[发明专利]一种原位降低薄壁件残余应力的选区激光熔化成形方法

说明书

本发明涉及一种原位降低薄壁件残余应力的选区激光熔化成形方法，属于增材制造技术领域。通过控制单层铺粉次数与填充线扫描顺序，实现打印过程减小薄壁件残余应力的效果。使用切片软件对三维模型切片分层生成轮廓，再将轮廓横截面的填充线排序，并将每间隔N条熔道的填充线分为一组，打印时每层多次铺粉，每次铺粉后仅扫描一组填充线。通过填充线分组扫描与多次铺粉为每条熔道提供充足的金属粉末量，以减少相邻填充线在熔化过程中对熔道周围粉末的争夺，从而减小选区激光熔化成形薄壁件的残余应力。本发明可有效控制成形过程由于残余应力导致薄壁件翘曲、变形问题，从而提高选区激光熔化成形薄壁件的成形率。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种原位降低薄壁件残余应力的选区激光熔化成形方法。

背景技术

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)增材制造技术是一种金属快速成形方法，是基于“离散-堆积”的原理，首先在计算机上设计零件三维模型，使用切片软件对三维模型进行切片分层并设置填充策略，软件将工艺数据导出到工艺文件，增材制造设备通过解析工艺文件中的扫描路径控制激光束选择性地熔化各层金属粉末材料，逐层堆积为高性能、高致密度的三维零件。

SLM技术具有加工周期短、可加工任意复杂形状结构的金属零件等优点，能制造出传统工艺不能生产的复杂薄壁件，并且无需后处理，可广泛应用于航空航天领域。但SLM成形过程中极易产生残余应力，导致零件发生翘曲、变形以及开裂等缺陷，极大地造成SLM成形的失败率，严重限制了SLM技术的发展。

现有减小选区激光熔化成形薄壁件残余应力主要方法又热处理成形件、重熔、添加支撑等，但仍无法解决薄壁零件制造过程中由于存在残余应力而导致的翘曲、变形、开裂等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种原位降低薄壁件残余应力的选区激光熔化成形方法，通过原位减小选区激光熔化制造薄壁件过程中的残余应力，控制打印过程中的翘曲、变形等行为，提高薄壁件成形率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种原位降低薄壁件残余应力的选区激光熔化成形方法，包括以下步骤：

S1将待成形薄壁零件的数字模型切片分层生成轮廓横截面，并以平行的填充线填充该轮廓横截面；

S2对每一层所有填充线排序编号，将每间隔N条熔道的填充线分为一组，依据此规则将每一层填充线分为N+1组填充线，逐层导出每层N+1组填充线至工艺文件，并将工艺文件导入增材制造设备打印；

S3每层打印时多次铺粉，单次铺粉后仅扫描其中一组填充线，完成该组填充线扫描后再次铺粉扫描其他组填充线，直至该层N+1组填充线全部完成扫描，然后基板下降一层厚度；

S4重复步骤S3以完成零件所有层打印。

可选的，在步骤S2中，每一层填充线导出至工艺文件时，将一组所有的填充线导出完毕后再导出另一组填充线，直至该层N+1组填充线导出完毕，N+1组填充线以任意顺序导出。

可选的，在步骤S3中，每层打印时，组填充线扫描顺序与该层组填充线导出的顺序相同，扫描每组填充线时均采用相同的工艺参数。

可选的，步骤S2中，分组填充线时，间隔的熔道数N取值范围为0＜N＜5。

可选的，步骤S3中，每层铺粉次数为N+1。

可选的，步骤S3中的工艺条件为每层铺粉厚度0.01～0.1mm，激光功率100～1000W，扫描速度200～2000mm/s，扫描间距0.02～0.2mm。

本发明的有益效果在于：