[发明专利]采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法

摘要

本发明涉及一种采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的装置及方法，包括依次光路连接的激光器、扩束镜、扫描器和f‑θ镜，激光器发射的激光经过扩束镜和扫描器，形成主激光光束以及分布在主激光光束四周的若干束辅助激光光束；f‑θ镜设置于成形室的顶部，成形室内填充有保护气体，成形室连接送粉系统且成形室的底部连通成形缸，成形缸的底部设置进给装置。本发明通过激光器和扫描器，形成主激光光束和若干束辅助激光光束，能够形成多束混合同步扫描的激光，能够调整成形过程中熔池的温度梯度方向，利于形成定向凝固柱晶组织；同时主激光光束和辅助激光光束配合可改变温度梯度大小，降低打印层温度梯度，确保金属晶体可以连续稳定的生长。

主权项

采用多束激光辅助控温3D打印定向晶零件的方法，其特征在于：包括依次光路连接的激光器、扩束镜、扫描器(6)和f‑θ镜(7)，激光器发射的激光经过扩束镜和扫描器(6)，形成主激光光束以及分布在主激光光束四周的若干束辅助激光光束(13)；f‑θ镜(7)设置于成形室(8)的顶部，成形室(8)内填充有保护气体(9)，成形室(8)连接送粉系统且成形室(8)的底部连通成形缸(12)，成形缸(12)的底部设置进给装置(2)；该方法包括以下步骤：a)通过送粉系统向成形缸(12)送入原料粉末；b)对待制造的零件建立三维实体模型，并对三维模型进行切片分层，得到各个截面的轮廓数据；c)根据待制造零件的三维实体模型，对主激光光束和辅助激光光束(13)的控温熔覆过程进行模拟，确定主激光光束和辅助激光光束(13)的功率、光斑直径和布置位置；d)根据确定的功率、光斑直径和布置位置，采用选区激光熔化法，成形出待制造的零件胚体；e)将零部件胚体进行后处理，得到定向晶零件；步骤c)中对主激光光束和辅助激光光束(13)的控温熔覆过程进行模拟的具体过程包括：301、首先对待制造零件的三维实体模型进行网格的划分，并对网格进行修正；302、设定主激光光束和辅助激光光束(13)的初始功率、初始光斑直径和初始布置位置，进行温度场的模拟；303、对得到的温度场进行分析，测量温度场中的熔池等温面曲率半径偏转方向与组织生长方向的夹角α；304、将α与设定值A进行比较，在α＞A时，调节辅助激光光束(13)的功率，重新进行温度场的模拟，直至α≤A。