[发明专利]一种高功率大层厚选区激光熔化成形方法

说明书

本发明公开了一种高功率大层厚选区激光熔化成形方法，采用万瓦功率的设备进行激光加工，且单个激光器额定功率不小于1000W；原材料为大粒径粉末，其中D90不小于150um；层厚不小于100um；在3D打印过程采用不小于150um的光斑直径，层厚不小于100um；通过减少3D打印所需时间、使用低成本粉末、减少耗材的使用，可使选区激光熔化制件的成本降低50％‑80％。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种高功率大层厚选区激光熔化成形方法。

背景技术

由于选区激光熔化增材制造技术(High-efficiency selective laser melting，HSLM)可以实现一体化、轻量化、功能化结构的快速制造，已逐步应用于各个行业，如航空航天、军工、医疗、磨具制造等。但由于成本过高，使得很多潜在行业望而却步。除非是难加工材料，如钛合金、高温合金，针对大多数不锈钢、铝合金等材料的产品，增材制造的成本仍然远高于锻造和铸造。根据典型产品的成本统计，选区激光熔化产品的成本主要来自几个方面，具体比例如下：粉末原材料(20％-30％)、增材成形(40％-50％)、热处理(5％-10％)、后处理(15％-20％)、无损检测(5％-10％)。因此，增材成形和粉末原材料的成本之和约占产品总成本的60％-80％，如何降低两者的费用将是降低成本的关键因素。

对于技术的早期阶段，相关设备和材料需要进口，导致成本高昂。近年来，随着国产设备和原材料的逐渐成熟，选区激光熔化的成本也逐步降低，其中250mm*250mm幅面设备的小时费率已由2015年之前的500-600元/小时降低至150-200元/小时；典型的钛合金粉末已由2015年之前的5000-6000元/公斤降至1000-1500元/公斤。随着国产化的深入，选区激光熔化技术的成本控制手段已无法从国产化角度切入，必须探索新的成本控制手段。由前期研究可知，提高打印效率，降低原材料价格将是控制成本的主要手段。通过调研可知，现有技术一般采用400W-500W激光器,总功率不超过2000W。由于激光功率有限，一般层厚为30-50um。而由于层厚的限制，目前使用粉末一般为15um-63um，细粉的粉末应用率一般只有30％左右，因此也导致粉末价格难以下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率大层厚选区激光熔化成形方法，以实现大部分制件成本的降低。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高功率大层厚选区激光熔化成形方法，使用万瓦功率设备进行激光加工；使用原材料为大粒径粉末：其中D90不小于150um；在3D打印过程采用不小于150um的光斑直径，层厚不小于100um。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明采用高功率选区激光熔化方法，层厚不小于100um，可使打印层数减少50％以上，一方面减少打印时间，提高效率，降低增材成形的费用；另一方面减少气体、滤芯、刮刀的消耗，进一步降低耗材成本；

(2)使用15um-150um大粒径粉末，可使粉末使用率由20％-30％提升至70％-80％，降低原材料的成本。

附图说明

图1为本发明一种高功率选区激光熔化方法原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。