一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法

本发明涉及增材制造工艺，尤其是涉及了一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法。

背景技术：

1、激光粉末床熔融(laser powder bed fusion，lpbf)技术，金属粉末材料可以直接被熔化而无需添加粘结剂。在成形过程中，成形缸下降，粉末缸上升，自动铺粉装置完成铺粉，激光器会根据零件二维切片模型有选择的将粉末熔化，通过重复进行上述步骤，最终得到零件。

2、铝合金粉末激光反射率高、密度小、热导率高，现有技术中，由于应用于粉末熔融技术的合金粉末颗粒胶粗，在lpbf过程中伴随着严重的飞溅现象，飞溅颗粒容易粘附在试件表面，导致成形件表面质量差、缺陷多，较高的表面粗糙度不能满足直接装配及应用的要求，在实际应用前通常需要额外进行打磨，抛光以及机加工等手段对表面进行处理，由此增加了生产周期，提高了生产成本。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：如何在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。

2、为此，本发明提供一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

4、一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，包括以下步骤：步骤一：选取用于打印的合金粉末；步骤二：设置工艺参数，调节激光粉末熔融床的输入线能量密度以及输入体能量密度，设置激光扫描速率、激光功率及扫描路径，其中扫描速率不超过2000mm/s，激光功率的范围为240-400w；步骤三，通入纯度氩气，实施打印。

5、通过采用上述技术方案，在不需要额外进行激光加工，也无需额外机加工的情况下，通过在保证输入线能量密度以及输入体能量密度相同的条件下，适当的降低粉末熔融技术中的激光功率以及扫描速率，有效降低表面粗糙度，从而在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。

6、进一步地，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，所述线能量密度的计算公式为其中p为激光功率，v为扫描速率。

7、进一步地，所述步骤二中对激光粉末熔融床的粉末层厚和熔池间距进行设定。

8、进一步地，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，其计算公式为其中p为激光功率，v为扫描速率，h为熔池间距，t为粉末层厚。

9、进一步地，所述步骤二中，设定粉末铺粉层厚为30μm。

10、进一步地，所述步骤一中，选取的所述铝合金粉末为粒径在15-53μm范围内的al-mg合金粉末、al-mg-cu合金粉末、al-si合金粉末或al-zn合金粉末。

11、进一步地，所述步骤三中，在粉末床熔融成形过程需要持续通入纯度99.99％的氩气，在粉末床熔融成形过中腔体氧含量不高于0.1％。

12、进一步地，所述扫描路径为单道扫描。

13、进一步地，还包括步骤四，打印结束后，清理零件表面粉末，通过线切割将零件从基板取下，对零件进行清洗。

14、进一步地，在所述步骤四中，在酒精条件下，对零件表面进行超声振动清洗。

15、本发明的有益效果是，提供一种不需要额外进行激光加工，也无需额外机加工的一种提高铝合金粉末床熔融成形零件表面质量的工艺调整策略。在保证输入线能量密度以及输入体能量密度不变的条件下，适当的降低激光功率以及扫描速率可以在保证不影响零件微观组织的条件下实现零件表面质量的提高，降低表面粗糙度，从而在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。

技术特征：

1.一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，所述线能量密度的计算公式为其中p为激光功率，v为扫描速率。

3.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤二中对激光粉末熔融床的粉末层厚和熔池间距进行设定。

4.根据权利要求3所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述线能量密度为单位长度内能量输入大小，其计算公式为其中p为激光功率，v为扫描速率，h为熔池间距，t为粉末层厚。

5.根据权利要求3所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤二中，设定粉末铺粉层厚为30μm。

6.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤一中，选取的所述铝合金粉末为粒径在15-53μm范围内的al-mg合金粉末、al-mg-cu合金粉末、al-si合金粉末或al-zn合金粉末。

7.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述步骤三中，在粉末床熔融成形过程需要持续通入纯度99.99％的氩气，在粉末床熔融成形过中腔体氧含量不高于0.1％。

8.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，所述扫描路径为单道扫描。

9.根据权利要求1所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，还包括步骤四，打印结束后，清理零件表面粉末，通过线切割将零件从基板取下，对零件进行清洗。

10.根据权利要求9所述的一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其特征在于，在所述步骤四中，在酒精条件下，对零件表面进行超声振动清洗。

技术总结
本发明涉及增材制造工艺技术领域，尤其是涉及了一种提升合金粉末熔融成形零件表面质量的工艺方法，其包括以下步骤：步骤一：选取用于打印的合金粉末；步骤二：设置工艺参数，调节激光粉末熔融床的输入线能量密度以及输入体能量密度，设置激光扫描速率、激光功率及扫描路径，其中扫描速率不超过2000mm/s，激光功率的范围为240‑400W；步骤三，通入纯度氩气，实施打印，本发明的有益效果是，通过适当的降低粉末熔融打印技术中的激光功率以及扫描速率，从而在不增加生产周期的前提下降低粉末熔融成形零件表面粗糙度。

技术研发人员：杨涛,陈香媛
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15