在铺粉过程中使钨粉致密度及均匀性得到很大提升，使后续烧结得到的纯钨零件更加致密，同时，该方法有效节约资源，降低成本，缩短实验时间，解决了传统方法制备纯钨金属工艺流程长、时间长、工序复杂等问题。

技术领域

本发明涉及超声辅助铺粉的激光选区烧结制备纯钨零件的装置与方法，属于增材制造技术领域。

背景技术

增材制造是一种利用三维模型数据通过层层堆积的方式制造零件的技术，由于具有成型速度快、加工无多余废料及可生产较精密且形状复杂的零件等独特优势，近年来受到国内外科学工作者及工业生产者越来越多的关注。其中选区激光烧结技术(SelectiveLaser Sintering,SLS)具有制造工艺简单、材料利用率极高及可精确控形控性等独特优势，成为发展最快，且具备工业化生产能力的精密增材制造技术之一。

激光选区烧结(SLS)和激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是增材制造技术的重要分支，在生产复杂零件及快速成型和降低成本等方面展现出巨大优势和未来发展潜力。

钨是一种难熔稀有金属，由于其所具有的高熔点(3410℃)、高密度(19.3g·cm^-3)、高导热率(165W·m^-1·K^-1)、高强度、低热膨胀系数(4.6×10^-6mm·K^-1)以及强抗腐蚀能力等特性，已成为各国机械加工、电子信息、航空航天、国防军工、核能(如聚变反应堆中偏滤器)及医疗(如CT设备核心准直器)等尖端技术领域的重要基础材料。作为一种战略储备元素，我国的钨资源储量丰富(占世界总储量的58％)，位居世界第一。因此，如何充分发挥其不可替代作用，开发高性能纯钨构件对我国优势资源高效利用的战略部署和高新技术行业中高端装备的国产化和升级换代具有重大意义。但由于钨所具有的极高熔点，制备过程中存在硬度高、韧性差、容易断裂的缺点导致纯钨零件难以致密成形、成形后缺陷多。

从现有的制备纯钨零件的方法来看，多采用粉末冶金(Powder Metallurgy,PM)方法(如热等静压及热压烧结等)来制备，但PM法由于其自身的局限性加大了致密纯钨零件制备的难度，从而在一定程度上限制了其发展及应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对传统方法在纯钨零件制备过程中存在的问题，本发明提供超声辅助铺粉的激光选区烧结制备纯钨零件的装置与方法，以克服现有SLS及PM法的不足，实现高性能、高密度纯钨零件的增材制备。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

超声辅助铺粉的激光选区烧结制备纯钨零件的装置与方法，其包括如下步骤：

S1、数学建模：将拟制备零件的三维CAD模型导入计算机中，利用切片软件将三维CAD模型转换成一系列二维平面模型，按照平面模型之间的间隔1～2mm进行分层，完成三维数据二维化的离散过程，并将二维平面模型的数据转化成数控加工命令，控制激光烧结装置的工作过程。

S2、铺粉工艺优化：针对实际铺粉过程，通过计算机数值仿真与模拟，实现工艺优化，获得铺粉的最佳工艺参数。

S3、装粉：在烧结前称取一定量平均粒径在10～50μm范围内的钨粉，并将之装入激光打印机的送粉器中备用。

S4、高质量铺粉：打开激光器和送粉器，在氩气保护的条件下，使用步骤S2中计算机优化的工艺进行超声辅助铺粉。