铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种快速成形技术，具体涉及一种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法。
【背景技术】
[0002]激光快速成形技术是基于上世界70年代末期的激光多层熔覆技术发展起来的一类技术。该技术通过采用计算机设计数字化模型，并通过计算机智能控制，将材料逐层累加成型，最终实现具有三维复杂结构的实体零部件，是一项典型的数字化制造、绿色智能制造技术。目前的激光快速成形技术主要包括立体光刻技术、分层实体制造技术、激光近净成形技术、选择性激光烧结成形技术、选择性激光熔化成形技术等，其中金属结构的激光快速成形主要依赖于激光近净成形技术、选择性激光烧结成形技术、选择性激光熔化成形技术等实现。
[0003]铝由于具有密度小，强度高，耐低温，导电、导热性好，延展性好等优点，使得铝、铝合金及铝基复合材料在国民经济和国防工业的各个方面获得广泛应用。目前发展的用于铝、铝合金及铝基复合材料的激光快速成形技术主要依赖于选择性激光烧结成形和选择性激光熔化成形技术，其所采用的激光光源主要为光纤激光器和Nd:YAG激光器。由于铝、铝合金及铝基复合材料在进行激光成形过程中，存在较高的反射率，其在激光快速成形方面的研究落后于其它金属材料，因此，迫切需要发展适合于铝、铝合金及铝基复合材料的激光快速成形方法。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提出一种，利用波长为700nm-900nm的激光，对铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，充分利用了铝、铝合金及铝基复合材料对波长为700nm-900nm的激光的高吸收性，使其在3D打印过程中能量利用效率和成形效率更高，且成形更加精准，具体技术方案如下:
[0005]—种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:具体步骤为，
[0006]步骤一:利用计算机建立几何模型，生成成形路径；
[0007]步骤二:制造真空或者保护气体加工环境；
[0008]步骤三:向加工区域供给原材料，并利用波长为700-900nm的激光，融化供给原材料
[0009]步骤四:判断加工是否完成，否则，进入步骤三，扫描下一层，是则，进入步骤五；
[0010]步骤五:清理回收多余的供给原材料；
[0011]步骤六:取出产品。
[0012]为更好的实现本发明，可进一步为:
[0013]所述真空加工环境其气压范围为1X10 5Pa到lX104Pa。
[0014]所述制造保护气体加工环境具体方法为:
[0015]2.1对密闭加工腔体抽取真空；
[0016]2.2向密闭加工腔体加入保护性气体。采用先抽真空后加入保护性气体的方法，操作简单，实现容易。
[0017]所述步骤二制造保护气体加工环境具体方法为，向开放的加工区域吹送保护性气体。其加工区域可为开放式的，不受加工产品形状和大小的限制。
[0018]所述步骤三具体为，
[0019]3.1向加工区域供给原材料；3.2开启波长为700?900nm的激光。
[0020]所述步骤三具体还可以为，
[0021]3.1开启波长为700?900nm的激光；3.2向加工区域供给原材料。根据不同供给原材料，选择先开启激光或者供给原材料，使其使用原材料更广，扩大本方法的应用范围。
[0022]所述供给原材料采用直径为100ηπι-500 μπι的粉末材料，或者截面直径为10 ym-5mm的丝形材料；或者截面宽度为10 μπι-lOmm，厚度为10 ym-5mm的带状材料。
[0023]所述粉末材料的供给方式为利用喷嘴直接向加工区域喷送，或者利用铺粉装置在加工区域铺设，所述丝形或者带状材料的供给方式为采用输送机构向加工区域输送。
[0024]所述的波长为700nm-900nm的激光为连续激光，或者为脉冲激光，或者为准连续激光。
[0025]所述步骤五中，扫描下一层的具体方式为，在扫描完一层后，将激光束焦点升高一层，或者为将加工区域降低一层。
[0026]本发明的有益效果为:充分的利用了铝、铝合金及铝基复合材料对波长为700nm-900nm的激光的高吸收性，最大限度的减少了铝、铝合金及铝基复合材料对激光的反射，使其成形过程中能量利用效率高，成形速度快，而且成形精度高，实现了 3D打印的快速化；整个加工过程在真空或者保护性气体的环境下进行，使其加工部件不与空气进行接触，保证了加工产品的品质；采用波长为700nm-900nm的激光成形，使其应用材料和送料方式均多样，使3D打印技术的应用范围更加广泛，便于3D打印技术的快速推广应用。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0029]如图1所示:实施例一:一种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:具体步骤为，
[0030]步骤一:利用计算机建立用于成形的铝结构器件的几何模型，并对设计的几何模型进行切片分层，规划成形的扫描路径，选择合理的成形参数；
[0031]步骤二:对密闭工作腔机构中的密闭腔进行抽真空作业，在抽真压力达到I X 10 5Pa到I X 14Pa范围时，停止抽取真空，保护气体机构再向密闭腔输入保护性气体，如氩气，形成工作区域；
