[发明专利]选区激光熔化增材制造快速制备金属复合材料成型件的方法

说明书

本发明提供的是一种选区激光熔化增材制造快速制备金属复合材料成型件的方法。将少量金属或金属复合材料粉末置于成型基板上而非粉末储存室内；在不开零件成型室门的状态下外部操作选区激光熔化设备软件控制零件成型室内的粉末辊轮移动铺粉和成型缸带动基板的升降；在不开零件成型室门的状态下外部操作选区激光熔化设备软件控制激光器选择性熔化粉末。本发明改进传统的选区激光熔化增材制造设备的操作方法，通过修改选区激光熔化增材制造设备软件，控制零件成型室内的粉末辊轮移动铺粉、成型缸带动基板的升降及激光选择性熔化粉末层、成型试样、小尺寸工件或复杂结构。本发明能够缩短制造周期，并节省原材料粉末、保证成型件质量。

技术领域

本发明涉及的是一种金属或金属基复合材料的增材制造方法，具体地说是一种选区激光熔化(SLM)成形金属或金属基复合材料成型件的增材制造技术方法。

背景技术

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是一种典型的快速原型制造技术，也即增材制造成形的一种，也可称为铺粉增材制造技术，可以在没有工装夹具或模具的条件下，通过计算机软件操控，利用激光束将粉体材料熔融堆积而快速成形出任意复杂形状的三维零件，能够成形复杂金属结构是区别于其它增材制造成形技术的一大特点。同时，其生产周期较其它工艺短，材料利用率高，可用于金属构件的直接成形。目前，选区激光熔化设备已经在世界范围内得以生产组装，并开始广泛应用于高校、研发机构、企业工厂等地。但是，由于选区激光熔化设备的传统操作方法是将原材料粉末加入粉末储存室内，需要足够多的原材料粉末设备才能进行正常加工过程，而且大多数原材料金属粉末的价格较昂贵，这样导致制备的成本较高。采用选区激光熔化设备成形的传统操作方法中，由于加入粉末储存室内的粉末量越多，在成形加工过程中零件成形室内的粉末量也越大，所以在加工结束后的清理粉末阶段的耗时越多，对于整个选区激光熔化制备成型件的制备周期也就越长。且对于需要制备较小尺寸的成型件或者复杂结构而言，传统方法操作也并不方便。

随着对金属增材制造成形部件结构-功能一体化性能要求的不断提高，单一金属合金成形的构件难以满足日益苛刻的性能要求。因此采用选区激光熔化技术制备颗粒增强(如SiC、Al₂O₃、TiC、TiB颗粒)金属基复合材料构件受到人们的普遍重视。为了研究颗粒增强金属基复合材料的成形工艺的适应性，需要对各种占比的颗粒的复合粉末进行材料和成形工艺研究。如果采用传统的选区激光熔化成形方法，则需要大量的颗粒增强金属复合材料粉末(以合金钢为例，成形高度为10mm的试样，所需粉末一般为20公斤左右)。这样不但需要消耗大量的复合粉末原材料，而且在更换不同占比的颗粒的混合粉末时，为避免送粉系统的残留粉末对占比颗粒百分数的影响每次都要对送粉系统进行清理，花费大量的时间，导致研究过程过程复杂化，制备成型件的周期较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备周期短，并能够节省原材料粉末、保证成型件质量的选区激光熔化增材制造快速制备金属复合材料成型件的方法

本发明的目的是这样实现的：利用选区激光熔化设备按如下步骤操作，

步骤一，首先调节基板至第一层粉末的厚度为成形单层所需厚度，然后将最初粉末放置于基板靠近出粉口一侧、粉末辊轮置于初始坐标为零位置，进行零件成形室内抽气、零件成形室内补氩气、零件成形室内通风操作外部操作选区激光熔化设备软件控制粉末辊轮铺粉，移动粉末辊轮至远离出粉口一侧；

步骤二，在选区激光熔化设备软件中导入成型件的Job文件，并设定拟成型件放置于基板上的位置，然后操作设备软件控制激光进行选择性熔化粉末，激光束扫描熔化当前粉末层得到激光熔化成型件的当前层；

步骤三，外部操作选区激光熔化设备软件控制成形缸带动基板向下移动，而后外部操作设备软件控制粉末辊轮移动至基板边缘处；

步骤四，外部操作选区激光熔化设备软件控制成形缸带动基板向上移动；