本發(fā)明涉及激光增材制造，具體涉及一種選區(qū)激光熔化加工方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、選區(qū)激光熔化是金屬材料增材制造中的一種主要技術(shù)途徑。該技術(shù)選用激光作為能量源，按照三維cad切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進行逐層掃描，掃描過的金屬粉末通過熔化、凝固從而達到冶金結(jié)合的效果，最終獲得模型所設(shè)計的金屬零件。

2、目前常規(guī)的加工方法采用單激光進行加工，加工過程中易出現(xiàn)氣孔、裂紋、球化、飛濺、表面質(zhì)量差和幾何變形等缺陷，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其主要原因在于：氣孔是由于熔池中的氣體在凝固過程中未能及時逸出而形成的空洞；裂紋是由于材料在高溫下受到熱應(yīng)力作用而產(chǎn)生的；球化是金屬粉末在凝固過程中形成的球狀顆粒，影響鋪粉質(zhì)量和構(gòu)件的表面質(zhì)量，進而降低抗拉強度和抗疲勞性能；幾何變形是由于溫度分布不均勻，零件在冷卻過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致幾何變形，影響零件的尺寸精度和形狀穩(wěn)定性。結(jié)合缺陷形成原因，本發(fā)明提供一種選區(qū)激光熔化加工方法及裝置，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種選區(qū)激光熔化加工方法及裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種選區(qū)激光熔化加工方法，包括以下步驟：

4、s1：將原料按配方比例進行混合，并研磨成均勻粒徑分布的粉末狀；

5、s2：將粉末原料添加到選區(qū)激光熔化加工裝置中，對原料表面施加激光束一，所述激光束一為大光斑、較低能量密度，用于對原料粉末預(yù)熱處理；

6、s3：對原料表面施加激光束二，所述激光束二為小光斑、較高能量密度，用于對預(yù)熱原料粉末進行熔化處理；

7、s4：對熔化的原料表面施加激光束三，所述激光束三為脈沖激光，且為小光斑、較高能量密度，用于對熔化層進行激光沖擊鍛打；

8、s5：再對成型件表面施加激光束四，所述激光束四為大光斑、較低能量密度，用于對成型件進行激光后處理，完成成型件的加工。

9、優(yōu)選的，所述激光束一的功率設(shè)置為150-250w、光斑直徑設(shè)置為140-160μm，所述激光束二的功率設(shè)置為200-400w、光斑直徑設(shè)置為60-75μm；所述激光束三的功率設(shè)置為230-450w、光斑直徑設(shè)置為60-75μm；所述激光束四的功率設(shè)置為120-260w、光斑直徑設(shè)置為110-130μm。

10、優(yōu)選的，所述s2中，粉末原料采用鋪粉輥在選區(qū)激光熔化加工裝置中均勻鋪設(shè)成層狀結(jié)構(gòu)。

11、優(yōu)選的，整個加工過程在保護氣體氛圍中進行。

12、優(yōu)選的，所述s5中，激光束四在施加于成型件后通過緩冷方式控制冷卻速率。

13、一種選區(qū)激光熔化加工裝置，包括成型室、成型缸以及料缸，所述成型室的下端兩側(cè)位置分別安裝有成型缸和料缸，所述成型室的兩端安裝有氛圍保護系統(tǒng)和氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)，所述成型室的內(nèi)部設(shè)有用于對粉末原料均勻鋪設(shè)的鋪粉輥；

14、所述成型室的上方安裝有鏡架，所述鏡架內(nèi)依次安裝有擴束鏡、掃描振鏡以及f-θ鏡，還包括用于向鏡架內(nèi)發(fā)射激光的激光器，所述激光器通過計算機控制系統(tǒng)進行控制，所述激光器發(fā)射的光束經(jīng)過鏡架后進入到成型室中。

15、優(yōu)選的，所述激光器的數(shù)量設(shè)有四套，其中有三套為連續(xù)激光器，有一套為脈沖激光器。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明通過激光束一和激光束四的預(yù)熱緩冷作用有效減少溫度梯度，降低最大應(yīng)力，減少成形件開裂紋及剝落；通過激光束二和激光束三的熔化、激光沖擊鍛打降低成形件孔隙率，獲得更高的致密度，以及更好的機械性能及表面質(zhì)量；激光束四同時起到原位熱處理作用，充分利用前三束激光加工的殘余熱量，減少能量消耗；從而通過缺陷控制和組織性能提高成型件性能和成型質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種選區(qū)激光熔化加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選區(qū)激光熔化加工方法，其特征在于：所述激光束一的功率設(shè)置為150-250w、光斑直徑設(shè)置為140-160μm，所述激光束二的功率設(shè)置為200-400w、光斑直徑設(shè)置為60-75μm；所述激光束三的功率設(shè)置為230-450w、光斑直徑設(shè)置為60-75μm；所述激光束四的功率設(shè)置為120-260w、光斑直徑設(shè)置為110-130μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選區(qū)激光熔化加工方法，其特征在于：所述s2中，粉末原料采用鋪粉輥在選區(qū)激光熔化加工裝置中均勻鋪設(shè)成層狀結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選區(qū)激光熔化加工方法，其特征在于：整個加工過程在保護氣體氛圍中進行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選區(qū)激光熔化加工方法，其特征在于：所述s5中，激光束四在施加于成型件后通過緩冷方式控制冷卻速率。

6.一種用于權(quán)利要求1-5中任一項所述加工方法的選區(qū)激光熔化加工裝置，其特征在于，包括成型室(1)、成型缸(2)以及料缸(3)，所述成型室(1)的下端兩側(cè)位置分別安裝有成型缸(2)和料缸(3)，所述成型室(1)的兩端安裝有氛圍保護系統(tǒng)(5)和氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)(6)，所述成型室(1)的內(nèi)部設(shè)有用于對粉末原料均勻鋪設(shè)的鋪粉輥(4)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種選區(qū)激光熔化加工裝置，其特征在于：所述激光器(11)的數(shù)量設(shè)有四套，其中有三套為連續(xù)激光器，有一套為脈沖激光器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種選區(qū)激光熔化加工方法及裝置，涉及激光增材制造技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：將原料按配方比例進行混合，并研磨成均勻粒徑分布的粉末狀；將粉末原料添加到選區(qū)激光熔化加工裝置中，對原料表面施加激光束一，所述激光束一為大光斑、較低能量密度，用于對原料粉末預(yù)熱處理；本發(fā)明通過激光束一和激光束四的預(yù)熱緩冷作用有效減少溫度梯度，降低最大應(yīng)力，減少成形件開裂紋及剝落；通過激光束二和激光束三的熔化、激光沖擊鍛打降低成形件孔隙率，獲得更高的致密度，以及更好的機械性能及表面質(zhì)量；激光束四還起到原位熱處理作用，充分利用前三束激光加工的殘余熱量，減少能量消耗；從而通過缺陷控制和組織性能提高成型件性能和成型質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：方駿,王東生,李贊松,楊友文,李壬棟,韓振江
受保護的技術(shù)使用者：銅陵學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28