[发明专利]一种激光沉积增材制造方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种激光沉积增材制造方法，采用负搭接，先蛇形扫描后反向蛇型扫描的扫描方式，搭接率控制在30％‑40％内，激光沉积增材制造用金属粉末中含有活性粉末，可消除钛合金激光沉积过程中的孔洞、裂纹等缺陷，制造的钛合金构件内部组织均匀致密、外观平整。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种激光沉积增材制造方法。

背景技术

激光沉积增材制造技术(Laser Melt Deposition，LMD))是以高功率高亮度的激光为热源，粉末同步送进的方式，将待熔粉末直接送入高能束激光产生的熔池中，由机床或机器人引导高能束激光逐层按轨迹行走，层层堆积最终成型出三维立体金属零部件。激光沉积增材制造可以精确控制能量输入、光斑直径(熔道宽度)、成形方式、扫描路径和层厚，实现任意复杂形状金属零件的成型制造。对于需求轻量化、高效、高可靠性的航空航天用形状复杂的薄壁构件，采用传统钛合金锻件制造，机械加工余量大，制造成本高，制造周期长，且需要专用锻造模具。激光沉积增材制造技术可实现大型复杂薄壁构件的短流程、低成本、快速一体成型。

目前在激光沉积增材制造高温和高强韧等类型钛合金构件时，存在钛合金金属粉末部分未完全熔合，以及钛合金构件存在沉积孔洞和开裂的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中钛合金构件激光沉积增材制造过程中存在钛合金金属粉末部分未完全熔合及沉积孔洞的缺陷，进而提供一种激光沉积增材制造方法。

本发明提供一种激光沉积增材制造方法，方法步骤如下：

准备激光沉积增材制造用金属粉末；

根据沉积的金属粉末选择基板，在保护气氛下，采用同轴送粉沉积方式，利用激光在所述基板上进行激光扫描逐层沉积，所述激光扫描的搭接方式为负搭接。

采用了上述技术方案，利用负搭接的扫描方式来避免钛合金金属粉末熔合差、容易出现沉积孔洞的问题。负搭接进行激光扫描时，一方面，相邻的熔道之间的熔道间隙较大，熔道与熔道不相接，避免了高温熔道相接触时能量集中的问题，有利于散热，减小热应力集中形成的开裂，并且回填扫描时所熔当前层更易与底层形成冶金熔合，从而提高钛合金金属粉末融熔效果，不易产生沉积孔洞；另一方面，负搭接时，熔道间隙较大，熔道之间留有足够的空间，可以防止大颗粒粉末在熔道间隙上出现的虚搭蓬料的现象，而虚搭蓬料在较快的扫描速度下最易产生沉积孔洞，负搭接通过防止虚搭蓬料来避免沉积孔洞的产生。与本发明的负搭接扫描方式相比，正搭接扫描时，相邻熔道部分重叠间隔时间较短，在激光快速扫描度、温度较高的情况下，形成的能量过于集中，散热较差，导致产生较大的热应力，容易产生热裂纹和应力裂纹；零搭接扫描时，相邻熔道间接触但不重叠，激光扫描时，相邻熔道间容易产生窄缝区，窄缝区部分区域容易粘有在前正向扫描送粉时崩落的大颗粒粉末，在后回填扫描送粉时，大颗粒粉末送不到此狭缝中或蓬在狭缝上方，出现虚搭蓬料的情形，进而导致窄缝区粉末的松装密度较低，又因扫描速度较快，沉积成形后易在窄缝区形成孔洞缺陷。本发明采用的负搭接比零搭接方式单向扫描熔道间隙较宽，在激光扫描回填时，所熔当前层更易与底层形成冶金熔合，熔合效果更好；同时，避免窄缝区的产生，可以防止沉积孔洞的产生。

进一步的，所述负搭接采用如下方法：所述激光扫描的步长大于熔道宽度的1.1倍，小于熔道宽度的2倍。

采用了上述技术方案，激光扫描的步长大于熔道宽度的1.1倍，可以避免由于步长较小时出现的窄缝区及窄缝区大颗粒粉末虚搭蓬料的情形；步长小于熔道宽度的2倍，可以避免步长过大，一次回填无法完全填充熔道间隙的情况。

进一步的，所述激光扫描的步长是熔道宽度的1.2-1.4倍。

采用了上述技术方案，可以将熔道间隙控制在最佳范围，既不会过窄，成为窄缝，也不会过宽，导致一次回填无法完全填充的情况，从而使制造过程中钛合金金属粉末熔合完全，制造的产品无沉积孔洞。