控加工程序实现逐层激光熔覆，获得一个熔覆截面，一层熔覆，激光头上升一个切片厚度的高度再熔覆第2层，并使第2层与第I层冶金结合在一起，逐层熔覆，最终得到所需要形状的三维铝合金结构件。
[0017]步骤I)所述的各粉末的质量百分比为:A1:80.0，Fe:3.0，Cu:2.0，S1:3.0，T1:
4.0，B: 3.0，Mn:1.5，C:2.0，Ce:1.5。
[0018]步骤2)所述基体材料为6系列铝合金。
[0019]步骤3)使用的切片技术是基于CAD的三维实体模型切片技术，所述激光熔覆的工艺参数为:输出功率3.5?5kW，光斑直径5?8mm，扫描速度1200?2000mm/min，搭接率20% ?25%。
[0020]步骤4)所述高纯氮气流量为5?30L.mirT1，纯度彡99.99%。
[0021]步骤5)所述单个熔覆层厚度为600?900 μ m。
[0022]具体地，步骤I)中，采用真空等离子旋转电极雾化方法分别制备出Al、Fe、Cu、S1、T1、B、Mn、C和稀土 Ce共9种原料的粉末，各原料粉末纯度彡99.99%，粒度0.050?0.250mm。本方法中使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料，所述材料由下列质量百分比的原料制成:A1:80.0，Fe:3.0，Cu:2.0，S1:3.0，T1:4.0，B: 3.0，Mn:1.5，C:2.0，Ce:1.5，并采用球磨机均匀混合15小时，粉末混合均匀后放入120°C的烘干箱烘干5小时，再置于激光自动送粉器中备用。
[0023]铝合金基体选择6063铝合金，尺寸300mmX250mmX6mm，首先将铝合金基体的表面用800 #棕刚玉砂纸打磨20分钟，IXD抛光布抛光20分钟，之后用7%的稀盐酸酸洗30分钟，再用清水清洗，将其放入高真空辉光等离子渗金属设备中阴极上，抽真空到2X10_3pa，在电压-800V，电流5A参数下清洗50分钟，冷却到室温后取出，然后放入超声波清洗器中用丙酮清洗40分钟，冷却到室温后取出待用；
铝合金成形件尺寸为250mmX200 mmX 100 mm，利用CAD的三维实体模型切片技术将连续的三维数模离散成具有800 μ m的层厚，按照顺序进行分层切片，将需要3D打印的结构件的三维数据信息转换成一系列二维数据，并根据切片轮廓设计一定的激光工艺参数，工艺参数采用:输出功率4.2 kW，光斑直径6 mm，扫描速度1400 mm/min，搭接率20% ;沿由二维平面数据所确定的扫描轨迹生成每一层的数控加工程序，传递给数控装置；
将烘干的铝合金基体置于氮气保护装置内，预先充入流量为5?30L.HiirT1的高纯氮气(彡99.99%)，使腔内氧含量小于50 μ L / L ；
打开激光自动送粉器，激光束按照预定轨迹运行，同时送粉装置将混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成与铝合金基体冶金结合的激光熔覆层。通过每一层的数控加工程序实现逐层激光熔覆，获得一个熔覆截面，一层熔覆过后，激光头上升一个切片层厚的高度，再熔覆第2层，并使第2层与第I层冶金结合在一起，就这样逐层熔覆，最终得到所需要形状的尺寸为250mmX200 mmX10 mm的铝合金结构件。
[0024]产品检测:从铝合金3D打印件外表面可看出其表面光洁，颜色呈亮白色，形状规则，无宏观裂纹。将成形件做成截面分析其金相组织和扫描电镜SEM可知，铝合金成形件组织中无气孔和裂纹，组织均匀，层与层之间呈冶金结合，采用维氏硬度计测量硬度为732HV0.025。
【主权项】
1.一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)采用真空等离子旋转电极雾化方法分别制备出Al、Fe、Cu、S1、T1、B、Mn、C和稀土Ce共9种粉末，各粉末纯度多99.99%，粒度0.050?0.250 mm，将上述各粉末一定的质量百分比配制，并采用球磨机均匀混合12小时以上，粉末混合均匀后放入120°C的烘干箱烘干4小时以上，再置于激光自动送粉器中备用； 2)将厚度大于5mm的铝合金基体材料的表面用800#棕刚玉砂纸打磨20分钟、IXD抛光布抛光20分钟以上，用5%?10%的稀盐酸酸洗20分钟以上，用清水清洗，将铝合金基体放入高真空辉光等离子渗金属设备中阴极上，抽真空到1X1(T2 pa以上，在电压-500?