[发明专利]一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法

说明书

本发明提供了一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法，包括：选择合适的选区激光熔化设备；将磁场激发装置设置于选区激光熔化设备中，使磁场可以稳定作用于熔池区域；设定选区激光熔化设备的激光打印参数，打印参数包括激光功率、激光扫描速率、粉床厚度、道次间距和每一层打印方向的角度；在磁场下的选区激光熔化增材制造，通过稳恒磁场对选区激光熔化增材制造过程中熔池内流场及溶质场的调控，实现减少打印组织中孔隙的体积和数量，获得孔隙率较低的金属构件。本发明在激光选区熔化成型过程中施加稳恒磁场，可显著抑制微熔池内的流动，熔池内金属液流动的抑制可以促进金属液内气体的逸出，形成孔隙较少的致密金属工件。

技术领域

本发明涉及激光材料加工技术领域，具体地，涉及一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法。

背景技术

选区激光熔化技术(SLM)作为一种独特的增材制造技术具有值得注意的优点，例如设计灵活性，制造速度和快速冷却速率(～10⁵K/s)。然而，选区激光熔化技术也具有其他增材制造技术相同的缺陷，主要是：金属构件中的孔隙和残余应力导致的裂纹。选区激光熔化技术是通过将粉末逐层激光重熔处理并叠加获得所需零件的过程。因此，使用低激光功率或高扫描速率可能导致粉末熔化不充分，或者每个熔道与其相邻熔道之间的间距很大也有可能导致孔隙的形成。作为构件中的一种主要缺陷，孔隙存在的普遍性直接影响构件的力学性能，这些部件不能用于结构或承载应用中，也会妨碍增材制造技术的广泛应用。值得注意的是，原料材料(粉末)中的残余孔隙率可以根据其生产途径(例如，气体雾化对等离子体旋转电极粉末)，并且该孔隙可以传递到构件中。通常，由于低能量输入或不良粉末扩散导致的不充分熔化可导致在还原之后形成大的内部空隙孔隙率随着单位面积能量密度的增加而增加。

减少孔隙率最简单的方法是增加激光功率，然而，由于设备功率的限制以及减少能耗，使该方法不便于操作。通过研究发现，根据孔隙的大小和形态定义了两种主要类型的孔隙。激光扫描速度控制构件中孔隙的大小和形状，决定了在加工过程中转移到材料上的能量密度。到目前为止，由于行业对于高扫描速率的需要，无法通过降低扫描速率避免孔隙的形成。此外，通过提高基板的温度也可以在一定程度上增加熔道间的熔合，并减少构件中的气孔，然而这一措施也受到构件尺寸的限制。

经检索发现，申请号为201811055405.X的中国专利，公开了一种激光选取熔化成形设备及方法，该成形设备其中包括励磁线圈组，成形设备工作时，多个励磁线圈及超声波振动装置设置在成形墙内的基板四周。所述方法包括调整成形腔基板、励磁线圈组及超声波振动装置之间的高度及相对位置，使得成形腔基板、励磁线圈组及超声波振动装置沿同一水平面设置，向成形设备内充入氩气，并通过工控机来控制励磁线圈的开闭，以使得励磁线圈产生的磁场始终垂直于激光扫描的方向；通过单片机调节超声波电源的频率及功率以使成形腔基板震动，同时通过电子调压器进行调压，由此成形区内产生交变磁场，该专利是通过超声波和电磁搅拌作用细化晶粒、减少热应力，超声波的空化作用会在熔体中引发气泡的形成不利于减少组织中的气孔。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法，通过在激光选区熔化制备金属构件的过程引入稳恒的磁场，通过磁场所产生的磁效应，改变熔池内的熔体流动特性，减少构件中气孔的体积和数量，进而改善激光选区熔化成型构件的性能。

根据本发明的目的，提供一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法，包括：

S1、选择合适的选区激光熔化设备，所述设备的打印空间内具有足够的空间可容纳磁场激发装置；

S2、将所述磁场激发装置设置于所述选区激光熔化设备中，使磁场可以稳定作用于熔池区域，在激光选区熔化成型过程中施加稳恒磁场；

S3、设定所述选区激光熔化设备的激光打印参数，所述打印参数包括激光功率、激光扫描速率、粉床厚度、道次间距和每一层打印方向的角度；