[发明专利]采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法

权利要求书

1.采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：包括依次光路连接的激光器、扩束镜、扫描器(6)和f-θ镜(7)，激光器发射的激光经过扩束镜和扫描器(6)，形成主激光光束以及分布在主激光光束四周的若干束辅助激光光束(13)；f-θ镜(7)设置于成形室(8)的顶部，成形室(8)内填充有保护气体(9)，成形室(8)连接送粉系统且成形室(8)的底部连通成形缸(12)，成形缸(12)的底部设置进给装置(2)；

该方法包括以下步骤：

a)通过送粉系统向成形缸(12)送入原料粉末；

b)对待制造的零件建立三维实体模型，并对三维模型进行切片分层，得到各个截面的轮廓数据；

c)根据待制造零件的三维实体模型，对主激光光束和辅助激光光束(13)的控温熔覆过程进行模拟，确定主激光光束和辅助激光光束(13)的功率、光斑直径和布置位置；

d)根据确定的功率、光斑直径和布置位置，采用选区激光熔化法，成形出待制造的零件胚体；

e)将零部件胚体进行后处理，得到定向晶零件；

步骤c)中对主激光光束和辅助激光光束(13)的控温熔覆过程进行模拟的具体过程包括：

301、首先对待制造零件的三维实体模型进行网格的划分，并对网格进行修正；

302、设定主激光光束和辅助激光光束(13)的初始功率、初始光斑直径和初始布置位置，进行温度场的模拟；

303、对得到的温度场进行分析，测量温度场中的熔池等温面曲率半径偏转方向与组织生长方向的夹角α；

304、将α与设定值A进行比较，在α＞A时，调节辅助激光光束(13)的功率，重新进行温度场的模拟，直至α≤A。

2.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：送粉系统包括在成形室(8)的底部设置的铺粉刮板(11)，以及与成形室(8)底部连通且装有预成型的金属粉末(3)的料缸(1)，料缸(1)的底部也设置进给装置(2)。

3.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：激光器包括一个主激光器(4)和若干个辅助激光器(14)，辅助激光器(14)的功率均小于主激光器(4)的功率；扩束镜包括位于主激光器(4)和扫描器(6)之间的第一扩束镜(5)，以及位于辅助激光器(14)和扫描器(6)之间的第二扩束镜(15)。

4.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：辅助激光光束(13)为三束，且位于等腰三角形的三个角上，主激光光束位于该等腰三角形的底边中点处。

5.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：步骤a)中原料粉末是从金属粉末钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽以及钼中任意选取五种或五种以上，以等摩尔混合均匀得到的。

6.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：设定值A为15°。

7.根据权利要求1所述的采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：步骤e)中后处理包括退火处理和精加工处理。