鋁材的送粉式激光增材制造系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁材的送粉式激光增材制造系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光快速成形技術(shù)是基于上世界70年代末期的激光多層熔覆技術(shù)發(fā)展起來的一類技術(shù)。該技術(shù)通過采用計算機設(shè)計數(shù)字化模型，并通過計算機智能控制，將材料逐層累加成型，最終實現(xiàn)具有三維復雜結(jié)構(gòu)的實體零部件，是一項典型的數(shù)字化制造、綠色智能制造技術(shù)。目前的激光快速成形技術(shù)主要包括立體光刻技術(shù)、分層實體制造技術(shù)、激光近凈成形技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)成形技術(shù)、選擇性激光熔化成形技術(shù)等，其中金屬結(jié)構(gòu)的激光快速成形主要依賴于激光近凈成形技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)成形技術(shù)、選擇性激光熔化成形技術(shù)等實現(xiàn)。
[0003]鋁由于具有密度小，強度高，耐低溫，導電、導熱性好，延展性好等優(yōu)點，使得鋁、鋁合金及鋁基復合材料在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)的各個方面獲得廣泛應用。目前發(fā)展的用于鋁、鋁合金及鋁基復合材料的激光快速成形技術(shù)主要依賴于選擇性激光燒結(jié)成形和選擇性激光熔化成形技術(shù)，其所采用的激光光源主要為光纖激光器和Nd:YAG激光器。由于鋁、鋁合金及鋁基復合材料在進行激光成形過程中，存在較高的反射率，其在激光快速成形方面的研究落后于其它金屬材料，因此，迫切需要發(fā)展適合于鋁、鋁合金及鋁基復合材料的激光快速成形方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種，利用波長為700nm-900nm的激光，對鋁、鋁合金及鋁基復合的粉末材料的送粉式激光增材制造方法，可減小激光反射，使其更加節(jié)能，同時成形速度更快，成形品質(zhì)更好，具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種鋁材的送粉式激光增材制造方法，其特征在于:具體步驟為，
[0006]步驟一:建立零件三維模型；
[0007]步驟二:生成掃描路徑；
[0008]步驟三:對密閉加工腔體抽取真空；
[0009]步驟四:向密閉加工腔體注入保護性氣體；
[0010]步驟五:向密閉加工腔送入粉末原材料；
[0011 ] 步驟六:開啟波長為700nm-900nm的激光融化粉末原材料；
[0012]步驟七:判斷是否完成零件成形，否，則進入步驟八，是，則進入九；
[0013]步驟八:調(diào)整密閉加工腔中材料沉積部件高度，進入步驟五；
[0014]步驟九:清理零件表面粉末；
[0015]步驟十:取出成形零件。
[0016]為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，鋁材的送粉式激光增材制造方法可進一步為:
[0017]所述粉末原材料為鋁，或者為鋁合金，或者為鋁基復合材料，且該粉末原材料粒徑范圍為lnm-lmm，粉末制造方便，溶解效率高，成形產(chǎn)品更加精準。
[0018]所述波長為700nm-900nm的激光為連續(xù)激光，或者為脈沖激光，或者為準連續(xù)激光。
[0019]所述加工腔體抽取真空的氣壓范圍為I X 10 5Pa到I X 14Pa0
[0020]采用上述鋁材的送粉式激光增材制造方法的制造系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)(1)、激光發(fā)射系統(tǒng)(2)和成形系統(tǒng)(3)，其特征在于:所述激光發(fā)射系統(tǒng)(2)設(shè)有光源機構(gòu)(4)，該光源機構(gòu)(4)發(fā)出的激光依次經(jīng)光閘(5)、擴束鏡￠)、衰減器(7)和振鏡(8)進入所述成形系統(tǒng)(3);所述成形系統(tǒng)(3)設(shè)有密閉加工腔體(9)，在該密閉加工腔體(9)設(shè)有運動機構(gòu)
