本發(fā)明涉及3d打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對于金屬工件的激光3d打印方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。

激光燒結(jié)技術(shù)利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計算機控制層層堆結(jié)成型。激光燒結(jié)技術(shù)可以使用非常多的粉末材料，并制成相應(yīng)材質(zhì)的成品，激光燒結(jié)的成品精度好、強度高，但是最主要的優(yōu)勢還是在于金屬成品的制作。激光燒結(jié)可以直接燒結(jié)金屬零件，也可以間接燒結(jié)金屬零件，最終成品的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他3d打印技術(shù)。

然而，傳統(tǒng)金屬3d打印工件在接卸性能上存在很大的缺陷，主要表現(xiàn)在由于激光3d打印屬于層層堆疊，打印過程中會出現(xiàn)孔隙、過燒現(xiàn)象及球化現(xiàn)象，所以導(dǎo)致打印成的金屬工件致密度低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬工件的激光3d打印方法及其系統(tǒng)，其解決了現(xiàn)有3d打印金屬工件致密度低的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種金屬工件的激光3d打印方法，其包括以下步驟：

第一步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對金屬粉末進行3d燒結(jié)；

第二步、利用短脈寬激光對3d燒結(jié)的部件進行激光誘導(dǎo)的激波沖擊；

第三步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對3d燒結(jié)的部件進行拋光處理。

其中，當(dāng)3d打印涉及多種材料的粉末時，還包括根據(jù)各材料粉末的光學(xué)特性選擇激光波長、脈沖能量和脈寬，重復(fù)所述第一步至第三步工藝，實施功能梯度3d打印。

實現(xiàn)如上所述金屬工件的激光3d打印方法的系統(tǒng)，其包括：工控機；連接并由所述工控機控制的脈寬可調(diào)的激光器及其掃描裝置；以及連接并由所述工控機控制的、接受所述激光掃描裝置的掃描以進行金屬工件3d打印的金屬池裝置。

其中，所述的金屬池裝置包括密封腔及設(shè)于所述密封腔內(nèi)的粉料缸、成型缸及鋪粉輥。

其中，所述的金屬池裝置還包括：連通于所述密封腔的抽氣裝置。

其中，所述的抽氣裝置與密封腔對應(yīng)的連通通道上設(shè)有粉塵凈化器。

其中，所述的金屬池裝置還包括連通于密封腔的充氣裝置。

其中，所述的激光掃描裝置包括：連接于工控機并根據(jù)工控機的控制調(diào)節(jié)脈寬的激光器；連接于所述激光器的擴束裝置；及連接于所述擴束裝置、對金屬池裝置進行激光掃描的振鏡透鏡組件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬工件的激光3d打印方法及其系統(tǒng)，在打印金屬工件的過程中通過改變激光脈沖寬度來控制激光燒結(jié)的程度，改善金屬工件在打印過程中出現(xiàn)孔隙、過燒及球化現(xiàn)象的情況，提高金屬工件的致密度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的金屬工件的激光3d打印系統(tǒng)的功能模塊框圖。

圖2為本發(fā)明的采用金屬工件的激光3d打印系統(tǒng)的3d打印方法流程圖。

具體實施方式

以下參考附圖，對本發(fā)明予以進一步地詳盡闡述。

請參閱附圖1，在本實施例中，該請參照圖1，本實施例的金屬工件的激光3d打印系統(tǒng)主要包括工控機10，激光掃描裝置20及金屬池裝置30。工控機10控制激光掃描裝置20對放置于金屬池裝置30內(nèi)的金屬粉末進行3d打印。

其中，工控機10與激光掃描裝置20及金屬池裝置30連接，并控制激光掃描裝置20及金屬池裝置30。

進一步的，上述激光掃描裝置20包括：連接于工控機10并根據(jù)工控機10的控制調(diào)節(jié)脈寬的激光器21、連接于激光器21的擴束裝置22及連接于擴束裝置22并對金屬池裝置30進行激光掃描的振鏡透鏡組件23。

其中，金屬池裝置30包括密封腔31、連通于密封腔31的抽氣裝置32、設(shè)在抽氣裝置32與密封腔31對應(yīng)的連通通道上的粉塵凈化器33及連通于密封腔31的充氣裝置34。

