[发明专利]一种基于仿生功能的LMD激光制造工艺

说明书

本发明公开了一种基于仿生功能的LMD激光制造工艺，具体步骤如下：步骤1，对成型件的实体建模；步骤2，金属覆盖层实体模型转换成STL文件格式；步骤3，金属覆盖层分层算法的制定；步骤4，金属覆盖层扫描路径的规划；步骤5，进行成形试验；本发明的该工艺实现了对LMD过程成型的速度和精度的控制，在保证生产效率的同时，获得高质量的成形件；此外，获得的金属覆盖层是对龟甲进行仿生的构建，具有类似龟甲高强度和轻质量的特点。

技术领域

本发明属于激光熔化沉积领域，即LMD增材制造工艺，具体为一种基于仿生功能的LMD激光制造工艺。

背景技术

激光熔化沉积技术（Laser Melting Deposition，LMD）作为增材制造技术的一种，是快速成型技术和激光熔覆技术的有机结合，以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将喷洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积，从而形成金属零件的制造技术。整个LMD 系统包括激光器、激光制冷机组、激光光路系统、激光加工机床、激光熔化沉积腔、送粉系统及工艺监控系统等。与传统的加工工艺相比，LMD工艺可以大幅度降低材料浪费、简化产品的制造程序、提高新产品开发周期、提高效率并降低成本、适合个性化零件生产等。同时，可以通过LMD对材料的微观结构及力学性能等进行控制和设计。

随着LMD增材制造技术的不断发展和突破，该技术为航空航天、工模具等领域高附加值金属零部件的包覆提供一种高性能、高柔性技术。然而，在不合理的制造工艺下，在LMD过程中极易出现脆性金属间化合物，严重影响金属覆盖层的最终性能。一方面，金属间化合物会消耗基体中有用的合金元素。另一方面，为裂纹提供了形核和长大的有利位置，在残余应力或其他外载应力作用下可为裂纹的形核和生长扩展提供条件。

生物仿真技术作为一种先进制造技术为成形件工艺参数的优化提供了新途径。乌龟是地球上现存的最古老的生物之一，坚硬的外壳给予了乌龟优异的被动防御能力，在大自然的优胜劣汰中存活至今。而乌龟壳坚固性的研究长期以来一直被国内外学者所重视。乌龟背部呈拱形结构，跨度很大，这种近似半球形面的蜂窝状多边形结构，能够提供最佳的抵抗外压力的能力。

因此，将LMD激光制造工艺应用于龟甲的仿真，在比较薄覆盖层的基础上，提高性能、抵抗外压力，同时保持成型的速度以及精度一直是本领域技术人员待解决的技术难题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种基于仿生功能的LMD激光制造工艺，是基于对龟甲结构进行研究，制作成本较低，能够在金属表面以较薄的覆盖层和较少的材料增加量来获得较高强度。

本发明是这样实现的，一种基于仿生功能的LMD激光制造工艺，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，对成型件的实体建模；

步骤2，金属覆盖层实体模型转换成STL文件格式；

步骤3，金属覆盖层分层算法的制定；

步骤4，金属覆盖层扫描路径的规划；

步骤5，进行成形试验。

进一步，所述的步骤1包括：将粉末均匀分散成环型再汇聚送入聚焦的激光光束，熔化后落入熔覆层，而且粉末流与激光束同轴耦合输出，后利用三维CAD软件对龟甲结构进行实体建模。

进一步，所述的沉积粉末是铝合金或钛合金的球形粉末，其颗粒直径大于等于50μm且小于等于150μm。

进一步，所述的步骤3包括：

3.1，读取STL文件；

3.2，确定分层方向；

3.3，确定分层厚度的最大最小值；

3.4，确定最大残余高度；

3.5，确定层厚：