一种固相增材与激光扫掠复合增材制造技术

摘要

本发明公开了一种固相增材与激光扫掠复合增材制造的方法。针对高性能固相增材制造技术中成形幅面/边角易于出现界面扩散不充分，提出固相增材后激光扫掠边角促进其扩散，还可增加材料利用率。通过固相增材后，在不产生相变的情况下，首先采用激光对构件固相成形单道次进行横向面部扫描；扫描时，激光需通过振镜和机械运动的协调完成偏摆，期路径与需与数模一致；边角扫掠，采用激光对固相增材单道成形坯料经行边角扫掠。同一束激光，一半能量用来熔化焊接固相增材后的边角，另一半用来形成修饰焊形式对边角进行扫掠。该技术可应用于金属零部件制造及性能改进方面，可使成形坯件免于二次机械加工，增加材料利用率并降低生产成本和制造周期。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固相增材制造技术，属于特种加工技术领域。特别适用于一种利用固相增材后其横向幅面、边角存在未连接的区域以及成型后表面台阶化需要处理的一种新技术。

背景技术

增材制造技术是一种无需模具，而可以通过三维数模直接成形出零件毛坯先进制造技术，其不仅大大缩短了制造周期，而且大幅降低制造成本，其凸显的优势使其可以牵引“中国制造2025”，而固相增材以其不经过相变就可以实现金属成型的方法，受到越来越多学者的青睐。

针对高性能固相增材制造技术中成形幅面/边角易于出现界面扩散不充分，提出固相增材后激光扫掠边角，一方面促进其扩散，另一方面可以实现修饰性的降低侧面粗糙度，增加材料的利用率，降低生产成本和制造周期。

本发明所采用的是固相增材后多点激光扫掠精加工的方法，其扫描方法保护如下：

1.不对成形皮坯料熔化、不产生相变的情况下，首先采用激光对构件固相成形单道次进行横向面部扫描，其扫描方式必须是宽幅快速对称扫描，此时可以是一束激光，也可以是多束激光来完成，如图1所示。

目的是：增加固相增材的熔合度，提高界面的接合率，降低孔隙率，增加固相增材制造的成品率。

2.边角扫掠，采用激光对固相增材单道成形坯料经行边角扫掠，同一束激光，一半能量用来熔化焊接固相增材后的边角，一半激光用来修饰扫掠降低表面粗糙度，如图1 所示。

目的：采用此项技术可在成形过程中逐层消除固相成形缺陷，降低每层的侧壁表面粗糙度，使得成形坯件无需进行二次机械加工即可使用，增加材料的利用率，降低生产成本和制造周期。

综合以上分析可知，激光的扫掠目的是增加固相增材层间熔合度，避免层间缺陷，且便于操作，推广应用优势明显。

发明内容

针对高性能固相增材制造技术中成形幅面/边角易于出现界面扩散不充分，提出固相增材后激光扫掠边角，一方面促进其扩散，另一方面可以实现修饰性的降低侧面粗糙度，增加材料的利用率，降低生产成本和制造周期。该项技术可应用于金属零部件制造及性能改进等诸多方面。

具体步骤：

(1) 通过固相增材后，在不对成形皮坯料熔化、不产生相变的情况下，首先采用激光对构件固相成形单道次进行横向面部扫描；横向面部扫描时，激光需通过振镜和机械运动的协调开完成偏摆，期路径与需与数模一致，其扫描方式必须是宽幅快速对称扫描，此时可以是一束激光，也可以是多束激光同时来完成，如图1所示，详见标号13、14所示。

(2) 边角扫掠，采用激光对固相增材单道成形坯料经行边角扫掠，同一束激光，一半能量用来熔化焊接固相增材后的边角，一半激光用来形成修饰焊形式对边角进行扫掠，目的是降低表面粗糙度，如图1 所示，标号1~4为固相增材层后表示，详见标号5~11所示，标号12为扫掠方式，即环状来回扫描。

扫掠的方式需采用对称扫掠，可以单束激光扫描，也可以多束激光同时扫描，扫描步长与成形材料构件尺寸及其工艺有关。

进步点：

采用此项技术可在成形过程中逐层消除固相成形缺陷，降低每层的侧壁表面粗糙度，使得成形坯件无需进行二次机械加工即可使用，增加材料的利用率，降低生产成本和制造周期。本发明有工艺简单方便、适用性强、便于推广应用等优点。

一、具体实施方式

实施例1：

通过扩散方式实施增材制造成形0.1mm厚的TC4钛合金构件，其平面尺寸为500mm×20mm，成形依据数模进行，成形后，通过振镜功率为1000W多模激光2台，聚焦方式为散焦，焦斑直径约为10mm，扫描速度5m/s，扫面幅面依据数模进行。

边角扫掠成形后，通过振镜功率为1000W多模激光7台，聚焦方式为散焦，焦斑直径约为5mm，扫描速度5m/s，每束激光一半能量用于扫边，一半能量用于扫边侧面，扫面边角依据数模进行。

二、附图说明

图1 固相增材激光扫掠方法示意图：

标号1~4为固相增材层后表示，详见标号5~11所示，标号12为扫掠方式，即环状来回扫描。其扫描方式必须是宽幅快速对称扫描，此时可以是一束激光，也可以是多束激光同时来完成，详见标号13、14所示。