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CN111036902B - 一种激光选区增材制造的多孔成形方法 - Google Patents

一种激光选区增材制造的多孔成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光选区增材制造的多孔成形方法，利用SLM 3D打印机的高能量激光束将三维模型切片后的二维截面上的金属合金粉末熔化过程中，在扫描间距不变的情况下，同时线性降低SLM 3D打印机的激光功率和扫描速度至两者预设值的10％‑30％，由下而上逐层打印，得到金属多孔组织块体的三维目标产品。与现有技术相比，本发明采用SLM 3D打印实现金属多孔材料的制备，使得目标产品的加工过程为增材制造过程，如此实现了原料的零损耗，同时避免了微孔被堵塞，保证了加工产品的性能；本发明中金属SLM多孔成形工艺相较一般的工艺火花明显变小的，特别是飞溅的火花可基本消失。

Description

一种激光选区增材制造的多孔成形方法
技术领域
本发明涉及金属多孔材料的制备领域，尤其是涉及一种激光选区增材制造的多孔成形方法。
背景技术
金属多孔材料内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞的直径约2um～3mm之间。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点。正因为多孔金属材料具有结构材料利功能材料的特点，所以被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域。
金属多孔材料一般是由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成形与烧结制成，如CN1268460C公开了一种金属多孔材料的制备方法，涉及一种制备金属多孔材料的方法。其特点是将金属粉末加入水溶性粘结剂，混合成金属粉末料浆，将其均匀涂覆在金属丝网上，烘干，在真空或还原气氛保护下，烧结金属丝网，轧制平整烧结后的金属丝网，得到金属多孔材料。
该种烧结的方法只能先得到金属多孔材料，待金属多孔材料冷却后还需根据需求进行重新研磨、车削等加工过程才能获得最终的目标产品，在加工过程中会产生大量的废料，造成大量的材料浪费，同时对金属多孔材料进行加工的过程中会因为应力的作用导致微孔被堵塞，造成材料结构被破坏，从而影响到产品的性能。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种激光选区增材制造的多孔成形方法，本发明并未选用现有技术中的烧结-再加工的方法获得目标产品，而是采用SLM 3D打印实现金属多孔材料的制备，使得目标产品的加工过程为增材制造过程，如此实现了原料的零损耗，同时避免了微孔被堵塞，保证了加工产品的性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明中激光选区增材制造的多孔成形方法，利用SLM 3D打印机的高能量激光束将三维模型切片后的二维截面上的金属合金粉末熔化过程中，在扫描间距不变的情况下，同时线性降低SLM 3D打印机的激光功率和扫描速度至两者预设值的10％-30％，由下而上逐层打印，得到金属多孔组织块体的三维目标产品。现有的SLM 3D打印技术仅能实现无微孔金属产品的打印，本发明从操作工艺上出发对SLM 3D打印技术进行了调整，通过工艺的改进实现对加工产品的结构改变。
进一步地，所述的金属合金粉末为铝合金粉末、铁基合金粉末或铜合金粉末中的一种。
进一步地，SLM 3D打印机的激光功率设置为150～200W。
进一步地，SLM 3D打印机的扫描速度设置为200～1500mm/s。
进一步地，SLM 3D打印机的扫描间距设置为0.02～0.2mm。
进一步地，金属合金粉末的铺设厚度为15-100μm。
进一步地，得到的金属多孔组织块体的三维目标产品的孔隙率为40％～60％；得到的金属多孔组织块体的三维目标产品中的孔道均匀分布。
进一步地，所述的金属合金粉末的粒径为100～500目。
进一步地，由下而上逐层打印完成后进行退火处理，以消除制品内的热应力。
进一步地，退火处理之后进行刻蚀或抛光，得到金属多孔组织块体的三维目标产品。
