一种制备千层钢板的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于属于增材制造领域，更具体地说，尤其涉及一种千层钢板的制作方法。
【背景技术】
[0002] 激光选区熔化技术(SLM)是指基于离散-堆积原理，利用激光、精密传动、新材料、 计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)等技术，通过精细激光聚焦光斑，逐线搭接扫 描新铺粉层上选定的区域，形成二维轮廓后，层与层堆积成型制造，从而直接获得几乎任意 形状、具有完全冶金结合的金属功能零件的科学技术体系。与传统加工技术不同，通过激光 选区熔化技术在一台设备上即可快速、精密地制造出致密度可达95%以上、任意复杂形状的 零件，从而实现了零件的"自由制造"，解决了许多复杂结构零件成形困难等问题，大大减少 了加工工序，缩短了加工周期，适合制造传统工艺无法加工或者加工工艺繁琐的零件。
[0003] 千层钢板性能优异，机械加工性能良好，经热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、较 高的强度和耐磨性。传统的千层钢板通过层焊不同质量的钢和软铁，经锤打及焊接熔合制 造而成，同时兼顾整体柔韧性，钢板上的图案除用酸蚀外，亦可用锤打、冲击、锉和磨的方法 制成。现代的千层钢板一般由互补的两种钢材在一起锻造而成。通过软硬材料层叠在一起 锻造出的钢材既具有韧性也具有韧性。
[0004] 瑞典利用粉末冶金法制成柱状千层钢，而后通过锻压、酸洗工艺加工成市场上受 大众青睐的各种千层钢制品，具体流程如下： 1)利用粉末冶金方法，把两种组分粉末按特定分层方法，熔压成大尺寸圆柱钢。
[0005] 2)通过锻乳，把圆柱钢材锻造成尺寸合适的板材。
[0006] 3)用特定形状的模具，在板材上锻造出凹凸。
[0007] 4)将板材上的凸起磨平，酸洗出花纹。
[0008] 由此可见，采用的无论是传统工艺或者是当今比较先进的粉末冶金法，生产的千 层钢板都会受到制造技术限制，工艺繁琐，产品单一，难以满足日新月异的市场需求，为此 本发明公开了一种利用激光选区熔化技术制备千层钢板的方法。
【发明内容】
[0009] 本发明地目的是提供一种利用激光选区熔化设备，交替铺覆两种不同的金属粉 末，通过激光选区熔化技术，按照预先设定的激光成形参数，层层选区熔化，快速的制造出 具有一定使用性能的千层钢板的制备方法。
[0010] 本发明通过以下技术方案实现。
[0011] 本发明是一种制备千层钢板的方法，使用两种不同金属粉末交替铺粉，利用激光 选区分层熔化技术，直接打印成型千层钢板，其包括以下制备步骤： 1) 、建立千层钢成型件三维模型，在高度方向上对其进行分层切片，设定扫描路径，将 保存好的扫描路径信息导入激光选区熔化设备处理器中； 2) 、调整柔性刮刀的高度及其刮粉速度，以使铺粉层厚与切片信息相一致，设定激光束 的功率、扫描速度、扫描间距和扫描方式； 3) 、打开激光选区熔化设备的工作舱，将基板固定在工作台上，封闭舱门，基板预热到 200°C，抽真空充入保护气，使氧浓度降到要求的范围； 4) 、左送粉缸送粉，左柔性刮刀在基板上均匀铺覆一层待加工第一种金属粉末，金属粉 末厚度与步骤1)中切片厚度保持一致； 5) 、激光束按照预先设定的扫描路径、扫描方式对基板上的金属粉末进行扫描，金属粉 末熔化并凝固，形成熔覆层，扫描过程中出现的飞溅、气化产物利用气刀将其吹走； 6) 、基板下降一个层厚的距离，右送粉缸上升一个层厚的高度送粉，并在步骤5)中形成 的熔覆层上用右柔性刮刀均匀铺上第二种金属粉末； 7) 、激光束按照预先设定的扫描路径、扫描方式对基板上的金属粉末进行扫描，金属粉 末熔化并凝固，形成熔覆层，扫描过程中出现的飞溅、气化产物利用气刀将其吹走； 8) 、完成步骤7)中一个层面扫描后，基板下降一个层厚的距离，左送粉缸上升一个层厚 的高度送粉，并在步骤7)中形成的熔覆层上用左柔性刮刀均匀铺上第一种金属粉末； 9) 、重复上述步骤5)~8)，直至千层钢板加工完成，关闭系统，待部件冷却至室温时取 出。
