[发明专利]一种用于提高激光增材制造构件残余压应力的方法

说明书

本发明涉及一种增材制造构件的方法，特别涉及一种用于提高激光增材制造构件残余压应力的方法。本发明包括：将粉体材料在基板的板面上依次聚结成从下至上逐层堆叠的多片叠片，在此过程中，在每形成一片或多片叠片后，进行步骤S10～S30，步骤S10：在叠片的表面上粘贴不透光的保护膜，在保护膜的表面上涂布液体以在保护膜上形成液体薄膜；步骤S20：采用脉冲激光束射击保护膜以使得增材制造构件内产生压应力；步骤S30：去除保护膜。采用该技术所产生的冲击波形成的压力峰值超过叠片叠层的屈服强度使得叠片叠层内部产生塑性变形和残余压应力，能抵消全部的拉伸应力，有效降低疲劳裂纹扩展，从而提高增材制造构件的疲劳性能。

技术领域

本发明涉及一种增材制造构件的方法，特别涉及一种用于提高激光增材制造构件残余压应力的方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

在增材制造过程中，由于叠加的热输入导致构件内部及表面产生严重的拉应力，进而降低构件的使用寿命，所有很有必要采取措施对增材制造构件的残余拉应力进行控制。目前常用的有三种方法：

1、增材制造前，对加工台进行预热。对于此种方法，由于加工台预热温度小于一次热输入构件局部上升的温度，并且构件在制造过程中层层叠加，逐渐远离加工台，构件后加工出的部分与前加工的部分的受热不均匀，构件中的拉应力虽然得到减小，但并不能完全消除。

2、增材制造过程中，改变激光增材工艺，如改变增材路径，改变热输入等方法。对于此种方法，虽然能改善构件内的拉应力，但毕竟在制造过程中对每一次材料的叠加还是需要对材料进行一次热输入，也不能完全消除构件中的拉应力。

3、增材制造后，对构件进行热处理。对于此种方法，在一定条件下能减少构件内的70％的残余拉应力，但也无法完全消除构件内的拉应力。

上述三种方法均能控制增材制造构件内部与表面的拉应力，但并不完全消除构件内的拉应力，而且也无法对材料表面及内部产生压应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为如何消除增材制造构件中的拉应力，并在增材制造构件表面及内部产生压应力。

针对上述技术问题，本发明提出了一种用于提高激光增材制造构件残余压应力的方法，其包括：

将粉体材料在基板的板面上依次聚结成从下至上逐层堆叠的多片叠片，

在此过程中，在每形成一片或多片叠片后，进行步骤S10～S30，

步骤S10：在叠片的表面上粘贴不透光的保护膜，再将叠片垂直放置，在保护膜的表面上涂布液体以在保护膜上形成液体薄膜；

步骤S20：采用脉冲激光束射击保护膜以使得增材制造构件内产生压应力，脉冲激光束的参数范围：激光能量为3～15J，波长为1064nm，脉宽为8～12ns，脉冲激光束在保护膜上形成的光斑的直径为2～5mm；

步骤S30：去除保护膜，再进行下一叠片的增材制造。

在步骤S10中，在保护膜的表面涂布液体的步骤为：

将基板竖直放置后，对保护膜进行喷淋使得保护膜上形成液体薄膜。

所述液体薄膜为去离子水膜。

所述液体膜的厚度为1.5～2.5mm。