[发明专利]铝材的激光选区熔化成形方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维制造技术领域，具体涉及一种铝材的激光选区熔化成形方法及其系统。

背景技术

铝及铝合金是有色金属中应用最广泛的材料之一，具有密度小，易加工，热膨胀系数低，热导率高，刚度和强度高等诸多优异性能，在航空航天、轨道交通、汽摩工业、光学仪器等领域获得广泛应用。相比而言，铝基复合材料具有更高的比强度和比刚度，更好的耐高温性和耐磨性，铝基复合材料已成为航天飞机、人造卫星、空间站、金属镜光学系统、汽车零部件等常用的结构材料。激光选区熔化成形技术(SLM)是一种新型制造技术，可以克服传统加工的减材制造对原材料的大量浪费，同时具有快速成形，细化晶粒，组织均匀无缺陷，易实现柔性加工等优点，已成为铝、铝合金以及铝基复合材料复杂结构件快速成形技术的首选。

激光选区熔化成形过程主要表现为待加工粉体材料吸收激光能量并将该能量转化为热能，粉体材料对激光能量的吸收效率对激光加工过程起决定性影响。然而，激光在铝、铝合金以及铝基复合材料表面产生强烈的反射，带走绝大部分能量，降低了激光选区熔化成形的效率，同时也对激光器的功率提出了更高的要求，提高了铝、铝合金以及铝基复合材料激光选区熔化成形系统的制造成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种，利用波长为700nm-900nm的激光，对铝材进行铝材的激光选区熔化成形方法及其系统，充分利用了铝、铝合金及铝基复合材料对波长为700nm-900nm的激光的高吸收性，使其在选区融化过程中能量利用效率和成形效率更高，且成形更加精准，其中成形方法具体技术方案如下：

一种铝材的激光选区熔化成形方法，采用以下步骤，

步骤一：利用计算机建立几何模型，生成激光扫描路径；

步骤二：成形基板预热；

步骤三：对成形室抽真空；

步骤四：向成形室注入保护气体；

步骤五：向成形室送入粉末原料；

步骤六：对粉末原料进行铺粉作业；

步骤七：开启波长为700-900nm的连续激光，或者为脉冲激光，或者为准连续激光，融化粉末原料；

步骤八：判断产品加工是否完成，否，则进入步骤九，是，则进入步骤十；

步骤九：成形室中的成形缸下降一层，进入步骤五；

步骤十：清除多余粉末原料；

步骤十一：取出成形件。

为更好的实现本发明方法，可进一步为：

所述步骤三中抽真空的气压范围为1×10^-5Pa到1×10⁴Pa。

所述粉末原料为铝，或者为铝合金，或者为铝基复合材料，该粉末原料的粒径范围为10nm～500μm。

其中系统的具体方案如下：

铝材的激光选区熔化成形系统，包括光源系统(1)，还设置有激光扫描系统(2)、粉末摊铺系统(3)和气氛控制系统(4)，其中所述激光扫描系统(2)设置有至少一个激光控制机构(5)，所述光源系统(1)发出的激光通过每个该激光控制机构(5)后分别经二色镜(6)进入扫描振镜(7)，该扫描振镜(7)输出的激光经聚焦透镜进入所述粉末摊铺系统(3)中；

所述粉末摊铺系统(3)设置有成形室(8)，在该成形室(8)中设有铺粉机构(9)；

所述气氛控制系统(4)由抽真空机构(10)和保护气体注入机构(11)组成，该抽真空机构(10)的抽真空口和保护气体注入机构(11)的注入口均与所述成形室(8)相通。

所述铺粉机构(9)包括加工平面(91)，在该加工平面(91)一侧的上方设有送粉缸机构(92)，在靠近该送粉缸机构(92)的两侧上方相对设置有滑轨(93)，在两条该滑轨(93)间通过运动机构(94)安装有刮刀(95)；

在所述加工平面(91)的中部开有加工孔(98)，在该加工孔(98)中设有成形缸(92)，该成形缸(92)的下方连结有升降机构，在所述加工平面(91)上还设置有收粉孔(96)，该收粉孔(96)靠近所述加工孔(98)，在所述加工平面(91)的下方设置有与所述收粉孔(96)相对应的收粉腔(97)。使用中，送粉缸机构(92)将铝材粉末原料送入成形缸(92)，在运动机构(94)的带动下，刮刀(95)对成形缸(92)中的铝材粉末原材料进行铺粉，在激光完成单层成形后，通过成形缸(92)下方的升降机构调节高度，轻松的实现对成形零件下一层的扫描，在铺粉过程中和铺粉作业完成后，多余的铝材粉末原材料通过收粉孔(96)进入收粉腔(97)中。