[发明专利]金属基复合材料结构件激光直接制造方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料结构件的制造领域，具体地，涉及一种金属基复合 材料结构件激光直接制造方法及装置。

背景技术

以金属为基体材料，通过添加具有耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等特殊功能的 陶瓷增强相，制备出的金属基复合材料兼具金属和陶瓷各自优良性能、又能弥补各 自不足，目前金属基复合材料已广泛应用于各种工业领域。由于传统的铸造、粉末 冶金以及热压等工艺方法的自身特点，往往无法直接制备出精密、复杂的金属基复 合材料结构件。

基于局域激光送粉的金属零件快速制造方法(其制造原理是在计算机上生成零 件的CAD模型，对CAD模型进行切片处理，使一个复杂的三维零件离散为一系列的 二维平面图形，由此获得扫描轨迹指令，通过激光束熔化同步送入的金属粉末，根 据CAD给出的路线，用数控系统控制激光束来回扫描，便可堆积出任意形状的金属 实体零件，也即是送粉式3D打印。)作为一种成熟的金属结构件直接制造方法， 可直接制造出精密、复杂的结构件，但一般采用一种或者性能较为接近的几种混合 金属粉末，若混合粉末物理、化学性能差异较大，将会产生裂纹、气孔等冶金缺陷。

因此，亟待开发出一种可以用于金属基复合材料的激光直接制造技术方案。

发明内容

针对现有金属基复合材料制备方法(包括激光直接制造)无法用于精密复杂的 金属基复合材料结构的制造，本发明的目的是提供一种金属基复合材料结构件激光 直接制造方法及装置。

根据本发明提供的一种金属基复合材料结构件激光直接制造方法，包括如下步 骤：

步骤1：计算机上生成零件的CAD模型，对CAD模型进行切片处理，使零件离散 为一系列的二维平面图形，获得扫描轨迹指令；

步骤2：根据所述扫描轨迹指令，令与激光束保持同轴的送粉装置开始进行金属 粉末送粉；

步骤3：开启激光，使激光束熔化金属粉末；

步骤4：从激光束的旁轴将陶瓷粉末送入激光形成的熔池。

优选地，所述金属粉末送粉方式为与激光束同轴送粉，所述金属粉末为Fe、Al、 Ti、Cu中的任意一种或多种金属粉末。

优选地，激光的激光源采用CO₂气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或 光纤激光器。

优选地，所述陶瓷粉末采用与激光束旁轴送粉的方式，所述陶瓷粉末为SiC、WC、 ZrO₂中的任意一种或多种陶瓷粉末。

优选地，所述陶瓷粉末从激光熔化金属粉末形成熔池的尾部进入，避免激光束 与陶瓷粉末的直接作用。

优选地，发射激光的激光头、进行金属粉末送粉的同轴金属粉末送粉喷嘴以及 进行陶瓷粉末送粉的旁轴陶瓷粉末送粉喷嘴在零件制造过程中固定于机器人臂或 数控机床上，并保持相对位置不变。

优选地，还包括步骤：调节进行陶瓷粉末送粉的旁轴陶瓷粉末送粉喷嘴与激光 束之间的角度和间距。

根据本发明提供的一种金属基复合材料结构件激光直接制造装置，采用上述的 金属基复合材料结构件激光直接制造方法制造零件。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可直接制造精密复杂的金属基复合材料结构件；

2、本发明可在传统的激光直接制造工艺设备基础上加以改造即可实现，易于推 广应用；

3、采用本发明可制备比传统铸造、粉末冶金以及热压等更为精密、复杂的结构， 同时力学性能更为优异。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中金属基复合材料结构件激光直接制造方法的步骤流程图；

图2为本发明中金属基复合材料结构件激光直接制造装置的结构示意图；

1为激光束扫描方向；

2为与激光束同步的金属粉末流；

3为激光束；

4为陶瓷粉末流；

5为陶瓷粉末送粉喷嘴；

6为激光直接制造的一层金属复合材料结构；

7为激光直接制造金属基复合材料结构中的陶瓷；

8为金属基体；

9为激光束熔化金属粉末形成的熔池。

具体实施方式