[发明专利]增材制造过程中相邻沉积层横截面的识别方法

说明书

本发明涉及增材制造过程中相邻沉积层横截面的识别方法，通过增材制造设备以粉末A为原料沉积N层后，改用粉末B为原料在先前的沉积层上制备新的沉积层；制样，通过显微镜获取新的沉积层与先前的沉积层之间的界线；其中，N为正整数；所述粉末B包括粉末A和晶粒调整剂。通过本发明的方法可简单、快捷地确定相邻沉积层之间的界面轮廓，并进一步获取新的沉积层的横截面面积；且识别过程中所用设备均为常见设备，无需额外添置专用设备，实施成本低廉。

技术领域

本发明涉及增材制造过程中相邻沉积层横截面的识别方法，属于增材制造领域。

背景技术

随着科学技术的发展，增材制造技术的应用越来越广泛。增材制造技术是利用高能量密度的激光束作为热源的一种新型制造技术。该技术面临着能量消耗高、能量利用率低、零件成形过程不稳定等问题。沉积层横截面面积作为计算成形件吸收能量值的关键因子，对于构建增材制造能效模型起着不可或缺的作用，并且沉积层横截面轮廓能够清楚的反映沉积过程中相邻沉积层的重熔状态，对于研究工艺参数对零件成形过程的影响以及零件成形稳定性也有重要的促进作用。但由于在多层或多道沉积工艺过程中，相邻沉积层横截面没有明显界线，导致新沉积层横截面轮廓无法识别，所以对沉积层横截面的正确识别成为研究增材制造能耗以及成形过程的关键技术。

目前，沉积层横截面的识别一般采用示踪元素法。示踪元素法的原理为：在原粉末材料中添加一定质量比的示踪元素，在确保粉末材料充分熔化、成分分布均匀的情况下采用EDS或XRD测量沉积层示踪元素的百分比，进而通过算式求得沉积层横截面面积。该方法需要粉末材料充分熔化，并且元素在沉积层中分布均匀，一旦示踪元素分布不均匀，其测量结果就会产生很大误差，且通过数学方法求得的横截面面积无法描述沉积层横截面轮廓，难以揭示沉积过程的重熔状态。

增材制造是制造业创新建设工程重点发展的创新技术之一，解决该技术工艺的不足以及高能耗、低能效的缺点已成为现阶段重要的研究方向，而沉积层横截面轮廓能够显示该工艺过程的重熔状态，沉积层横截面面积是表征成形件吸收能量值的关键因子。因此，非常有必要寻找一种简单、经济、高效、准确的沉积层横截面识别方法。

发明内容

本发明旨在提供增材制造过程中相邻沉积层横截面的识别方法，使得沉积层横截面的识别变得简单、经济、准确。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：通过增材制造设备以粉末A为原料沉积N层的沉积层后，改用粉末B为原料在先前沉积的该N层沉积层的表层上制备新的沉积层；制样，通过显微镜获取所述新的沉积层与先前沉积的沉积层之间的界线；

其中，N为正整数；所述粉末B包括粉末A和晶粒调整剂。

本发明中，通过晶粒调整剂的使用，使得新的沉积层和先前沉积的沉积层中，晶粒大小各不相同，在显微镜下，两者交界处可看到明显的界线，从而识别出交界处的横截面轮廓。

本发明中，获取新的沉积层与先前的沉积层之间的界线后，可通过计算机软件（如Micro-image Analysis & Process 金相图像分析系统）计算分析获得新的沉积层的横截面面积。

一般地，不同种类的原粉末材料需添加不同种类的粉末材料才能改变新沉积层晶粒大小。

进一步地，所述晶粒调整剂包括稀土氧化物和/或碳化钨等。

进一步地，所述稀土氧化物包括氧化镧和/或氧化铈，稀土氧化物的添加可细化晶粒，在新、旧沉积层之间形成明显的界线，方便识别。优选地，稀土氧化物在粉末B中的含量为0.4-2%wt%。

进一步地，粉末B中，粉末A和晶粒调整剂的质量比为12-8:1，优选为10-9:1，晶粒调整剂的量可根据需要设定，进一步地，在保证可产生明显“分界线”的情况下，晶粒调整剂量越小越好，以防新沉积层与先前沉积层性能出现明显差异，保证增材制造成形件质量。