分区原位重熔扫描策略SLM成形各向同性材料的方法与系统与流程

本发明属于金属增材制造，涉及一种分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法与系统。

背景技术：

1、近年来，3d打印凭借其复杂结构零件设计自由度高、工艺流程短、生产个性化程度高、材料利用率高等传统加工手段不具备的优势，迎来了蓬勃发展。其中激光选区熔化技术(slm)能制造复杂的精细化、轻量化结构，逐渐发展为应用最成熟的金属增材制造技术之一，在航空航天、医疗器械、交通运输和核工业等领域广泛应用。

2、slm技术以高能激光束为热源，沿预设路径选择性熔化金属粉末，该技术具有激光光斑细小，能量密度高，熔池移动速度快，冷却时间短的特点，是一个跨尺度、多物理场耦合作用的多元场景，微熔池的复杂行为使微观缺陷难以避免。熔合不足、未熔化颗粒、孔洞和裂纹是slm中的典型缺陷，这些缺陷的存在严重影响材料的致密度和力学性能，使材料服役寿命降低。同时，由于slm特有的逐层熔化累积成形的加工特点，温度梯度极大，且始终为竖直方向，材料经历独特的循环升温冷却热处理过程，在内部形成复杂组织织构，导致材料存在显著的各向异性。

3、针对上述问题，现有研究显示，在slm过程中使用棋盘、条带和蛇形等分区扫描的方式，分区扫描是将切片好的零件扫描区域分成多个小分区，按规划的顺序依次扫描这些分区，从而完成整层的扫描，这可以缩短单次扫描线长度，减小残余应力，避免部分缺陷。但在分区搭接处仍易产生缺陷，难以完全消除。另有研究表明，通过激光重熔的方式可以有效消除孔洞等缺陷，大幅提升致密度，提高力学性能。但是重熔过程使已成形区域再次熔化—凝固，增加了经历的热循环次数，引入了额外的竖直方向温度梯度，使织构强度增加，各向异性更加显著。

4、因此，开发一种可以实现低孔隙率、高致密度和各向同性材料的slm扫描策略具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、针对传统扫描策略存在的孔隙率高和各向异性等缺点，本发明的目的是提供一种分区原位重熔扫描策略slm成形高致密度各向同性材料的方法。该方法通过将重熔步骤与分区扫描策略结合起来，实现分区原位重熔，改变了成形区域的热历史和温度场分布，抑制柱状晶的外延生长，降低孔隙率的同时获得各向同性材料。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，包括以下步骤：

4、s1构建零件的三维模型；

5、s2对所述三维模型进行切片处理；

6、s3将切片处理后的所述三维模型分成多个分区，并分别对其进行成形路径规划处理，获得所述分区的成形路径；

7、s4以金属粉末为原料，利用金属slm打印设备，在基板上铺粉一次，然后根据所述分区的所述成形路径，按一定扫描策略，依次进行所述分区的单层打印成形，相邻所述分区以一定搭接率重叠，所述单层打印成形的扫描间距为50-500μm、扫描速度为10-10000mm/s、层间旋转角度为65-85°；

8、s5重复上述步骤s4，直至打印完成，得到零件。

9、可选的，还包括步骤s6，打印完成后，将所述零件连同基板一同去除，而后将所述基板从所述零件上切下。

10、可选的，所述分区形状为正方形、矩形、平行四边形、菱形中的一种。

11、可选的，所述分区的边长为1-10mm。

12、可选的，在步骤s4中对基板进行预热。

13、可选的，对基板的预热温度为25-200℃。

14、可选的，所述扫描策略为沿x或y方向依次扫描各所述分区。

15、可选的，相邻的所述分区之间的搭接率为25-75％。

16、一种分区原位重熔扫描策略的slm打印系统，包括处理器和用于存储可执行指令的存储器；所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行上述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法。

17、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法。

18、本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明通过在零件成形过程中进行原位重熔，消除了零件中的大部分微观孔洞缺陷，实现高致密度零件一次成形，克服了传统slm成形零件致密度低，需进行后续致密化处理的问题。

20、(2)本发明通过在零件成形过程中进行分区重熔，相邻分区间具有一部分搭接重熔区域，改变了slm固有的热循环历史；分区重熔利用了前一分区扫描后的余热，在重熔过程中引入了新的水平方向温度梯度，构建了全新的温度场分布，抑制了柱状晶的外延生长，实现各向同性材料的直接slm成形。

21、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：还包括步骤s6，打印完成后，将所述零件连同基板一同去除，而后将所述基板从所述零件上切下。

3.根据权利要求1所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：所述分区形状为正方形、矩形、平行四边形、菱形中的一种。

4.根据权利要求3所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：所述分区的边长为1-10mm。

5.根据权利要求1所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：在步骤s4中对基板进行预热。

6.根据权利要求5所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：对基板的预热温度为25-200℃。

7.根据权利要求1所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：所述扫描策略为沿x或y方向依次扫描各所述分区。

8.根据权利要求1所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法，其特征在于：相邻的所述分区之间的搭接率为25-75％。

9.一种分区原位重熔扫描策略的slm打印系统，其特征在于：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-8任一项中所述的分区原位重熔扫描策略slm成形各向同性材料的方法。

技术总结
本发明涉及一种分区原位重熔扫描策略SLM成形各向同性材料的方法与系统，属于金属增材制造技术领域。该方法对零件构件三维模型后进行切片处理，而后进行分区并对分区进行路径规划；以金属粉末为原料，利用金属SLM打印设备，在基板上铺粉一次，然后根据所述分区的所述成形路径，按一定扫描策略，依次进行所述分区的单层打印成形，相邻所述分区以一定搭接率重叠，重复打印步骤直至打印完成。该方法通过将重熔步骤与分区扫描策略结合起来，实现分区原位重熔，改变了成形区域的热历史和温度场分布，抑制柱状晶的外延生长，降低孔隙率的同时获得各向同性材料。

技术研发人员：万祥睿,朱科,刘立夫,徐诗鑫,张芝民,刘志威,于智成,冯科,向恺灵
受保护的技术使用者：中冶赛迪技术研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6