[发明专利]一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法

说明书

本发明提出一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法，首先通过外置采集系统实时监测激光粉末床熔融成形缺陷与沉积层表面的距离h；然后对缺陷所在位置进行判定，当hN个沉积层厚度时，立即进行激光重熔；当h≤N个沉积层厚度时，进行铺粉、激光粉末床熔融成形，如此往复，直至累积打印高度H达到指定高度后，对沉积层表面进行激光重熔。与现有成形技术相比，本发明不仅可以降低成形件表面粗糙度，而且能实现孔隙缺陷的及时消除，相较于逐层重熔，连续沉积多层后再进行激光重熔的成形方式，大大提高了成形效率，同时为缺陷在线反馈调节赢得了更加充裕的响应时长。

技术领域：

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法。

背景技术：

增材制造是一种先进的快速成形技术，通过计算机辅助技术，以逐层沉积的方式实现复杂零件的近净成形。与传统制造技术相比，增材制造技术有效提高了成形效率和材料利用率，有望实现自由制造。激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)是一种典型的金属3D打印技术，采用高能激光束直接熔化金属粉末，成形件具有优异的力学性能和尺寸精度。然而，激光粉末床熔融成形过程极其复杂且条件极端，容易形成飞溅、孔隙、裂纹等制造缺陷，严重影响了零件的机械性能。寻找有效的缺陷抑制方法是当前研究重点和难点。

研究表明，激光粉末床熔融成形质量严重依赖于成形工艺。优化成形工艺可以有效减少缺陷的生成，但LPBF成形工艺种类繁杂，对成形质量的影响程度各不相同，成形缺陷难以避免。目前，主要通过后处理对成形缺陷进行改善。然而，在某些特殊情况下，后处理不仅不能完全消除成形缺陷，还增加了额外的成形时间和成本。对成形缺陷进行实时消除更有利于提高成形质量以及成形效率，基于此，本发明提出一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法，实现激光粉末床熔融内部缺陷的实时消除。

本发明采用以下技术方案：

一种激光粉末床熔融近表层成形缺陷实时消除方法，包括以下步骤：

S1、实时监测激光粉末床熔融成形缺陷与沉积层表面的距离h；

S2、根据成形缺陷与沉积层表面的距离h，对缺陷所在位置进行判定，具体的，

当hN个沉积层厚度时，立即进行激光重熔；对重熔后的沉积层缺陷消除情况进行判定，如果缺陷消除符合要求，进行铺粉、激光粉末床熔融成形；反之，优化重熔工艺再次进行激光重熔，直至缺陷消除满足要求为止；

当h≤N个沉积层厚度时，进行激光重熔；或者进行铺粉、激光粉末床熔融成形，直至hN个沉积层厚度，再进行激光重熔；

激光重熔所形成熔池的深度不小于N+1个沉积层的累积厚度；

S3、重复S1和S2，直至累积打印高度H到达指定高度后，停止激光粉末床熔融成形；

S4、基于沉积层表面进行激光重熔。

进一步的，单个粉末沉积层厚度为30μm，激光重熔所形成熔池的深度为100μm；沉积层数N取值为2，即当h60μm时，立即进行激光重熔，当h≤60μm时，进行铺粉、激光粉末床熔融成形。

进一步的，S1中，通过外置采集系统对激光粉末床熔融成形缺陷与沉积层表面的距离h进行监测，外置采集系统与激光器同步运行。

进一步的，S1中，选用气雾化制备的Ti-6.5Al-3.5Mo-l.5Zr-0.3Si(TC11)钛合金粉末为成形材料；粉末粒径范围为15～53μm。

进一步的，S1中，激光粉末床熔融成形的工艺参数包括：激光功率范围为150～200W，扫描速度为1.25～1.45m/s，扫描间距为80～90μm。