[0032]步骤三:给料系统将20 μ m-80 μ m的近球形的铝合金(AlSilOMg)粉末铺覆在密闭工作腔机构中的成形基板上，所铺覆的厚度为30 μπι-100 μπι，开启波长为808nm的激光，融化铝合金(AlSilOMg)粉末；
[0033]步骤四:判断加工是否完成，否则，激光发送系统中激光源的激光束焦点上升一层，进入步骤三，进行下一层扫描作业，是则，进入步骤三；
[0034]步骤五:清理回收多余的供给原材料；
[0035]步骤六:取出产品。
[0036]根据对铝合金粉对激光吸收率的大量实验得出激光波长范围为800nm?850nm时，铝合金粉的吸收率有一个峰值，吸收率超过70%，本实施例中采用波长为808nm的激光作为加工光源，充分利用铝合金粉的吸收率峰值，可最大限度节省能源，提高成形效率。
[0037]实施例2:—种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:具体步骤为，
[0038]步骤一:利用计算机建立用于成形的铝结构器件的几何模型，并对设计的几何模型进行切片分层，规划成形的扫描路径，选择合理的成形参数；
[0039]步骤二:向开放的加工区域吹送保护性气体，如氩气；
[0040]步骤三:开启波长为808nm的激光，然后向加工区域供给截面直径为10 μ m-5mm的丝形材料，或者截面宽度为10 μ厚度为10 μ m-5mm的带状材料原材料，利用激光将供给原材料融化；
[0041]步骤四:判断加工是否完成，否则，将成形盘下降一层，进入步骤三继续加工，扫描下一层，是则，进入步骤五；
[0042]步骤五:清理回收多余的供给原材料；
[0043]步骤六:取出产品。
【主权项】
1.一种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:具体步骤为， 步骤一:利用计算机建立几何模型，生成成形路径； 步骤二:制造真空或者保护气体加工环境； 步骤三:向加工区域供给原材料，并利用波长为700?900nm的激光，融化供给原材料； 步骤四:判断加工是否完成，否则，进入步骤三，扫描下一层，是，则进入步骤五； 步骤五:清理回收多余的供给原材料； 步骤六:取出产品。2.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述真空加工环境其气压范围为I X 10 5Pa到I X 14Pa03.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步骤二制造保护气体加工环境具体方法为: 2.1对密闭加工腔体抽取真空； 2.2向密闭加工腔体加入保护性气体。4.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步骤三具体为， 3.1向加工区域供给原材料； 3.2开启波长为700?900nm的激光。5.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步骤三具体为， 3.1开启波长为700?900nm的激光； 3.2向加工区域供给原材料。6.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步骤二中制造保护气体加工环境具体方法为，向开放的加工区域吹送保护性气体。7.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述供给原材料采用直径为100nm-500 μ m的粉末材料，或者截面直径为10 μ m-5mm的丝形材料；或者截面宽度为10 μπι-lOmm，厚度为10 ym-5mm的带状材料。8.根据权利要求7所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述粉末材料的供给方式为利用喷嘴直接向加工区域喷送，或者利用铺粉装置在加工区域铺设，所述丝形或者带状材料的供给方式为采用输送机构向加工区域输送。9.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述波长为700nm-900nm的激光为连续激光，或者为脉冲激光，或者为准连续激光。10.根据权利要求1所述铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，其特征在于:所述步骤五中，扫描下一层的具体方式为，在扫描完一层后，将激光束焦点升高一层，或者为将加工区域降低一层。
【专利摘要】一种铝、铝合金及铝基复合材料激光快速成形方法，步骤一利用计算机建立几何模型，生成成形路径；步骤二制造真空或者保护气体加工环境；步骤三向加工区域供给原材料，并利用波长为700-900nm的激光，融化供给原材料步骤四判断加工是否完成，否则，进入步骤三，扫描下一层，是则，进入步骤五，步骤五清理回收多余的供给原材料；步骤六取出产品。充分的利用了铝、铝合金及铝基复合材料对波长为700nm-900nm的激光的高吸收性，最大限度的减少了铝、铝合金及铝基复合材料对激光的反射，使其成形过程中能量利用效率高，成形速度快，而且成形精度高，实现了3D打印的快速化。
【IPC分类】B22F3/105, B33Y10/00
【公开号】CN105215357
【申请号】CN201510606543
【发明人】段宣明, 曹洪忠, 王林志, 王国玉, 范树迁, 陈勇
【申请人】重庆塞拉雷利科技有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月22日