其中，上述金屬池裝置30還包括：設(shè)于密封腔31內(nèi)的粉料缸、成型缸及鋪粉輥(附圖中并未示出)。

優(yōu)選的，上述密封腔31內(nèi)還可以設(shè)置多種傳感器，用于監(jiān)視密封腔31內(nèi)的工作環(huán)境和工作狀態(tài)。

更具體的，抽氣裝置32可以為真空泵；充氣裝置34輸送的保護氣體可以為氬氣、氙氣及其他惰性氣體中的一種或多種，保護氣體將金屬粉末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。

本實施例的金屬工件的3d打印系統(tǒng)的工作原理為：激光3d打印過程開始后，工控機10控制抽氣裝置32工作，把密封腔31內(nèi)空氣抽空，然后工控機10控制關(guān)閉抽氣裝置32并打開粉塵凈化器33及充氣裝置34輸送保護氣體，將密封腔31充滿；鋪粉輥鋪設(shè)第一層金屬粉末至預(yù)定位置，工控機10調(diào)節(jié)激光器21以預(yù)定脈沖出光，控制激光束按第一層的填充掃描路徑掃描，燒結(jié)所鋪設(shè)的第一層金屬粉末；加工出第一層后，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉輥在已加工好的第一層鋪設(shè)好第二層金屬粉末，工控機10調(diào)節(jié)激光器21以預(yù)定脈沖出光并控制激光束按第二層的填充掃描路徑掃描，燒結(jié)所鋪設(shè)的第二層金屬粉末；如此層層加工，直到整個金屬工件的打印完成。

請參閱附圖2，本實施例還公開了一種采用上述金屬工件的激光3d打印系統(tǒng)的3d打印方法，該方法包括以下步驟：

第一步，利用連續(xù)激光或脈沖激光對金屬粉末進行3d燒結(jié)；

第二步，在燒結(jié)的同時或之后，利用短脈寬激光對3d燒結(jié)的部件進行激光誘導(dǎo)的激波沖擊(lasershockpeening)，以增強部件的機械性能；

第三步，根據(jù)實際需要，利用連續(xù)激光或脈沖激光對3d燒結(jié)的部件進行拋光處理；

第四步，當(dāng)3d打印涉及多種材料的粉末，如相鄰層采用不同的材料(粉末)，或同一層不同位置采用不同的材料(粉末)，根據(jù)各材料(粉末)的光學(xué)特性選擇合適的激光波長、脈沖能量和脈寬，應(yīng)用上述工藝，實現(xiàn)功能梯度材料的打印、沖擊和拋光。

本實施例的金屬工件的3d打印系統(tǒng)通過對激光束的脈沖寬度進行調(diào)節(jié)來改變金屬粉末吸收的能量，進而改變金屬粉末的金屬顆粒的熔化量，從而降低金屬熔體粘度和表面張力，增加熔池深度和寬度，使得金屬顆粒間的粘結(jié)力增加，進而增加金屬工件的致密度。

上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種金屬工件的激光3D打印方法及其系統(tǒng)，方法包括以下步驟：第一步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對金屬粉末進行3D燒結(jié)；第二步、利用短脈寬激光對3D燒結(jié)的部件進行激光誘導(dǎo)的激波沖擊；第三步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對3D燒結(jié)的部件進行拋光處理。當(dāng)打印物件包括不同材料粉末時，根據(jù)各材料粉末的光學(xué)特性選擇合適的激光波長、脈寬、脈沖能量等參數(shù)，應(yīng)用上述三步實現(xiàn)具有功能梯度的物件的3D打印。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬工件的激光3D打印系統(tǒng)，在打印金屬工件的過程中通過改變激光脈沖寬度來控制激光燒結(jié)的程度，改善金屬工件在打印過程中出現(xiàn)孔隙、過燒及球化現(xiàn)象的情況，提高金屬工件的致密度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙曉杰;陶沙;秦國雙
受保護的技術(shù)使用者：英諾激光科技股份有限公司;常州英諾激光科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.10.17