本发明属于增材制造领域，尤其是涉及一种在线提升激光选区熔化零件表面精度的方法。
背景技术：
近年来，随着先进制造业的不断发展与智能制造的兴起，金属3d打印技术已经发展成为各工业部门产品设计与研发的一种变革性方法，其制品已示范性应用于航空、航天、医疗器械等前沿领域。其中，铺粉式激光选区熔化技术具备任意复杂结构制备能力，因而受到广泛的研究和关注，也逐渐成为当前金属3d打印技术中发展最快，应用最广的技术之一。尽管人们在铺粉式激光选区熔化技术、工艺、产品、应用等方面取得较大进展，但由于激光选区熔化技术本身的特点，如：层内单道扫描轨迹之间存在空隙或搭接不平；成形过程中激光与粉末的激烈交互作用，导致熔池以外的金属粉末的飞溅；激光微小熔池向固态粉末的渗透本身不均匀；激光成形过程中的粉末球化现象以及马兰戈尼的强对流作用等，会导致扫描成形层表面精度与粗糙度低等实际应用难题。
现阶段，对于高精度及粗糙度要求较高的零件制备，通常采取先激光选区熔化成形之后完成切割脱离成形基板，再对成形件进行机械抛光或机械精加工处理，以获得应用端要求的零件尺寸精度即表面粗糙度。但传统的切割、机加工(抛光、喷丸)等处理方式，使得整个过程处理周期及生产成本增加、生产效率相对较低。
因此发展激光选区熔化成形过程中在线提升激光选区熔化零件表面精度的技术具有较强的应用前景，也具有迫切需求的现实。
技术实现要素：
本发明的目的是：基于现阶段，激光选区熔化成形零件尺寸精度与表面粗糙度相对较低的共性应用技术难题，为摈弃传统激光选区熔化成形之后采用机加工处理改善成形件精度及粗糙度的方法，而提供一种在线提升激光选区熔化零件表面精度的方法。
本发明的方法能够实现在线提升激光选区熔化零件表面精度及降低粗糙度，适用于铺粉式激光增材制造制备高精度及低粗糙度零件。
本发明的发明思路是：创新性采用激光选区熔化成形工艺和激光表面处理同步结合的思路，在激光选区熔化成形过程中，采用激光选区熔化成形和激光表面处理交替处理成形层，实现单层的激光选区熔化成形后在线进行激光表面处理，改善制件每一层的粗糙度及减少缺陷，避免缺陷积累，最终实现整个制件质量提升、尺寸精度及表面粗糙度改善。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种在线提升激光选区熔化零件表面精度的方法，在激光选区熔化成形过程中，采用激光选区熔化成形和激光表面处理交替处理成形层，实现单层的表面精度在线提升，并以此方法层层叠加，最终完成整个零件的制备。
进一步地，本发明采用激光选区熔化成形工艺和激光表面处理同步结合的思路，在激光选区熔化成形过程中，采用激光选区熔化成形和激光表面处理交替处理成形层，实现单层的激光选区熔化成形后在线进行激光表面处理，改善制件每一层的粗糙度及减少缺陷，避免缺陷积累，最终实现整个制件质量提升、尺寸精度及表面粗糙度改善。
进一步地，激光表面处理的方法为：在零件每一层激光选区熔化成形之后调整激光功率进行激光表面处理。
进一步地，每一层的激光选区熔化成形工艺参数的选用与传统激光选区熔化成形工艺一致。
进一步地，激光表面处理工艺参数的选区依据为：激光表面处理所用激光功率p2为激光选区熔化成形功率p1的0.4-0.8倍，即p2＝(0.4-0.8)p1。
进一步地，每一层的激光选区熔化成形之间的扫描夹角为67°。
进一步地，当层的激光表面处理与激光选区熔化成形扫描夹角为0°。
进一步地，激光表面处理的激光扫描速度不高于激光选区熔化成形激光扫描速度。
进一步地，激光表面处理的激光扫描速度为激光选区熔化成形激光扫描速度的1/2～1倍。
进一步地，本发明提供一种具体的操作工艺：激光选区熔化功率p1为285
