鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種快速成形技術，具體涉及一種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法。
【背景技術】
[0002]激光快速成形技術是基于上世界70年代末期的激光多層熔覆技術發展起來的一類技術。該技術通過采用計算機設計數字化模型，并通過計算機智能控制，將材料逐層累加成型，最終實現具有三維復雜結構的實體零部件，是一項典型的數字化制造、綠色智能制造技術。目前的激光快速成形技術主要包括立體光刻技術、分層實體制造技術、激光近凈成形技術、選擇性激光燒結成形技術、選擇性激光熔化成形技術等，其中金屬結構的激光快速成形主要依賴于激光近凈成形技術、選擇性激光燒結成形技術、選擇性激光熔化成形技術等實現。
[0003]鋁由于具有密度小，強度高，耐低溫，導電、導熱性好，延展性好等優點，使得鋁、鋁合金及鋁基復合材料在國民經濟和國防工業的各個方面獲得廣泛應用。目前發展的用于鋁、鋁合金及鋁基復合材料的激光快速成形技術主要依賴于選擇性激光燒結成形和選擇性激光熔化成形技術，其所采用的激光光源主要為光纖激光器和Nd:YAG激光器。由于鋁、鋁合金及鋁基復合材料在進行激光成形過程中，存在較高的反射率，其在激光快速成形方面的研究落后于其它金屬材料，因此，迫切需要發展適合于鋁、鋁合金及鋁基復合材料的激光快速成形方法。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，提出一種，利用波長為700nm-900nm的激光，對鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，充分利用了鋁、鋁合金及鋁基復合材料對波長為700nm-900nm的激光的高吸收性，使其在3D打印過程中能量利用效率和成形效率更高，且成形更加精準，具體技術方案如下:
[0005]—種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:具體步驟為，
[0006]步驟一:利用計算機建立幾何模型，生成成形路徑；
[0007]步驟二:制造真空或者保護氣體加工環境；
[0008]步驟三:向加工區域供給原材料，并利用波長為700-900nm的激光，融化供給原材料
[0009]步驟四:判斷加工是否完成，否則，進入步驟三，掃描下一層，是則，進入步驟五；
[0010]步驟五:清理回收多余的供給原材料；
[0011]步驟六:取出產品。
[0012]為更好的實現本發明，可進一步為:
[0013]所述真空加工環境其氣壓范圍為1X10 5Pa到lX104Pa。
[0014]所述制造保護氣體加工環境具體方法為:
[0015]2.1對密閉加工腔體抽取真空；
[0016]2.2向密閉加工腔體加入保護性氣體。采用先抽真空后加入保護性氣體的方法，操作簡單，實現容易。
[0017]所述步驟二制造保護氣體加工環境具體方法為，向開放的加工區域吹送保護性氣體。其加工區域可為開放式的，不受加工產品形狀和大小的限制。
[0018]所述步驟三具體為，
[0019]3.1向加工區域供給原材料；3.2開啟波長為700?900nm的激光。
[0020]所述步驟三具體還可以為，
[0021]3.1開啟波長為700?900nm的激光；3.2向加工區域供給原材料。根據不同供給原材料，選擇先開啟激光或者供給原材料，使其使用原材料更廣，擴大本方法的應用范圍。
[0022]所述供給原材料采用直徑為100ηπι-500 μπι的粉末材料，或者截面直徑為10 ym-5mm的絲形材料；或者截面寬度為10 μπι-lOmm，厚度為10 ym-5mm的帶狀材料。
[0023]所述粉末材料的供給方式為利用噴嘴直接向加工區域噴送，或者利用鋪粉裝置在加工區域鋪設，所述絲形或者帶狀材料的供給方式為采用輸送機構向加工區域輸送。
[0024]所述的波長為700nm-900nm的激光為連續激光，或者為脈沖激光，或者為準連續激光。
[0025]所述步驟五中，掃描下一層的具體方式為，在掃描完一層后，將激光束焦點升高一層，或者為將加工區域降低一層。
[0026]本發明的有益效果為:充分的利用了鋁、鋁合金及鋁基復合材料對波長為700nm-900nm的激光的高吸收性，最大限度的減少了鋁、鋁合金及鋁基復合材料對激光的反射，使其成形過程中能量利用效率高，成形速度快，而且成形精度高，實現了 3D打印的快速化；整個加工過程在真空或者保護性氣體的環境下進行，使其加工部件不與空氣進行接觸，保證了加工產品的品質；采用波長為700nm-900nm的激光成形，使其應用材料和送料方式均多樣，使3D打印技術的應用范圍更加廣泛，便于3D打印技術的快速推廣應用。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0029]如圖1所示:實施例一:一種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:具體步驟為，
[0030]步驟一:利用計算機建立用于成形的鋁結構器件的幾何模型，并對設計的幾何模型進行切片分層，規劃成形的掃描路徑，選擇合理的成形參數；
[0031]步驟二:對密閉工作腔機構中的密閉腔進行抽真空作業，在抽真壓力達到I X 10 5Pa到I X 14Pa范圍時，停止抽取真空，保護氣體機構再向密閉腔輸入保護性氣體，如氬氣，形成工作區域；
