[发明专利]金属3D打印逐层表面激光清洗方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体地指一种金属3D打印逐层表面激光清洗方法。

背景技术

金属3D打印技术可用于制造复杂、轻质、难熔的三维结构件，特别是一些传统工艺无法加工的结构件。比如，该技术在航天航空特殊功能梯度材料的制备过程中，通过控制每层的粉末材料属性，使两种功能不同的材料出现在同一个结构件上，可获得功能梯度结构件；该技术在新能源汽车领域，通过金属3D打印技术制造出特殊的中空结构，使得结构件轻量化，达到节约能源的目的；该技术在医疗领域，通过金属3D打印技术制造出骨骼、牙齿等一些人体组织，可帮助患者快速修复或替换上述坏损结构。总而言之，金属3D打印技术在各领域中得到越来越广泛的应用。

在金属3D打印制造过程中，激光扫描水平铺设的金属粉末，使粉末完全熔化，继而快速凝固成金属层；然后在成型的金属层上继续铺设新粉末，激光再次扫描使新粉末熔覆到前一层的上表面，以形成新的金属层。之后不断重复该过程，最终堆积形成一个三维制造件。

在目前的金属3D打印过程中，每一打印层都会出现金属氧化物、金属溅射物以及未完全熔化金属颗粒等杂质。如果不处理杂质，继续打印下一层，这些杂质将会增强球化效应，从而使金属颗粒不能完全熔化，进而产生空洞，这些空洞还可能形成应力集中源，加剧翘曲、变形等缺陷。同时这些杂质也会导致当前成型上表面比较粗糙，生成异物碎片，影响下一层的熔覆，进而影响成型件的强度等性能。

3D打印过程中的缺陷通常发生在熔化的粉末颗粒与未熔化的粉末颗粒之间的接触界面。前一层中的未完全熔化的金属颗粒、金属溅射物直径较大，一般为新铺设层的粉末颗粒直径的两倍。由此改变了当前粉末层颗粒尺寸分布，导致激光扫描后的金属层中产生孔洞和缝隙，并加剧球化效应。

目前为止，对于已经完成的金属3D打印结构件，因打印过程中产生杂质而引发的内部缺陷很难被修复，尤其是对于具有复杂几何结构的工件，修复的可能性更小。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种易于安装实施、能有效提高3D打印件质量的金属3D打印逐层表面激光清洗方法。

为了实现上述目的，本发明所涉及的金属3D打印逐层表面激光清洗方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

s1在3D打印机内设置线状的辅助激光；

s2利用线状的辅助激光光斑扫描清洗3D打印机基底表面；

s3第一层铺粉后利用3D打印激光开始扫描加工，辅助激光在不超过3D打印激光扫描光斑的情况下对已打印完成的部分进行扫描清洗；

s4待第一层加工清洗完成后，再用步骤s3的方法开始下一层的加工和清洗，以此类推，进行逐层加工和清洗，直到完成整个工件的加工。

进一步地，所述辅助激光由辅助激光发生器发出并由激光变换装置变换成线状。

更进一步地，所述激光变换装置包括辅助激光X轴振镜、辅助激光Y轴振镜和平场镜，

所述辅助激光X轴振镜用于将辅助激光进行X轴偏转；

所述辅助激光Y轴振镜用于将辅助激光进行Y轴偏转；

所述平场镜用于将辅助激光发散成一条线状激光。

再进一步地，所述辅助激光的起始位置位于远离打印方向的一侧，可以很好的避免与3D金属打印激光束发生重合。

再进一步地，所述辅助激光的线状光斑与3D打印激光的打印方向夹角为90度。

能更好的清理打印过程中两相邻路径沟壑里的杂质。

本发明的优点在于：

1、在金属3D打印过程中进行逐层清洗，实现金属3D打印成型件逐层表面杂质清洗，有效去除打印过程中的金属氧化物及杂质，提高了金属成型物的质量；

2、采用辅助激光对基底的上表面进行清洗，可以有效提高基底与金属3D打印成型件的结合力；

3、辅助激光只对杂质的清除有效果，不影响金属3D打印层，不影响金属层厚；

4、采用一束独立于主激光的辅助激光，方法容易，结构简单，易于安装在金属3D打印设备中，形成拥有双激光的3D打印一体机；

5、激光清洗的过程中产生的金属蒸汽会通过腔室内的气体循环系统排出并收集，不会形成二次污染。

附图说明

图1为本发明方法的辅助激光清洗图；

图2为本发明金属3D打印逐层清洗物体的剖视图；

图3为本发明金属3D打印逐层清洗物体在第二层的局部清洗原理图；

图4为本发明辅助激光运动的方向图；

图5为本发明方法具体工作的流程图；