w，激光表面处理功率p2为114w～285w，在激光选区熔化成形过程中激光扫描速率为960mm/s，在激光表面处理过程中激光扫描速率为480～960mm/s。在激光选区熔化成形以及激光表面处理过程中扫描层厚为40μm，扫描间距为110μm。
本发明的方法可以在线改善激光选区熔化成形过程中制件单层粗糙度、减少单层缺陷，避免缺陷积累，最终提升制件质量及尺寸精度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用激光选区熔化成形与激光表面处理相结合的方式实现在线改善激光选区熔化成形件的表面精度及粗糙度，有效的避免了传统激光选区熔化成形加机加工的方式，提升了生产效率。同时，传统机加工不能改善激光选区熔化成形内部的缺陷，而本发明由于是在单层成形的过程中同步进行单层的激光表面处理，有利于减少单层激光扫描成形存在的缺陷，从而避免缺陷的逐层累积，最终减少成形件的内部缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
对比例
采用普通激光选区熔化成形工艺，进行inconel718合金的打印，打印的工艺条件为：
激光选区熔化功率p1为285w，扫描速率为960mm/s，扫描层厚为40μm，扫描间距为110μm。
其结果如表1所示。
实施例1
一种在线提升激光选区熔化零件表面精度的方法，采用激光选区熔化成形工艺和激光表面处理同步结合的思路，在激光选区熔化成形过程中，采用激光选区熔化成形和激光表面处理交替处理成形层，实现单层的激光选区熔化成形后在线进行激光表面处理，改善制件每一层的粗糙度及减少缺陷，避免缺陷积累，最终实现整个制件质量提升、尺寸精度及表面粗糙度改善。
具体而言，本实施例中，激光选区熔化功率p1为285w，激光表面处理功率p2为114w，扫描速率为960+480mm/s，扫描层厚为40μm，扫描间距为110μm。其中，每一层的激光选区熔化成形之间的扫描夹角为67°。当层的激光表面处理与激光选区熔化成形扫描夹角为0°。
进行inconel718合金的打印，其结果如表1所示。
表1对比例与实施例1的比较
说明：表1中，实施例1的扫描速率“960+480”表示：在激光选区熔化成形过程中激光扫描速率为960mm/s，在激光表面处理过程中激光扫描速率为480mm/s。表面粗糙度通过接触式表面粗糙度仪采用触针法(又称针描法)测试，尺寸精度采用人工螺旋测微仪测试。
实施例2
一种在线提升激光选区熔化零件表面精度的方法，采用激光选区熔化成形工艺和激光表面处理同步结合的思路，在激光选区熔化成形过程中，采用激光选区熔化成形和激光表面处理交替处理成形层，实现单层的激光选区熔化成形后在线进行激光表面处理，改善制件每一层的粗糙度及减少缺陷，避免缺陷积累，最终实现整个制件质量提升、尺寸精度及表面粗糙度改善。
具体而言，本实施例中，激光选区熔化功率p1为285w，激光表面处理功率p2为228w，扫描速率为960+960mm/s，扫描层厚为40μm，扫描间距为110μm。其中，每一层的激光选区熔化成形之间的扫描夹角为67°。当层的激光表面处理与激光选区熔化成形扫描夹角为0°。
进行inconel718合金的打印，其结果如表2所示。
表2对比例与实施例2的比较
说明：表2中，实施例2的扫描速率“960+960”表示：在激光选区熔化成形过程中激光扫描速率为960mm/s，在激光表面处理过程中激光扫描速率为960mm/s。表面粗糙度通过接触式表面粗糙度仪采用触针法(又称针描法)测试，尺寸精度采用人工螺旋测微仪测试。
通过以上实施例可以看出，采用激光选区熔化成形与激光表面处理相结合的方式实现在线改善激光选区熔化成形件的表面精度及粗糙度，有效的避免了传统激光选区熔化成形加机加工的方式，提升了生产效率。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。