[发明专利]一种基于激光熔覆和激光冲击的3D打印方法

说明书

本发明公开了一种基于激光熔覆和激光冲击的3D打印方法，步骤包括：1)利用计算机辅助技术(CAD)设计出需要打印产品的三维数字化模型，将模型导入到加工系统中；2)将基板安装在加工平台上，金属粉末通过喷头喷射至基板上，在激光作用下熔化，然后凝固，打印数层后，取下备用；3)将试件安装在激光冲击装置的加工平台上，依次铺设吸收层、约束层，进行冲击强化；4)取下工件，复位到激光熔覆加工平台上，重复以上操作，直至打印完成。本发明提供了一种制备大型、质量优良工件的3D打印新方法。

技术领域

本发明涉及一种基于激光熔覆和激光冲击的3D打印方法，属于增材制造技术领域。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造技术，是指一种具备将数字模型快速转换为物理模型的成型技术，是一种新型的加工工艺。3D打印被广泛运用于金属、树脂、碳纤维等材料的加工。目前，3D打印技术主要分为粉末床熔合技术(Powder bed fusion，PBF)和定向能量沉积技术(Directed energy deposition，DED)两类。选择性激光烧结(Selective lasersintering，SLS)、选择性激光熔化(Selective laser melting，SLM)、激光熔覆(Lasercladding，LC)等属于粉末床熔合技术，熔融沉积成型(Fused deposition modeling,FDM)属于定向能量沉积技术。其中，主要用于打印金属材料是选择性激光烧结技术、选择性激光熔化技术和激光熔覆技术。

激光技术在金属3D打印中起着重要作用。激光熔覆技术是一种利用高能激光束照射，使丝或者粉末全熔并伴随基体微熔后快速凝固，形成冶金结合的熔覆层的技术。激光熔覆技术具有热影响区域小，熔覆后热变形小；熔覆层结晶均匀致密，具有较高结合强度和耐磨耐腐蚀性能；便于自动化控制等优点。激光冲击强化技术(Laser shocking peening，LSP)是利用强激光束产生的冲击波来强化金属材料，是一种提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的技术。激光冲击强化技术运用了激光的力效应，可以有效避免热影响造成的缺陷。该技术具有一个显著的优点：在瞬时巨大的激光冲击压力作用下，材料表面以及亚表面将产生晶粒细化效应，并且将形成较深的残余压应力层，从而增强材料的机械与物理性能。

目前，3D打印技术在制造业领域中起着重要作用，但依然存在不足。就金属3D打印而言，其制造的零件最大的缺点是强度不足，难以直接用于对材料性能要求高的场合，不能代替传统工艺制造的零件。因此，提高金属3D打印零件的机械性能十分重要。激光冲击能有效强化金属表面，将激光冲击强化技术和3D打印技术相结合是一种全新的3D打印方法。

目前，可以检索到相关的3D打印方法，如名称为“一种激光热力逐层交互增材制造的组合装置”(专利号：ZL201710273048.3)的发明，增材制造过程如下：在基体上铺设一层金属粉末，采用选择性激光熔化技术将粉末熔化、凝固；打印数层后采用激光冲击强化技术对金属表面进行冲击强化；依次循环这两个步骤，直至工件制造完成。该发明将选择性激光熔化技术和激光冲击强化技术结合起来，提高了工件的质量，但该方法受到选择性激光熔化技术的限制，难以制造大体积的工件。再如名称为“一种激光辅助激光熔覆的增材制造方法”(专利号： ZL201811001406.6)，增材制造过程如下：使用连续激光束对基板表面加热至再结晶温度，立即使用激光熔覆装置对同一位置进行激光熔覆，完成第一层熔覆；在熔覆层上先使用连续激光加热，再使用激光熔覆装置进行熔覆，完成第二层熔覆；如此往复，完成金属工件的增材制造。该发明采用连续激光对材料表面进行改性，可以代替传统热处理，改善激光熔覆技术所制造工件的质量，但该方法采用连续激光束，仍会产生热影响区，会对工件的性能产生影响。因此，需要发明一种可以打印大型工件，且工件结构性能良好的增材制造新工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光熔覆和激光冲击的3D打印方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于激光熔覆和激光冲击的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：