[发明专利]通过控制SLM工艺预制气孔缺陷的方法

说明书

本发明提供一种通过控制SLM工艺预制气孔缺陷的方法，在指定金属熔化层，按照第一扫描路径执行激光扫描，按照第二扫描路径执行激光扫描；其中，使第一扫描路径和第二扫描路径具有路径重叠区域，使路径重叠区域具有预定宽度，在路径重叠区域叠加的激光能量输入被控制成达到预定能量值，借此在路径重叠区域的沿着长度方向的多个位置形成匙孔，以指定金属熔化层作为缺陷层并且以路径重叠区域的匙孔作为气孔缺陷。上述气孔缺陷预制方法可以利用“匙孔效应”在SLM制件中预制具有增材制造冶金缺陷特征的气孔缺陷。

技术领域

本发明涉及一种控制激光选区熔化（SLM）工艺预制气孔缺陷的方法，例如可以用于SLM制件无损检测、缺陷对零件性能影响评价等。

背景技术

增材制造（AM）也称之为3D打印，是一种基于离散堆积原理、逐层熔化原材料而实现零件成形的制造技术。SLM技术被认为是最具潜力的AM技术之一，由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术，相对于其他AM技术而言，SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具优势，可以完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形，广泛应用于航空航天等领域，如航空发动机预旋喷嘴、燃油喷嘴、涡轮叶片等零件。

由于SLM过程中的金属粉末材料发生快速熔化凝固复杂相变过程，SLM制件易存在气孔、裂纹及未熔合等典型缺陷。航空航天用SLM制件目前广泛采用无损检测方法检测零件的缺陷位置及大小等特征以分析评价零件是否满足使用要求，例如工业CT检测、超声检测、射线检测、荧光渗透检测等。然而，AM制件由于其组织和缺陷特征与传统制件不同，存在不均匀性和各向异性等特征，且几何形状复杂，传统无损检测工艺出现可达性差、检测盲区大等难题，因此不能简单沿用传统制件的无损检测技术，需重新分析组织特征与无损检测信号的对应关系，明确典型缺陷的无损检测信号特征，根据几何结构的复杂情况选择适用的无损检测方法和工艺参数。例如，工业CT可以检测AM制件中的气孔、裂纹、未熔合等缺陷，并可以给出被检件的断层扫描图像。CT检测前，需结合被检件材料、结构及期望检测到的缺陷尺寸等，制备含缺陷的对比分析样，然后设置合理的检测工艺参数。对比分析样影响检测工艺参数的设置，影响后续被检件的缺陷检出情况，对比分析样材料、成形工艺、缺陷等和被检件越相近越可以获得较好的检测效果。因此对于被检的AM制件，其对比分析样也应采用AM工艺制备，并预制相关缺陷。

目前预制AM制件内部气孔缺陷的方法主要是在三维模型设计阶段在特定位置设计一定尺寸的气孔，然后增材成形含气孔特征的制件。但是受AM技术自身特点限制，设计的气孔特征在成形时易被熔化态的金属液体填充，因此这种方法较难成功预制气孔缺陷。针对现有方法的不足，本发明提出一种通过控制SLM工艺预制气孔缺陷的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种预制气孔缺陷的方法，可以通过控制SLM工艺来利用“匙孔效应”在SLM制件中预制气孔缺陷。

本发明的进一步目的是提供一种预制气孔缺陷的方法，可以通过控制SLM工艺在SLM制件中形成具有增材制造冶金缺陷特征的气孔缺陷。

本发明提供一种通过控制SLM工艺预制气孔缺陷的方法，在指定金属熔化层，按照第一扫描路径执行激光扫描；在所述指定金属熔化层，按照第二扫描路径执行激光扫描；其中，使所述第一扫描路径和所述第二扫描路径具有路径重叠区域，使所述路径重叠区域具有预定宽度，在所述路径重叠区域叠加的激光能量输入被控制成达到预定能量值，借此在所述路径重叠区域的沿着长度方向的多个位置形成匙孔，以所述指定金属熔化层作为缺陷层并且以所述路径重叠区域的匙孔作为气孔缺陷。

在一个实施方式中，沿所述第一扫描路径和所述第二扫描路径的激光扫描采用条带式激光扫描方式；所述第一扫描路径位于第一条带区域，所述第二扫描路径位于第二条带区域，所述第一条带区域和所述第二条带区域形成条带搭接区域，所述条带搭接区域构成所述路径重叠区域，所述条带搭接区域的条带搭接量是所述路径重叠区域的宽度。