[0012] 上述激光束的扫描方式为逐点扫描、线扫描、面扫描、随机扫描、或者按照输入程 序扫描。
[0013] 上述激光束的扫描方式为按照输入程序扫描，以对每层金属粉末按照特定的路线 进行扫描，使打印的千层钢板在后期加工时出现立体感花纹、特殊纹路以及其他的一些特 效。
[0014] 上述金属粉末的球形度2 98%，颗粒度300-500目。
[0015] 上述铺粉厚度为0.04-0.1mm。
[0016] 上述激光束的功率为300-500W，光束质量M2〈1.1，扫描速度300-700mm/S，激光光 束光斑直径50-100μπι，扫描间距50 -150μπι，基板预热温度>200°C，激光束扫描方式X-Y正交 扫描，激光能量分布满足高斯分布，激光输出模式为连续单模。
[0017] 上述成型仓内的氧浓度控制范围5-1 Oppm，保护气体为纯度达到99.99%的氩气。 [0018]上述激光扫描时的气刀压力为0.1 - 0.2Mpa。
[0019] 本发明的优点在于，（1)制备过程中无需锻压，可以有效减少尺寸误差，降低杂质 含量，同时，激光选区熔化过程中有惰性气体保护，可以有效的避免千层钢板在锻压、乳制 过程中出现的氧化等问题，从而提高千层钢的综合性能；（2)粉末熔化的时候，液相熔池温 度高、尺寸小、凝固时间短，因此冷却速度高，为高度非平衡凝固，能有效减少合金元素的微 观偏析，合金致密度较传统粉末冶金工艺更高，具有细小、均匀、稳定的快速凝固组织，从而 获得力学性能优异的千层钢板；（3)可以根据不同的需求，进行柔性化定制，尤其是内部结 构具有成分区别、用传统方法无法制造或者制造工艺很复杂的千层钢板，结构越复杂，利用 激光选区熔化技术制备千层钢板越有优势；（4)同一层内成分均匀分布，相尺寸细小，远小 于传统方法制备得到的相尺寸，提高了钢板的综合性能。
【附图说明】
[0020] 附图1为本发明激光选区熔化系统的结构示意图。
[0021]附图2为本发明的流程图示意图。
[0022]附图中个数字标号的名称分别是：1 一左柔性刮刀，2 -右柔性刮刀，3-第一种金 属粉末，4 一第二种金属粉末，5-左送粉缸，6-左送粉缸活塞，7 -成型缸活塞，8 -右送粉 缸活塞，9一右送粉缸，10-激光发生器，11一扫描系统，12 -激光发生器，13 -基板，14 一成 型件。
[0023]
【具体实施方式】
[0024] 下面对本发明作进一步详细描述。
[0025] 名词解释： 扫描路径:路径是激光行走的轨迹，生成切片信息的时候加上去的激光加工路径； 扫描方式:指不同轨迹之间的位置关系，扫描方式是与功率、扫描速度，一块设定的一 个参数。
[0026] 如图1所示，本发明的制备千层钢板的方法需要用到激光选区熔化系统，该系统包 括工作舱、工作台、左送粉缸5、右送粉缸9、左柔性刮刀1、右柔性刮刀2、激光器发生器10、 12、扫描系统11，其中工作台、左送粉缸5、右送粉缸9、左柔性刮刀1、右柔性刮刀2安装在工 作舱中由工作舱密封，其中左送粉缸5连接有左送粉缸活塞6实现升降，右送粉缸9连接有右 送粉缸活塞8实现升降，工作台连接有成型缸活塞7实现升降。
[0027] 如图2所示，本发明的制备千层钢板的方法包括以下制备步骤： 1) 、利用计算机设计出千层钢板的三维模型，通过切片软件在模型的高度方向上对其 进行分层切片，切片厚度为〇. 04-0.1 mm，设定扫描路径，将保存好的扫描路径信息导入激光 选区熔化设备处理器中； 2) 、调整柔性刮刀的高度及其刮粉速度，以使铺粉层厚与切片信息相一致，设定激光束 的功率、扫描速度、扫描间距和扫描方式； 3) 、打开激光选区熔化设备的工作舱，将基板13固定在工作台上，封闭舱门，基板13预 热到200°C，抽真空并充入纯度为99.99%氩气进行保护，氧浓度保持在5-10ppm内； 4) 、左送粉缸5送粉，左柔性刮刀1在基板13上均匀铺覆一层待加工第一种金属粉末3， 金属粉末厚度与步骤1)中切片厚度保持一致，金属粉末厚度为〇. 04-0.1 mm; 5) 、激光束按照预先设定的扫描路径、扫描方式对基板13上的金属粉末进行扫描，金属 粉末熔化并凝固，形成熔覆层，扫描过程中出现的飞溅、气