[发明专利]金属3D打印中逐层可选择性双模激光清洗方法及清洗装置

说明书

本发明公开了一种金属3D打印中逐层可选择性双模激光清洗方法和清洗装置，通过在3D打印机内设置辅助点激光、辅助线状激光和杂质检测装置；先利用辅助线状激光扫描清洗3D打印机基底表面；第一层铺粉开始打印后，杂质检测装置按打印路径逐条检测，当杂质颗粒大于规定值时启动辅助线状激光对已打印完成的路径进行清洗，当杂质颗粒小于规定值时启动辅助点激光对杂质颗粒挨个进行清除；待第一层加工清洗完成后，再第一层的方法开始下一层的加工和清洗，以此类推，进行逐层加工和清洗，直到完成整个工件的加工。本发明在源头上控制了打印质量，节约了时间和成本，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体地指一种金属3D打印中逐层可选择性双模激光清洗方法及清洗装置。

背景技术

金属3D打印技术可用于制造复杂、轻质、难熔的三维结构件，特别是一些传统工艺无法加工的结构件。比如，该技术在航天航空特殊功能梯度材料的制备过程中，通过控制每层的粉末材料属性，使两种功能不同的材料出现在同一个结构件上，可获得功能梯度结构件；该技术在新能源汽车领域，通过金属3D打印技术制造出特殊的中空结构，使得结构件轻量化，达到节约能源的目的；该技术在医疗领域，通过金属3D打印技术制造出骨骼、牙齿等一些人体组织，可帮助患者快速修复或替换上述坏损结构。总而言之，金属3D打印技术在各领域中得到越来越广泛的应用。

在金属3D打印制造过程中，激光扫描水平铺设的金属粉末，使粉末完全熔化，继而快速凝固成金属层；然后在成型的金属层上继续铺设新粉末，激光再次扫描使新粉末熔覆到前一层的上表面，以形成新的金属层。之后不断重复该过程，最终堆积形成一个三维制造件。

在目前的金属3D打印过程中，每一打印层都会出现金属氧化物、金属溅射物以及未完全熔化金属颗粒等杂质。如果不处理杂质，继续打印下一层，这些杂质将会增强球化效应，从而使金属颗粒不能完全熔化，进而产生空洞，这些空洞还可能形成应力集中源，加剧翘曲、变形等缺陷。同时这些杂质也会导致当前成型上表面比较粗糙，生成异物碎片，影响下一层的熔覆，进而影响成型件的强度等性能。

3D打印过程中的缺陷通常发生在熔化的粉末颗粒与未熔化的粉末颗粒之间的接触界面。前一层中的未完全熔化的金属颗粒、金属溅射物直径较大，一般为新铺设层的粉末颗粒直径(20um-50um)的两倍。由此改变了当前粉末层颗粒尺寸分布，导致激光扫描后的金属层中产生孔洞和缝隙，并加剧球化效应。

目前为止，对于已经完成的金属3D打印结构件，因打印过程中产生杂质而引发的内部缺陷很难被修复，尤其是对于具有复杂几何结构的工件，修复的可能性更小。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种易于安装实施、能有效提高3D打印件质量的金属3D打印中逐层可选择性双模激光清洗方法及清洗装置。

为了实现上述目的，本发明所涉及的金属3D打印中逐层可选择性双模激光清洗方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

s1在3D打印机内设置辅助点激光、辅助线状激光和杂质检测装置；

s2利用辅助线状激光扫描清洗3D打印机基底表面；

s3第一层铺粉后利用3D打印激光开始扫描加工，杂质检测装置按打印路径逐条检测，当杂质颗粒大于规定值时启动辅助线状激光对已打印完成的路径进行清洗，当杂质颗粒小于规定值时启动辅助点激光对杂质颗粒挨个进行清除，其中，辅助线状激光和辅助点激光均在不超过3D打印激光扫描光斑的情况下对已打印完成的部分进行扫描清洗；

s4待第一层加工清洗完成后，再用步骤s3的方法开始下一层的加工和清洗，以此类推，进行逐层加工和清洗，直到完成整个工件的加工。

进一步地，还包括激光变换装置，所述辅助点激光和辅助线状激光均通过激光变换装置将同一束辅助激光变换所得。采用一束独立于主激光的辅助激光，方法容易，在现有的金属3D打印设备中易于安装，形成拥有双激光的一体机