[0032]步驟三:給料系統將20 μ m-80 μ m的近球形的鋁合金(AlSilOMg)粉末鋪覆在密閉工作腔機構中的成形基板上，所鋪覆的厚度為30 μπι-100 μπι，開啟波長為808nm的激光，融化鋁合金(AlSilOMg)粉末；
[0033]步驟四:判斷加工是否完成，否則，激光發送系統中激光源的激光束焦點上升一層，進入步驟三，進行下一層掃描作業，是則，進入步驟三；
[0034]步驟五:清理回收多余的供給原材料；
[0035]步驟六:取出產品。
[0036]根據對鋁合金粉對激光吸收率的大量實驗得出激光波長范圍為800nm?850nm時，鋁合金粉的吸收率有一個峰值，吸收率超過70%，本實施例中采用波長為808nm的激光作為加工光源，充分利用鋁合金粉的吸收率峰值，可最大限度節省能源，提高成形效率。
[0037]實施例2:—種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:具體步驟為，
[0038]步驟一:利用計算機建立用于成形的鋁結構器件的幾何模型，并對設計的幾何模型進行切片分層，規劃成形的掃描路徑，選擇合理的成形參數；
[0039]步驟二:向開放的加工區域吹送保護性氣體，如氬氣；
[0040]步驟三:開啟波長為808nm的激光，然后向加工區域供給截面直徑為10 μ m-5mm的絲形材料，或者截面寬度為10 μ厚度為10 μ m-5mm的帶狀材料原材料，利用激光將供給原材料融化；
[0041]步驟四:判斷加工是否完成，否則，將成形盤下降一層，進入步驟三繼續加工，掃描下一層，是則，進入步驟五；
[0042]步驟五:清理回收多余的供給原材料；
[0043]步驟六:取出產品。
【主權項】
1.一種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:具體步驟為， 步驟一:利用計算機建立幾何模型，生成成形路徑； 步驟二:制造真空或者保護氣體加工環境； 步驟三:向加工區域供給原材料，并利用波長為700?900nm的激光，融化供給原材料； 步驟四:判斷加工是否完成，否則，進入步驟三，掃描下一層，是，則進入步驟五； 步驟五:清理回收多余的供給原材料； 步驟六:取出產品。2.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述真空加工環境其氣壓范圍為I X 10 5Pa到I X 14Pa03.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步驟二制造保護氣體加工環境具體方法為: 2.1對密閉加工腔體抽取真空； 2.2向密閉加工腔體加入保護性氣體。4.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步驟三具體為， 3.1向加工區域供給原材料； 3.2開啟波長為700?900nm的激光。5.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步驟三具體為， 3.1開啟波長為700?900nm的激光； 3.2向加工區域供給原材料。6.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步驟二中制造保護氣體加工環境具體方法為，向開放的加工區域吹送保護性氣體。7.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述供給原材料采用直徑為100nm-500 μ m的粉末材料，或者截面直徑為10 μ m-5mm的絲形材料；或者截面寬度為10 μπι-lOmm，厚度為10 ym-5mm的帶狀材料。8.根據權利要求7所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述粉末材料的供給方式為利用噴嘴直接向加工區域噴送，或者利用鋪粉裝置在加工區域鋪設，所述絲形或者帶狀材料的供給方式為采用輸送機構向加工區域輸送。9.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述波長為700nm-900nm的激光為連續激光，或者為脈沖激光，或者為準連續激光。10.根據權利要求1所述鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步驟五中，掃描下一層的具體方式為，在掃描完一層后，將激光束焦點升高一層，或者為將加工區域降低一層。
【專利摘要】一種鋁、鋁合金及鋁基復合材料激光快速成形方法，步驟一利用計算機建立幾何模型，生成成形路徑；步驟二制造真空或者保護氣體加工環境；步驟三向加工區域供給原材料，并利用波長為700-900nm的激光，融化供給原材料步驟四判斷加工是否完成，否則，進入步驟三，掃描下一層，是則，進入步驟五，步驟五清理回收多余的供給原材料；步驟六取出產品。充分的利用了鋁、鋁合金及鋁基復合材料對波長為700nm-900nm的激光的高吸收性，最大限度的減少了鋁、鋁合金及鋁基復合材料對激光的反射，使其成形過程中能量利用效率高，成形速度快，而且成形精度高，實現了3D打印的快速化。
【IPC分類】B22F3/105, B33Y10/00
【公開號】CN105215357
【申請號】CN201510606543
【發明人】段宣明, 曹洪忠, 王林志, 王國玉, 范樹遷, 陳勇
【申請人】重慶塞拉雷利科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月22日