[发明专利]一种减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法及装置

说明书

本发明属于增材制造技术领域，公开了一种减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法及装置，通过安装在打印机腔体内的非接触超声发生装置产生超声波，超声波使熔池中产生空穴和液体扰动，促进熔池中的气孔逃逸；将电磁加热装置安装在基板下方并置于打印机腔体内，通过电磁加热装置对基板和打印件进行加热，扩大熔池的尺寸，促进熔池中的气孔逃逸；在打印机腔体中通入高速气流，通过在熔池上方辅助以高速气流减少打印件上方的压力，促进熔池中的气孔逃逸，减少由于超声扰动形成的新气孔。本发明能够有效促进增材制造过程中气孔缺陷的逃逸，降低打印件的孔隙率。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法及装置。

背景技术

增材制造与传统的减材制造不同，减材制造是对实心块进行切屑，直到所需的对象完成为止，而增材制造使用逐层沉积材料以制造出一个统一的整体。在制造少量特殊的零件时，传统的减材制造成本高昂，此时增材制造的优势就体现出来。增材制造基于计算机辅助制造得到所需3D模型，并发送到3D打印机，即可快速打印所需零件。增材制造快速和便携的特点使其在医疗、航空航天领域应用广泛。

在激光粉末床熔融过程中，由于金属的快速加热和凝固，使得粉末中的气体在凝固前来不及逸出，或是在熔融过程中捕获环境气体，在凝固后残留在打印层中形成气孔。此外，在粉末熔融过程中，熔池存在时间短，金属粘度大，熔池底部出现颗粒聚集现象，阻碍了气泡向熔池表面运动，最后残留在打印层的底部或结合界面处。这些气孔缺陷会降低打印件的合金性能，特别是强度，也会使打印件的抗疲劳性、抗腐蚀性及耐高温性能大打折扣，严重制约了激光粉末床熔融技术的应用发展。因此，促进增材制造过程中气孔缺陷的逃逸，从而降低打印件的孔隙率，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决以上技术中存在的问题，提供一种减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法及装置。

本发明提供一种减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法，通过安装在打印机腔体内的超声发生装置产生超声波，所述超声波使熔池中产生空穴和液体扰动，促进所述熔池中的气孔逃逸；

将电磁加热装置安装在基板下方并置于所述打印机腔体内，通过所述电磁加热装置对所述基板和打印件进行加热，扩大所述熔池的尺寸，促进所述熔池中的气孔逃逸；

在所述打印机腔体中通入高速气流，通过在熔池上方辅助以所述高速气流减少所述打印件上方的压力，促进所述熔池中的气孔逃逸。

优选的，所述减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法还包括：在打印过程中，通过安装在所述打印机腔体上方的高速相机对所述熔池的形貌进行在线监测，根据在线监控信息调整所述超声发生装置的参数、所述电磁加热装置的参数和所述高速气流的流速。

优选的，所述高速气流的流速为4～6m/s。

优选的，所述减少激光粉末床熔融气孔缺陷的方法包括以下步骤：

S1：基于计算机辅助制造建立打印件的几何模型；

S2：安装所述超声发生装置和所述电磁加热装置，构建气体通道，将所述基板固定在机床运动平台上；

S3：打开气泵，通过所述气体通道向所述打印机腔体中以第一流速通入保护气体；打开激光器，通过所述激光器对所述基板进行预热；

S4：设置激光粉末床熔融增材制造工艺参数；通过振镜系统聚焦激光束至所述打印件；

S5：打开所述超声发生装置和所述电磁加热装置，通过所述超声发生装置发射超声波至空气中并传播至所述打印件，通过所述电磁加热装置对所述基板和所述打印件进行持续加热；调整所述气泵的压力，以第二流速通入保护气体；

S6：在打印过程中，根据在线监控信息调整所述超声发生装置的参数、所述电磁加热装置的参数和所述保护气体的流速大小，直至打印完成。