[发明专利]一种金属材料的增材制造方法

说明书

本发明是关于一种金属材料的增材制造方法，涉及增材制造技术领域。该方法包括：建立待加工工件的三维模型；根据预设的切片厚度进行切片及路径规划；成形平台下降预设高度，控制铺粉；根据预设的切片厚度、粉末的飞溅程度、粉末的孔隙率以及材料的热膨胀状态计算实际铺粉厚度；计算得到每层粉末熔化时所需的实际能量输入；对粉层进行熔化扫描制备金属材料。本发明根据预设的切片厚度、粉末的飞溅程度、粉末的孔隙率以及材料的热膨胀状态计算实际铺粉厚度，从而计算出每层粉末熔化时所需要的实际能量输入，从而保证能量输入与铺粉厚度相匹配，减少工件内部的缺陷，提高工件质量。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种金属材料的增材制造方法。

背景技术

粉床熔融增材制造成形方法的原理为在预置底板上铺置一层粉末，根据零件路径规划数据有选择地对铺置粉末进行选区扫描熔化，根据切片数据底板下降一定层厚的高度，再进行下一层铺粉和熔化，新熔化层与前一层熔合为一体，层层堆叠直到零件加工完成。

可见，粉床熔融增材制造过程是通过松散金属粉末的逐层熔化来实现的，熔化完成后存在体积收缩的现象，通常增材制造用粉末的孔隙度在 0.4~0.6 之间，也就意味着不考虑其它因素的情况下，单层存在约40%~60%的体积收缩，使凝固层表面低于熔化前粉层高度。通常情况下基板下降高度与切层厚度是一致的，也是固定的，这样就会导致下一层铺置粉末厚度大于预设粉层厚度。随着加工层的增加，粉层的收缩量也会有一个函数性的累加。此外，除粉末孔隙度的影响外，成形过程中粉末的飞溅、凝固金属的热膨胀问题等都会对粉层的收缩量存在较大影响，也就对实际铺粉厚度存在较大影响。如果继续采用预设铺粉厚度对应的能量输入，将会导致铺粉厚度与能量输入的不匹配，从而使得成形零件内部存在层间结合不良等缺陷，通常可采用降低粉末层厚，采用松装密度较高的粉末或优化预热工艺以降低飞溅来抑制粉层收缩对成形质量的影响，但效果有限。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料的增材制造方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明提供一种金属材料的增材制造方法，包括：建立待加工工件的三维模型；根据预设的切片厚度对待加工工件的三维模型进行切片处理并进行路径规划处理，得到所述三维模型的二维切片数据与路径规划数据；根据所述二维切片数据控制所述增材制造装备的成形平台下降预设高度，并控制所述增材制造装备的铺粉机构进行铺粉；根据预设的所述切片厚度、粉末的飞溅程度、粉末的孔隙率以及材料的热膨胀状态计算实际铺粉厚度；所述增材制造装备按照预设的能量输入和所述实际铺粉厚度计算得到每层粉末熔化时所需的实际能量输入；所述增材制造装备按照每层粉末熔化时所需的实际能量输入对粉层进行熔化扫描，从而得到所述金属材料。

优选的，所述预设的切片厚度 h 为固定值，其值为 0.02~0.2mm。

优选的，所述成形平台下降预设高度与所述预设的切片厚度相同。

优选的，所述粉末第 n 层的实际铺粉厚度 Hn 由以下公式计算：

当 n=1 时，H1=h；

当 n＞1 时，Hn=h+an-1，an-1=Hn-1-Hn-1 (1-ηn-1)(1-θ) (1+ɑ×ΔTn-1)；

其中，h 为预设的切片厚度，an-1 为第 n-1 层粉末熔化凝固后的收缩量，ηn-1为待加工工件的截面范围内熔化第 n-1 层时粉末的飞溅质量占第n-1 层的铺粉质量的百分比，θ 为粉末的孔隙度，ɑ 为平均线膨胀系数，ΔTn-1 为第 n-1 层粉末熔化凝固后的温度与室温的温度差，n 为正整数。