-900V，电流3?8A参数下清洗50分钟，冷却到室温后取出，放入超声波清洗器中用丙酮清洗30分钟以上，冷却到室温后取出待用； 3)用切片技术将需要3D打印的结构件的连续三维数模离散成层厚为600?900ym及顺序的分层切片，将需要3D打印的结构件的三维数据信息转换成一系列二维数据，并根据切片轮廓设计一定的激光工艺参数，沿由二维平面数据所确定的扫描轨迹生成每一层的数控加工程序，传递给计算机数控装置； 4)将铝合金基体放置在氮气保护装置内，预先充入一定流量的高纯氮气，使氮气保护装置腔内氧含量小于50 μ L / L ； 5)运行程序，激光束按照预定轨迹运行，通过激光自动送粉器，将步骤I)中的混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成与基材冶金结合的激光熔覆层，通过每一层的数控加工程序实现逐层激光熔覆，获得一个熔覆截面，一层熔覆，激光头上升一个切片厚度的高度再熔覆第2层，并使第2层与第I层冶金结合在一起，逐层熔覆，最终得到所需要形状的三维铝合金结构件； 步骤I)所述的各粉末的质量百分比为:A1:80.0，Fe:3.0，Cu:2.0，S1:3.0，T1:4.0，B: 3.0，Mn:1.5，C:2.0，Ce:1.5。
2.根据权利要求1所述的使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征是，步骤2)中所述基体材料为6系列铝合金。
3.根据权利要求1所述的使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征是，步骤3)中使用的切片技术是基于CAD的三维实体模型切片技术，所述激光熔覆的工艺参数为:输出功率3.5?5kW，光斑直径5?8mm，扫描速度1200?2000mm/min，搭接率20%?25%。
4.根据权利要求1所述的使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征是，步骤4)中所述高纯氮气流量为5?30L.min—1，纯度彡99.99%。
5.根据权利要求1所述的使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的方法，其特征是，步骤5)中所述单个熔覆层厚度为600?900 μ m?
6.一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料，其特征在于:所述材料由下列质量百分比的原料制成:A1:80.0，Fe:3.0，Cu:2.0，S1:3.0，T1:4.0，B: 3.0，Mn:1.5，C:2.0，Ce:1.5ο
7.根据权利要求6所述的使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料，其特征在于:各原料的粉末纯度彡99.99%，粒度为0.050?0.250 mm。
【专利摘要】本发明公开了一种使用激光3D打印技术制备铝合金结构件的材料及方法，将CAD三维实体模型切片技术，数字编程技术，激光快速成形技术，材料合成技术等技术融合为一体，在无需任何专用模具和工装条件下，在铝合金基体上，以质量百分比为：Al：80.0，Fe：3.0，Cu：2.0，Si：3.0，Ti：4.0，B：3.0，Mn：1.5，C：2.0，Ce：1.5的粉末为原料通过激光束快速熔化、凝固进行“多层熔覆堆积”，直接从零件数字模型一步完成高性能、全致密、高疲劳寿命等综合性能好的铝合金结构件。该方法成本低、周期短、材料利用率高，适用于大型、复杂铝合金结构件的一体化快速成型制造，制备的零件形状和大小不受限制，可以满足结构整体化的要求。
【IPC分类】B22F3-105, C22C21-00, B22F1-00, B33Y70-00, B33Y10-00
【公开号】CN104759625
【申请号】CN201510138884
【发明人】王成磊, 高波, 徐晋勇, 何胜军, 朱文波
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月27日...