一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备的制作方法

本技术属于金属增材制造，尤其涉及一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备。

背景技术：

1、选区激光熔化（slm）工艺是金属材料增材制造的主流工艺之一，具有加工速度快、一体化成形、表面精度高等特点。该工艺原理简单，通过零件3d模型按层切片、进行逐层打印的方式最终获得形状复杂的零件。在增材制造过程开始前，为了去除金属粉末原材料中夹杂的水分子等可能影响到成形质量的杂质，需要将粉末放入烘干箱进行预热。待预热结束后，要将粉末倒入粉末供给仓。在增材制造过程中，材料的每一层成形均需要通过刮刀铺粉、激光选择性熔化工作平台区域、材料凝固成型这一流程完成，最终通过逐层累积，完成材料的一体化成形。

2、然而，部分高熔点材料如ti、nb、mo、cr等，在slm打印过程中由于熔化区域材料与基板、熔化区域材料与未熔化区域粉末具有较高温度梯度，常常导致材料在冷却过程中产生极大的残余热应力，在材料内外形成开裂。针对熔化区域材料与基板之间的温度梯度问题，设备一般允许基板进行预热，以降低材料的残余热应力。但是由于粉末保持室温状态，熔化区域材料与未熔化粉末之间的温度梯度仍会保持较高水平，这将导致材料边缘的残余热应力过大，形成裂纹，严重影响材料成型质量。

3、同时，高熔点材料在slm过程中，由于工艺参数设置不合理，常常出现材料边缘翘曲现象。考虑到一批材料的制备往往是不同参数的样品同时打印，当其中某个样品由于翘曲影响导致刮刀无法继续铺粉时，打印过程必须停止，这将导致一批材料全部作废。这既提高了材料成本，又降低了生产效率。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，该设备能够实现粉末预热及材料翘曲的实时探测，从而能够大幅降低材料内部的缺陷含量，同时降低材料成本、高效生产复杂形状金属零件。

2、本实用新型具体通过以下技术方案来实现：

3、提供一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，包括形成选区激光熔化设备主体的打印工作架及设置在所述打印工作架上方的工作平台；

4、所述打印工作架的内部空间分为样品成形区和粉末供给区，所述粉末供给区内部设置粉末预热装置，所述样品成形区内设置激光扫描平台，所述粉末供给区内设置送粉平台；所述激光扫描平台能够沿所述样品成形区内部上下移动，所述送粉平台能够沿所述粉末供给区内部上下移动。

5、作为本实用新型的进一步说明，所述粉末预热装置为中空薄壁结构，所述粉末预热装置嵌入所述粉末供给区内壁，所述送粉平台能够沿所述粉末预热装置内壁上下移动。

6、作为本实用新型的进一步说明，所述粉末预热装置内部由电阻丝和耐火砖环绕组成。

7、作为本实用新型的进一步说明，所述工作平台上方设置刮刀，所述刮刀装配在刮刀架上；所述刮刀能够沿所述工作平台移动实现铺粉操作。

8、作为本实用新型的进一步说明，所述工作平台上固定设置有激光探测器，所述激光探测器用于在打印过程中全程探测并记录所述刮刀的铺粉平整度，当所述刮刀与打印样品发生碰撞时，所述激光探测器将信号传输至监控器，所述监控器会控制报警器发出警报。

9、作为本实用新型的进一步说明，所述工作平台远离所述粉末供给区的一端设置落粉口。

10、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

11、本实用新型提供的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，能够实现粉末预热与材料翘曲监控功能。相比传统打印设备，该装置可以大幅降低材料由熔化到冷却过程中的温度梯度，进而有效抑制高熔点、高硬度、高脆性、低延展性的材料因温度梯度过大产生的开裂现象。同时激光实时探测可以在打印过程中将一批样品中的某一个或某几个成形质量差的样品剔除出打印队伍，避免因部分成型质量差的翘曲样品导致刮刀的损坏与整批样品的报废。该装置可以有效提高材料的成型质量与生产效率，同时降低材料的成本与设备的损耗。

技术特征：

1.一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，包括形成选区激光熔化设备主体的打印工作架（1）及设置在所述打印工作架（1）上方的工作平台（11）；

2.根据权利要求1所述的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，所述粉末预热装置（6）为中空薄壁结构，所述粉末预热装置（6）嵌入所述粉末供给区（5）内壁，所述送粉平台（3）能够沿所述粉末预热装置（6）内壁上下移动。

3.根据权利要求1所述的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，所述粉末预热装置（6）内部由电阻丝（13）和耐火砖（14）环绕组成。

4.根据权利要求1所述的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，所述工作平台（11）上方设置刮刀（9），所述刮刀（9）装配在刮刀架（8）上；所述刮刀（9）能够沿所述工作平台（11）移动实现铺粉操作。

5.根据权利要求4所述的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，所述工作平台（11）上固定设置有激光探测器（10），所述激光探测器（10）用于在打印过程中全程探测并记录所述刮刀（9）的铺粉平整度，当所述刮刀（9）与打印样品(12)发生碰撞时，所述激光探测器（10）将信号传输至监控器，所述监控器会控制报警器发出警报。

6.根据权利要求1所述的能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，其特征在于，所述工作平台（11）远离所述粉末供给区（5）的一端设置落粉口（7）。

技术总结
本技术公开了一种能够提升材料成型质量的选区激光熔化设备，该装置由中心位置的激光扫描平台、一侧分布的送粉平台、送粉平台外侧的粉末预热装置、平台上固定放置的激光探测器以及刮刀组成。粉末预热装置可以在装置工作前加热金属粉末，平台上的激光探测器可以实时监测装置工作过程中材料翘曲情况。本技术可以降低材料制备过程中的热梯度，进而降低冷却速率，降低材料因高冷却速率导致的高应力致裂趋势，并通过激光探测装置实时监测打印过程中的材料翘曲现象，方便及时停止翘曲严重样品的制备，可以有效避免因某一样品打印失败导致一批样品全部作废的情况，同时也有利于避免损伤刮刀，提高刮刀使用寿命，降低材料与设备损耗。

技术研发人员：万杰,陈彪,李康安,李金山
受保护的技术使用者：重庆三航新材料技术研究院有限公司
技术研发日：20230323
技术公布日：2024/1/13