[发明专利]一种复杂空腔增材制件内外表面的抛光方法

说明书

一种复杂空腔增材制件内外表面的抛光方法，应用于激光增材制造零件，步骤S1，设计零件的三维模型；步骤S2，对三维模型进行切片处理，针对每层切片层设定建造参数；步骤S3，建造出当前切片层；步骤S4，判断是否需要对当前切片层第一轮廓面扫描抛光，步骤S5，判断是否需要对当前切片层第二轮廓面扫描抛光；步骤S6，抛光当前切片层的第一轮廓面；步骤S7，抛光当前切片层的第二轮廓面；步骤S8，判断当前切片层第一轮廓面的表面光洁度是否达到要求；步骤S9，判断当前切片层第二轮廓面的表面光洁度是否达到要求；步骤S10，判断增材制造零件是否建造完成所有切片层并且表面光洁度达到要求；上述步骤S3，步骤S6和步骤S7均在无氧加工环境中进行。

技术领域

本发明涉及增材制造和表面抛光加工工艺领域，尤其涉及一种具有复杂空腔激光增材制造零件的增材制造和表面抛光同步加工方法。

背景技术

增材制造是指工程零件通过逐层添加材料的方式来生产的过程。首先，设计出零件的三维模型并将零件模型分解为许多向上层叠的薄片层，再对于每一片层的模型生成指定的路径并发送指令到增材制造设备，然后控制激光束选区熔化各层的粉末熔化成型为熔覆层，并逐层叠加成三维零件。在逐层叠加的加工过程中，各层的轮廓搭接处会产生一部分超出轮廓面设计面的直角台阶，被称为台阶效应，它是影响增材制造零件表面粗糙度的主要原因。同时，在各层的轮廓面处熔融增材粉末的球化和粘附也是很难完全避免的，同样是使得增材制造件表面粗糙度居高不下的关键因素。目前激光增材制件的表面粗糙度Ra 大概在5～20μm，而传统的熔模精密铸造制备的工件表面粗糙度Ra可低至3.2 μm左右，因此，较差增材制件表面质量是很难满足高端零件的工业标准要求，表面粗糙度已成为妨碍增材制造材料应用的重要原因之一。

激光抛光是21世纪最有发展前景和最有效的抛光技术，其中飞秒激光抛光技术是目前材料表面微加工方面的研究热点，其主要优势是激光脉冲达到飞秒量级，对材料的作用时间很短，但峰值功率高，可直接击断材料的化学键，对材料的热影响极小，刻蚀精度高，可实现复杂型面的精密抛光、微区与选区抛光，不受材料强度、硬度等性能的影响。

对某些具有复杂外表面的直接激光增材制件和精密铸造件来说，机械加工很难实现表面抛光，利用飞秒激光抛光技术，只要其激光光束可以直接照射覆盖到的零件复杂外表面区域都能进行激光抛光，因此能够通过后续的激光抛光处理零件复杂外表面区域；但对于复杂的空腔结构件，例如空心叶片，由于加工成型后内腔表面被封闭在叶片内，因此后续抛光无论是机械抛光还是激光抛光都无法用于内表面抛光。如何提高复杂空腔金属增材制件的表面光洁度，尤其是内表面光洁度始终是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种复杂空腔增材制件内外表面的抛光方法，零件在激光增材制造的过程中，同步利用飞秒激光对每层切片层的内外轮廓面进行抛光扫描，消除内外轮廓面的台阶效应和粉末粘附，提高最终零件整体表面的质量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种复杂空腔增材制件内外表面的抛光方法，应用于激光增材制造零件，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，利用计算机辅助设计软件设计零件的三维模型；

步骤S2，将上述零件的三维模型导入计算机辅助制造软件中，利用切片程序对该三维模型进行切片处理，并针对每层切片层设定建造参数；

步骤S3，根据当前切片层的建造参数铺设增材粉末层，AM激光对当前切片层区域进行扫描，熔化选定空间内的增材粉末成型为熔覆层，从而建造出当前切片层；

步骤S4，根据零件表面抛光的预设要求，判断是否需要对当前切片层第一轮廓面扫描抛光：

若是，则转向步骤S6；

若否，则转向步骤S5；