[发明专利]用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法，包括如下步骤：1)根据金属零件的形状尺寸及综合性能需求，划分中心部分与壳体部分，确定两部分的激光增材制造方式及具体路径；2)结合金属零件表面与内部力学性能需求，确定合适的粉末材料成分与配比、丝材种类与直径；3)综合考虑加工效率与成形质量，调整送丝激光增材制造工艺参数；4)根据使用工况及壳体部分的成形质量需求，调整送粉激光增材制造工艺参数；5)按设定路径同步进行送粉与送丝激光增材制造，直至完成梯度功能金属零件的制造。本发明能够实现梯度功能金属零件的高效率制造，并满足精度与性能需求。

技术领域

本发明涉及激光增材制造领域，具体涉及用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法。

背景技术

梯度功能金属零件是一种内部的合金成分、组织结构等沿设定方向连续或准连续地变化，使得其性能呈现梯度变化的新型复合零件。由于能够缓和热物理性质差异导致的热应力，梯度功能金属零件可以应用于复杂的工况环境，提高零部件的寿命。然而，目前梯度功能零件的制造方法存在工序复杂、加工周期长、零件形状结构设计受限、材料选取受限、生产成本高等问题，限制了梯度功能金属零件的工业化生产与应用。

激光金属增材制造技术使用激光束作为能量源，熔化金属材料并使其逐层堆积，最终完成金属零件的制造。该技术具有灵活、便捷等优势，使其在梯度功能金属零件的制造方面表现出很好的适用潜力。填料式激光增材制造技术一般可以分为送粉激光增材制造和送丝激光增材制造。送粉激光增材制造技术，通过将粉末吹送入激光熔池中进行熔化堆积成形，实现零件的高精度制造，并且可调整粉末材料的成分与配比，进而达到调控零件性能的目的，但存在材料利用率及生产效率低等缺点。而送丝激光增材制造技术与送粉激光增材制造技术不同，该技术采用向熔池中添加金属丝材的方式，具有沉积效率高、零件内部成分均匀的优势。在送丝激光增材制造中，零件的组分及成形精度主要由丝材决定，难以获得高精度、高性能零件。因此，亟需研发一种高效率、高精度梯度功能金属零件的激光增材制造方法。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题，提供了用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法，将金属零件划分为中心部分与壳体部分，充分利用送丝激光增材制造技术的高沉积效率特性，快速完成所述中心部分大尺寸范围的制造，且通过激光增材制造方式与具体路径规划满足中心部分力学性能的设计要求；使用送粉激光增材制造技术在所述中心部分的外层完成所述壳体部分的制造，通过调整粉末成分与配比，满足所述壳体部分的个性化需求，最终实现金属零件整体高效率高精度成形。

本发明通过下述技术方案实现：

用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法，能够获得中心部分与壳体部分之间具有梯度功能特征的金属零件，使用送丝激光增材制造技术高效地完成金属零件中心部分的制造，使用送粉激光增材制造技术在所述中心部分外层完成金属零件壳体部分的制造，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)根据金属零件的形状尺寸及综合性能需求，划分中心部分与壳体部分，确定两部分的激光增材制造方式及具体路径；

2)结合金属零件表面与内部力学性能需求，确定合适的粉末材料成分与配比、丝材种类与直径；

3)综合考虑加工效率与成形质量，调整送丝激光增材制造工艺参数；

4)根据使用工况及壳体部分的成形质量需求，调整送粉激光增材制造工艺参数；

5)按设定路径同步进行送粉与送丝激光增材制造，直至完成梯度功能金属零件的制造。

进一步的，根据金属零件所划分的中心部分与壳体部分，壳体部分均采用送粉激光增材制造方式，具体路径为环形路径；中心部分根据力学性能需求，采用送丝激光增材制造方式或送丝激光增材制造与送粉激光增材制造相结合的方式，并进行具体路径规划。