[发明专利]一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法

说明书

本发明提供了一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，包含以下工艺步骤：(1)将制备功能梯度材料所需的所有种类金属粉末，分别进行筛分、烘烤，加入相应的送粉器中备用，测试每种粉末的单位时间出粉重量；(2)建立待加工零件的三维模型，导入设计软件；(3)调整光斑大小、工作高度、粉气、流量大小；(4)加载加工程序文件，送粉器、激光器、运动单元依次启动，直至完成功能梯度材料的打印成型；(5)将沉积所得零件进行后续的热处理及机加工处理，直至满足最终的使用要求。实现了不同结构的金属功能梯度材料的直接送粉式打印成型，各组分的精准梯度分布，所得功能梯度材料内部组织致密，无气孔、裂纹等缺陷。

技术领域

本发明涉及金属3D打印及功能梯度材料制备技术领域，尤其是一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法。

背景技术

功能梯度材料是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料，是应现代航天航空工业等高技术领域的需要，为满足在极限环境下能反复地正常工作而发展起来的一种新型功能材料。它的设计要求功能、性能随机件内部位置的变化而变化，通过优化构件的整体性能而得以满足。

定向能量沉积技术是一种先进的增材制造技术，他利用高能激光束在金属表面形成熔池并高速移动，同时将粉末或金属丝材送至熔池区域并将其熔化从而能够实现各种复杂形状零部件的直接打印成型。相比于其他功能梯度材料制备方法如粉末冶金成型、气相沉积、喷涂、电镀等工艺，定向能量沉积技术成型效率高，节省材料，并可实现不同尺寸要求、成分与性能精准可控的加工要求，在功能梯度材料制备领域有着广阔的应用场景。

现有的功能梯度材料的定向能量沉积方法形成的功能梯度材料加工效率不高，内部组织有缺陷等。

发明内容

本发明提供了一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，用于解决现有集中功能梯度材料的定向能量沉积方法形成的功能梯度材料加工效率不高，内部组织有缺陷等问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种功能梯度材料的定向能量沉积成型方法，包含以下工艺步骤：

(1)将制备功能梯度材料所需的所有种类金属粉末，分别进行筛分、烘烤，加入相应的送粉器中备用，测试每种粉末的单位时间出粉重量；

(2)建立待加工零件的三维模型，导入设计软件，选择加工摆放方式后，进行结构的优化，添加支撑，之后按照设定层厚进行切片得到逐层的平面结构，规划扫描路径并添加工艺参数后得到加工程序文件；

(3)选择合适材质及尺寸型号的基板固定在设备工作台上，调整光斑大小及合适的工作高度,调整送粉气合适的流量大小；

(4)加载加工程序文件，校对坐标无误后运行程序，此时，送粉器、激光器、运动单元依次启动，直至完成功能梯度材料的打印成型，加工结束后，将基板从设备上取下，空气中冷却或保温砂中缓慢冷却；

(5)将沉积所得零件进行后续的热处理及机加工处理，直至满足最终的使用要求。

进一步地，所述步骤(1)中金属粉末合金元素包括Fe、Ni、Cr、Al、Ti、Si、B、C、Co。

进一步地，所述步骤(1)中金属粉末球形度在90％以上，目数在80目～600目，霍尔流速在12～20(sec/50g)。

进一步地，所述步骤(1)中合金粉末的烘烤温度为80～120℃，保温时间不低于60min。

进一步地，所述步骤(1)中送粉测试使用氩气或氮气将粉末最终从送粉头持续稳定的送出，气流量为4-10L/min。

进一步地，所述步骤(2)切片时每层厚度0.3-0.6mm。

进一步地，所述步骤(2)扫描路径为长直线或轮廓偏置或螺旋线，具体根据实际工件进行选择。