[发明专利]一种基于分阶段热处理的金属增材制造方法

说明书

一种基于分阶段热处理的金属增材制造方法，属于增材制造领域。为解决金属增材制造工件存在应力不均的现象。本发明第一激光器的光路经过第一扩束准直镜进行准直后，进入第一动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第一扫描振镜反射，在待成形表面形成较大尺寸的光斑，对材料表面进行预热处理；第二激光器的光路经过第二扩束准直镜进行准直后，进入第二动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第二扫描振镜反射，在预热处理后的待成形表面形成较小尺寸的光斑，使得粉材熔化成形；第三激光器的光路经过第三扩束准直镜进行准直后，进入第三动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第三扫描振镜反射，在待成形表面形成适中尺寸的光斑，对表面已成型区域进行重熔。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种基于分阶段热处理的金属增材制造方法。

背景技术

金属增材制造技术是近年来机械制造领域发展的重要方向，该技术融合了信息学，材料学，热力学和机械制造工艺学等相关学科的前沿思想，目前对于热门行业的研究发展已经覆盖到了航空航天，生物医疗，汽车模组等产业。

金属增材制造技术利用高能激光束逐层扫描金属粉末，使金属粉末在短时间内熔化、凝固，从而实现复杂结构一体化的增材成形技术。尽管其在成形复杂精密零件方面具有很大的优势，但由于金属增材制造过程中急热急冷的成形特点，成形件中普遍存在孔隙、球化等缺陷，同时由于局部加热不均匀，局部温度难以控制，成形过程中会产生较大的温度梯度，出现应力集中现象，导致零部件出现裂纹、翘曲等。

目前的技术方案，主要是根据加工经验进行工艺参数调整，或者是打印完成后再对工件进行热等静压等后处理，对打印过程中成型件局部的温度控制效果非常有限。

发明内容

本发明要解决的问题是增材制造工件存在应力不均的现象，提出一种基于分阶段热处理的金属增材制造方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于分阶段热处理的金属增材制造方法，包括如下步骤：

S1、金属增材制造表面成形区域的预热处理：第一激光器的光路经过第一扩束准直镜进行准直后，进入第一动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第一扫描振镜反射，在待成形表面形成较大尺寸的光斑，对材料表面进行预热处理；

S2、金属增材制造表面成形区域的正式成形：第二激光器的光路经过第二扩束准直镜进行准直后，进入第二动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第二扫描振镜反射，在步骤S1预热处理后的待成形表面形成较小尺寸的光斑，使得粉材熔化成形；

S3、金属增材制造表面成形区域的后热处理：第三激光器的光路经过第三扩束准直镜进行准直后，进入第三动态聚焦装置，形成汇聚光，再经过第三扫描振镜反射，在待成形表面形成适中尺寸的光斑，对表面已成型区域进行重熔。

进一步的，步骤S1中所述第一束激光光斑的直径为300-500μm，激光功率为80-200W，预热温度为400-1250K。

进一步的，步骤S2中所述第二束激光光斑的直径为100-200μm，激光功率为80-1500W。

进一步的，步骤S3中所述第三束激光光斑的直径为200-400μm，激光功率为80-250W，重熔温度为1000-2250K。

进一步的，第一激光器、第二激光器以及第三激光器的光路两两相互平行，且第一束激光、第二束激光以及第三束激光的光束中点共线。

进一步的，所述第二束激光光束中点与所述第一束激光光束中点的距离为第一束激光光斑的直径的0.5倍，所述第三束激光光束中点与所述第二束激光光束中点的距离为第二束激光光斑的直径的0.5倍。

进一步的，所述第一束激光的光斑直径与所述第二束激光的光斑直径之比为3:1-2:1，所述第二束激光的光斑直径与所述第三束激光的光斑直径之比为1:1.5-1:2。