[发明专利]一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型设备

说明书

本发明公开了一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，属于金属粉末激光熔化成型技术领域，包括控制系统、激光扫描系统及成型系统，成型系统包括沿水平方向顺次设置的成型室、退火室及铺粉机构，且所述成型室、退火室及铺粉机构三者相互固定且底面均与成型平台触接，成型系统还包括驱动成型室、退火室及铺粉机构沿水平方向运动的滑动驱动机构，激光扫描系统设于成型室顶端，所述退火室内设有焊枪及驱动焊枪沿水平面位移的焊接位移机构，所述滑动驱动机构及焊接位移机构均与控制系统连接。本发明通过在逐层堆积的成型过程中加入同步退火处理，能够有效消除在长时间的增材制造过程中零件各个部位由大温度梯度而产生的易开裂问题。

技术领域

本发明涉及金属粉末激光熔化成型技术领域，尤其涉及一种能够有效防止构件开裂的激光3D打印成型设备。

背景技术

快速成形(Rapid Prototype,RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的技术领域-3D打印技术，作为一种新兴的快速成形技术，主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，用于替代这些领域的一些传统的精加工工艺。另外，3D打印技术也逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装等领域，为创新开拓了广阔的空间。目前，3D打印成形方式主要包括熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结成形(Selective LaserSintering，SLS)、光固化成形(stereo lithography apparatus，SLA)、选择性激光熔化成形(Selective Laser Melting,SLM)。

SLM是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成形的一种技术。SLM工艺一般需要添加支撑结构，其主要作用体现在：1)承接下一层未成形粉末层，防止激光扫描到过厚的金属粉末层，发生塌陷；2)由于成形过程中粉末受热熔化冷却后，内部存在收缩应力，导致零件发生翘曲等，支撑结构连接已成形部分与未成形部分，可有效抑制这种收缩，在一定范围内使成形件保持应力平衡。

基于SLM技术的高功率激光束长期循环往复“逐点扫描熔化－逐线扫描搭接－逐层凝固堆积”的激光熔化成形制造过程中，主要工艺参数、外部环境、熔池熔体状态的波动和变化、扫描填充轨迹的变换等不连续和不稳定，都可能在零件内部沉积层与沉积层之间、沉积道与沉积道之间、单一沉积层内部等局部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷(如层间及道间局部未熔合、气隙、卷入性和析出性气孔、微细陶瓷加杂物、内部特殊裂纹等)并影响最终成形零件的内部质量、力学性能和构件的服役使用安全。因此，3D打印过程中的高升降温速率所引起的热应力和残余应力会使所打印的金属构件发生严重的变形、翘曲和开裂、堆积层的开裂和变形一直都是比较棘手的问题，这严重降低了金属合金优异的力学性能，SLM技术虽然通过支撑结构保持一定程度的应力平衡，但并不足以完全改善变形、翘曲和开裂的问题。那么，如何在保证较高打印效率的基础上抑制其裂纹和翘曲变形问题的产生，从而获得大尺寸无裂纹的合金构件，是目前激光3D打印合金构件迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在保证较高打印效率的基础上提出一种能够抑制合金构件裂纹产生问题的激光3D打印成型设备，该设备通过在逐层堆积的成型过程中加入同步退火处理，能够有效消除在长时间的增材制造过程中零件各个部位由大温度梯度而产生的易开裂问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：