在本发明中激光的能量在金属粉末表面形成热影响区形成熔池，熔池影响周围粉末成型效果，本发明通过降低激光功率和扫描速度至两者预设值的10％-30％，来实现较好的熔融效果的同时产生较多的均匀孔隙，同时保持了产品具有较好的表面质量，这样便可通过增材制造的方法制备金属多孔材料的目标产品。
与现有技术相比，本发明采用SLM 3D打印实现金属多孔材料的制备，使得目标产品的加工过程为增材制造过程，如此实现了原料的零损耗，同时避免了微孔被堵塞，保证了加工产品的性能；
另一方面，目标产品的打印过程中，本发明中金属SLM多孔成形工艺相较一般的工艺火花明显变小的，特别是飞溅的火花可基本消失。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。
实施例1
本实施例利用铝合金粉末进行SLM 3D打印获得最终多孔金属材料产品。
标准功率为：150W-190W；
扫描速度200-800mm/s，该范围是实施过程中大量实验的结果，根据机器不同会微调；
扫描间距为：0.03-0.2mm；
选用铝合金粉末的粒径为100目；
铝合金粉末的铺设厚度为：15μm；
得到的铝合金多孔组织块体的三维目标产品的孔隙率为40％～60％；得到的铝合金多孔组织块体的三维目标产品中的孔道均匀分布。
由下而上逐层打印完成后进行退火处理，以消除制品内的热应力。退火处理之后进行刻蚀或抛光，得到铝合金多孔组织块体的三维目标产品。
实施例2
本实施例利用铁基合金粉末进行SLM 3D打印获得最终多孔金属材料产品。
标准功率为：150W-190W；
扫描速度200-800mm/s，该范围是实施过程中大量实验的结果，根据机器不同会微调；
扫描间距为：0.03-0.2mm；
选用铁基合金粉末的粒径为500目；
铁基合金的铺设厚度为：100μm；
得到的铁基合金多孔组织块体的三维目标产品的孔隙率为40％～60％；得到的铁基合金多孔组织块体的三维目标产品中的孔道均匀分布。
由下而上逐层打印完成后进行退火处理，以消除制品内的热应力。退火处理之后进行刻蚀或抛光，得到铁基合金多孔组织块体的三维目标产品。
实施例3
本实施例利用铜合金粉末进行SLM 3D打印获得最终多孔金属材料产品。
标准功率为：150W-190W；
扫描速度200-800mm/s，该范围是实施过程中大量实验的结果，根据机器不同会微调；
扫描间距为：0.03-0.2mm；
选用铜合金粉末的粒径为200目；
铜合金的铺设厚度为：25μm；
得到的铜合金多孔组织块体的三维目标产品的孔隙率为40％～60％；得到的铜合金多孔组织块体的三维目标产品中的孔道均匀分布。
由下而上逐层打印完成后进行退火处理，以消除制品内的热应力。退火处理之后进行刻蚀或抛光，得到铜合金多孔组织块体的三维目标产品。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光选区增材制造的多孔成形方法，其特征在于，利用SLM 3D打印机的高能量激光束将三维模型切片后的二维截面上的金属合金粉末熔化过程中，在扫描间距不变的情况下，同时线性降低SLM 3D打印机的激光功率和扫描速度至两者预设值的10%-30%，由下而上逐层打印，得到金属多孔组织块体的三维目标产品；
所述的金属合金粉末为铝合金粉末、铁基合金粉末或铜合金粉末中的一种；
SLM 3D打印机的激光功率设置为150~200W，SLM 3D打印机的扫描速度设置为200~1500mm/s，SLM 3D打印机的扫描间距设置为0.02~0.2mm，金属合金粉末的铺设厚度为15-100μm，得到的金属多孔组织块体的三维目标产品的孔隙率为40%~60%，以此得到的金属多孔组织块体的三维目标产品中的孔道均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种激光选区增材制造的多孔成形方法，其特征在于，所述的金属合金粉末的粒径为100~500目。
3.根据权利要求1所述的一种激光选区增材制造的多孔成形方法，由下而上逐层打印完成后进行退火处理，以消除制品内的热应力。
4.根据权利要求3所述的一种激光选区增材制造的多孔成形方法，退火处理之后进行刻蚀或抛光，得到金属多孔组织块体的三维目标产品。
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