[发明专利]一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料及方法

摘要

本发明公开了一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料及方法，将CAD三维实体模型切片技术，数字编程技术，激光快速成形技术，材料合成技术等技术融合为一体，在无需任何专用模具和工装条件下，在铝合金基体上，以质量百分比为：Al：80.0，Fe：3.0，Cu：2.0，Si：3.0，Ti：4.0，B:3.0，Mn：1.5，C：2.0，Ce：1.5的粉末为原料通过激光束快速熔化、凝固进行“多层熔覆堆积”，直接从零件数字模型一步完成高性能、全致密、高疲劳寿命等综合性能好的铝合金结构件。该方法成本低、周期短、材料利用率高，适用于大型、复杂铝合金结构件的一体化快速成型制造，制备的零件形状和大小不受限制，可以满足结构整体化的要求。

主权项

一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征在于：包括如下步骤：1）采用真空等离子旋转电极雾化方法分别制备出Al、Fe、Cu、Si、Ti、B、Mn、C和稀土Ce共9种粉末，各粉末纯度≥99.99%，粒度0.050～0.250ｍｍ，将上述各粉末按照质量百分比为Al：80.0%，Fe：3.0%，Cu：2.0%，Si：3.0%，Ti：4.0%，B: 3.0%，Mn ：1.5%，C：2.0%，Ce：1.5%进行配制，并采用球磨机均匀混合12小时以上，粉末混合均匀后放入120℃的烘干箱烘干4小时以上，再置于激光自动送粉器中备用；2）将厚度大于5mm的铝合金基体材料的表面用800 #棕刚玉砂纸打磨20分钟、LCD抛光布抛光20分钟以上，用5%～10%的稀盐酸酸洗20分钟以上，用清水清洗，将铝合金基体放入高真空辉光等离子渗金属设备中阴极上，抽真空到1×10‑2 pa以上，在电压‑500～‑900V，电流3～8A参数下清洗50分钟，冷却到室温后取出，放入超声波清洗器中用丙酮清洗30分钟以上，冷却到室温后取出待用；3）用切片技术将需要3D打印的结构件的连续三维数模离散成层厚为600～900μm及顺序的分层切片，将需要3D打印的结构件的三维数据信息转换成一系列二维数据，并根据切片轮廓设计一定的激光工艺参数，沿由二维平面数据所确定的扫描轨迹生成每一层的数控加工程序，传递给计算机数控装置；所述激光熔覆的工艺参数为：输出功率3.5～5kW，光斑直径5～8mm，扫描速度1200～2000mm/min，搭接率20%～25%；4）将铝合金基体放置在氮气保护装置内，预先充入一定流量的高纯氮气，使氮气保护装置腔内氧含量小于50μＬ∕Ｌ；所述高纯氮气流量为5～30L·min‑1，纯度≥99.99%；5）运行程序，激光束按照预定轨迹运行，通过激光自动送粉器，将步骤1）中的混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成与基材冶金结合的激光熔覆层，通过每一层的数控加工程序实现逐层激光熔覆，获得一个熔覆截面，一层熔覆，激光头上升一个切片厚度的高度再熔覆第2层，并使第2层与第1层冶金结合在一起，逐层熔覆，最终得到所需要形状的三维铝合金结构件。