[发明专利]利用同步双光束激光提高金属3D打印致密性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属成型的方法，特别是指利用同步双光束激光提高3D打印成型金属件件致密性的方法。

背景技术

3D打印技术是一种新兴的成型方法，其核心是将所需成形工件的复杂3D形体通过切片处理转化为简单的2D截面的组合，因此不必采用传统的加工机床和工模具，依据工件的三维计算机辅助设计模型，在计算机控制的快速成形机上，沿着高度方向逐层沉积材料，成形工件的一系列2D截面薄片层，并使片层与片层之间相互粘接，最终堆积成三维工件。目前的主要的3D打印方法有激光固化式方法、激光烧结式方法、激光切纸式方法、三维打印式方法和熔融挤压式方法，由于5种快速成形机的工作原理和结构等的原因，他们适用的成形材料非常有限，例如，激光固化式方法使用的材料只能是特定液态光敏树脂，熔融挤压式方法使用的材料只能是特定直径和成分的塑料丝，三维打印式方法使用的材料只能是特定成分的石膏粉、陶瓷粉等粉材，激光烧结式方法使用的材料只能是特定成分的塑料粉、覆膜砂和金属粉等粉材，激光切割式方法使用的材料只能是特定成分的纸材等。由于材料是决定成形件性能的根本因素，因此，材料的局限性导致快速成形机制作的器件大多还是只能用于形体观测的样品（prototype），不是真实可用的功能器件，特别是如果将3D打印技术利用在金属件的成型，那么在成型过程中会存在一定的缺陷，如气孔、裂纹、缩孔等，这些缺陷都会导致最终成型的金属零件在机械、电气、力学等性能上与真实产品的要求相比还有较大的差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一种利用同步双光束激光提高金属3D打印致密性的方法，该方法利用第一道激光将合金粉末熔融，依靠多道搭接、逐层叠加的方式形成金属件；在第一道激光打印的同时，利用尾随的第二道激光对每层打印层进行二次熔凝，通过液态金属本身的流动与内应力释放，减少3D打印过程中的孔洞、气穴、热裂纹、交界面开裂等缺陷，提高金属件致密性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：利用同步双光束激光提高金属3D打印致密性的方法，包括：

a.对打印底座、打印底板进行预处理；

b.利用第一道激光和合金粉末在打印底板上按照预设轨迹运行依靠多道搭接、逐层叠加的方式进行3D打印，并在打印过程中对工件面与粉末流场进行惰性气体保护，第一道激光使合金粉末熔融形成打印层；

c.利用尾随的第二道激光对3D打印得到的打印层进行重熔，第二道激光的运行轨迹与第一道激光的运行轨迹相同，第二道激光的光斑中心与第一道激光的光斑中心之间距离为15-40mm，第二道激光与打印层之间的交角为80—85°，打印层逐层叠加冷却后形成金属件；

d.对金属件进行后期加工。

作为一种优选的方案，所述方法中用到的合金粉末为镍基合金粉末，其成分按重量百分比为：15-25%SiC，1-2%C，4-6%CaF2，3-5%SiN4，12-27%Cr，3-5%B，0.5-1.2%V，1-5.5%Si，5-25%Mo，0.5-1.5%Mn，余量为Ni，上述材料均为100-200目的粉末。

作为一种优选的方案，所述第一道激光为光纤激光，该第一道激光采用多道搭接的方式运行，所述合金粉末的送粉方向与第一道激光光束同轴，所述第一道激光的激光波长为1.06μm，输出功率为4000W，运行速度为2-15mm/s，单道宽度为2-6mm，第一道激光与待打印部位之间的交角为80—85°。

作为一种优选的方案，所述第一道激光为二氧化碳激光，该第一道激光采用多道搭接的方式上运行，所述合金粉末的送粉方向与第一道激光光束同轴，所述第一道激光的激光波长为10.6μm，输出功率为5000W，运行速度为2-15mm/s，单道宽度为2-6mm，所述第一道激光与待打印部位之间的交角为80—85°。

作为一种优选的方案，每层打印层的厚度为0.5-3mm。

作为一种优选的方案，第二道激光的功率小于第一道激光的功率。

作为一种优选的方案，所述步骤d包括：d1、将打印后的金属件连同打印底板从打印底座上取出；d2、将金属件与打印底板剥离；d3、对金属件外形尺寸或表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工。

作为一种优选的方案，所述步骤d包括：d11、将金属件连同打印底板从打印底座上取出；d12、对金属件外形尺寸或表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工；d13、将金属件与打印底板剥离；d14、对金属件上与打印底板连接的连接面进行后期机加工。