[发明专利]一种高强铝基材料选区激光熔化成形铺粉系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高强铝基材料选区激光熔化成形铺粉系统及其控制方法，铺粉系统包括铺粉臂、吸尘装置和控制系统，所述吸尘装置包括吸尘头和吸尘主机，吸尘头与铺粉臂固定连接，吸尘主机与吸尘头相连；控制系统控制吸尘装置吸取成形过程中的絮状产物。本发明用于选区激光熔化成形含低密度元素增强相高强铝基材料构件，极大降低了成形构件中有害氧化物的含量，有效避免了裂纹和气孔的出现，成形件具备成形致密度高、表面粗糙度低、综合性能优异的特点。

技术领域

本发明涉及选区激光熔化成形设备，尤其涉及一种复合材料选区激光熔化成形设备。

背景技术

选区激光熔化作为激光3D打印技术中的一类基于粉床熔化的工艺，具有自下而上，逐层累加的成形特点，可直接将CAD模型转化为实体构件，近年来被应用于复杂构件的成形，极大提高了构件的设计自由度。

金属基复合材料因其较高的刚度，良好的综合性能被广泛应用于航空航天等领域；例如二硼化钛(TiB₂)、碳化钛(TiC)作为增强相的铝(Al)基复合材料。采用选区激光熔化技术成为成形复杂结构铝基复合材料构件的技术路径之一。然而，采用选区激光熔化成形的铝基复合材料构件往往存在较多气孔、裂纹及陶瓷相与金属基体界面结合较差等缺陷，进而导致成形构件的综合性能较低。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种高强铝基材料选区激光熔化成形铺粉系统，可以大幅提高铝基材料选区激光熔化构件的综合性能；本发明的目的之二是提供一种高强铝基材料选区激光熔化铺粉系统的控制方法。

技术方案：本发明的一种高强铝基材料选区激光熔化成形铺粉系统，其包括控制系统、铺粉臂和吸尘装置，所述吸尘装置包括吸尘头和吸尘主机，吸尘头与铺粉臂固定连接，吸尘主机与吸尘头相连；控制系统控制吸尘装置吸取成形过程中的絮状产物。

其中，铝基材料包括增强相和铝合金粉末材料，增强相的密度比铝合金粉末密度低；或铝基材料包括化合物增强相和铝合金粉末材料，化合物增强相含有比铝合金粉末密度低的组成元素。

即：铝基材料中的增强相有两种类型：一类为本身密度比铝合金粉末材料低的增强相，另一类为含低密度元素化合物增强相，其中含有比铝合金粉末材料密度低的元素。

优选地，吸尘头安装于铺粉臂的铺粉前进侧，吸尘头设有朝向粉床的吸尘口，吸尘口与粉床平行；所述吸尘头包括安装板和位于安装板下方的吸尘板，吸尘板内部中空形成吸尘通道，吸尘板底部为吸尘口。其中，铺粉臂是往复运动的，由粉料缸到成形缸是铺粉方向，退回归位为下一次铺粉做准备；因此铺粉前进侧为远离粉料缸的一侧。

优选地，所述吸尘头还设有调节装置，用于调节吸尘口与成形缸粉床的垂直距离。可选的，调节装置采用前后两个升降调节旋钮，调节旋钮位于安装板的上方，调节精度为0.01mm，安装两个升降调节旋钮是为了同时调节吸尘口前后位置距离粉床的距离，以进一步提高调节精度。

本发明还提供了一种上述高强铝基材料选区激光熔化铺粉系统的控制方法，该方法包括：控制系统控制吸尘气流，粉末材料与絮状产物分离，吸尘装置吸取成形区域的絮状产物。

所述控制系统控制成形缸粉床表面的气流速度，使得吸尘装置吸取成形过程中的絮状产物，即通过精准控制成形缸粉床表面的气流速度，进而实现只吸取成形过程中的絮状产物，而不吸取粉末材料。该方法能有效将粉末材料与絮状产物分离的吸尘气流控制方法，能够有效清理激光成形过程附着在成形区域的絮状产物。

优选地，成形缸粉床表面的气流速度v满足如下要求：

u₁vu₂