(10)，在該運動機構(gòu)(10)的輸出端上設(shè)有材料沉積頭(11)，所述光源機構(gòu)(4)發(fā)出的激光對準所述材料沉積頭(11)，所述密閉加工腔體(9)外部還設(shè)置有抽真空裝置(12)、保護氣體注入機構(gòu)(13)和送粉裝置(14)，所述抽真空裝置(12)的抽真空口和所述保護氣體注入機構(gòu)(13)氣體輸出口均穿過所述密閉加工腔體(9)腔壁與該密閉加工腔體(9)相通，所述送粉裝置(14)出粉口均穿過所述密閉加工腔體(9)腔壁與所述材料沉積頭(11)相通；
[0021]所述光閘(5)、衰減器(7)、振鏡(8)、運動機構(gòu)(10)、材料沉積頭(11)、抽真空裝置
(12)、保護氣體注入機構(gòu)(13)和送粉裝置(14)的控制端分別與所述控制系統(tǒng)(I)相連。
[0022]為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，采用上述鋁材的送粉式激光增材制造方法的制造系統(tǒng)可進一步為:
[0023]所述激光發(fā)射系統(tǒng)(2)中的激光光源為半導體激光器，或者為固體激光器，或者為光纖激光器，且該激光光源發(fā)出的激光波長為700nm-900nm。激光光源米用波長為700nm-900nm發(fā)射功率低，且針對鋁材粉末折射率較低，能耗損失小，融化效率也將大大提尚O
[0024]所述材料沉積頭(11)由同軸送粉打印頭和側(cè)向送粉打印頭組合而成，從不同角度進行送粉，滿足不通成形環(huán)境的需要，使其不發(fā)明打印范圍更加廣泛。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:結(jié)合大量實驗和鋁材的特性，利用波長為700nm-900nm的激光溶解鋁材，如鋁粉、鋁合金粉和鋁基符合材料粉，吸收效率高，成形速度快；在保護氣體的環(huán)境下輸送粉末原材料以及打印成形，可保證粉末原材料在激光溶解過程中不與空氣發(fā)生化學反應，使其成形效果更好；整個鋁材的送粉式激光增材制造方法工藝簡單，對硬件要求低，實現(xiàn)容易，可最大限度的降低成形成本，且成形速度快，成形產(chǎn)品質(zhì)量好，有效解決了對粉末鋁材的激光增材制造問題；采用鋁材的送粉式激光增材制造方法的制造系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，整體布局合理，所有加工系統(tǒng)采用控制系統(tǒng)集中控制，操作方便，控制精準，智能化程度高；其中密閉加工腔體及其與之配合的抽真空裝置和保護氣體注入機構(gòu)的設(shè)置，使其整個加工過程在保護氣體的環(huán)境下進行加工，避免外界空氣影響產(chǎn)品成形，同時也可有效避免外界環(huán)境對其加工過程的干擾，整個制造過程更加安全；采用送粉方式進行原材料供應，成形質(zhì)量好，速度快，通過對激光和送粉的同時控制，更好的實現(xiàn)不同需求的增材制造需求。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為AlSilOMg鋁合金粉體的激光吸收圖譜；
[0029]圖4為加工產(chǎn)品的表面粗糙度測試圖；
[0030]圖5為AlSilOMg鋁合金成型件表面形貌圖；
[0031]圖6為AlSilOMg鋁合金成型件表面粗糙度測試圖；
[0032]圖7為AlSilOMg鋁合金成型件微觀組織圖；
[0033]圖8為采用本發(fā)明所制備的AlSilOMg鋁合金成型件的硬度測試結(jié)果。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0035]如圖1所示:一種鋁材的送粉式激光增材制造方法，具體步驟為，
[0036]步驟一:根據(jù)加工零件，利用計算機建立零件三維模型；
[0037]步驟二:將加工零件切成二維平面生成掃描路徑，并將該掃描路徑傳送到制造系統(tǒng)中；