一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法与流程

本发明涉及选择性激光烧结领域，是一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法。

背景技术：

选择性激光烧结是增材制造技术的一种，其工作原理为：首先在成型缸上铺上一层粉末材料，用计算机控制激光，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该类成型方法制造工艺简单，灵活性高，材料选择范围广，材料价格低，利用率高，成型速度快，从而应用比较广泛。

但在烧结成形过程中，由于粉末的流动性差、或铺粉工艺参数与成形工艺参数的匹配不合理，会导致产生粉体铺展性能差、烧结时产生翘曲及孔洞、烧结后零件无法满足尺寸精度和力学性能要求的问题。因此，合理匹配铺粉和成形工艺参数，是实现铺粉质量可控且提高烧结件致密度和力学性能的有效途径。由于工作环境的复杂性和不易操作性，现有技术和方法尚不能很好地测量铺粉厚度，因此怎么样快速简便的测出铺粉厚度是个需要解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，是一种简单实用，方便测量铺粉厚度的测量方法，为选择性激光烧结铺粉质量的研究提供技术支持。

本发明是通过如下技术方案予以实现的，一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，具体步骤如下：

(1)两种不同粉末的激光烧结：

(a)粉末a的烧结：先从送粉缸ⅰ用铺粉辊筒i把粉末a铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结t次，且同时烧结m个试件；

(b)粉末b的烧结：从送粉缸ii用铺粉辊筒ii把粉末b铺设到成型缸，在已烧结的m个试件上再次连续进行铺粉和烧结t次；

(c)如此反复交叠进行(a)(b)，重复n次；

(2)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切，并把表面擦拭干净；

(3)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到扫描电子显微镜下，再利用背散射电子谱，测量出单个试件粉末a单层烧结层的w个不同位置的厚度，如第i层第j个位置的厚度，记为lij(i＝1，2，3…n；j＝1，2，3…w)，计算出单个试件粉末a单层烧结层的平均厚度，如第k个试件第i层的平均厚度，记为qki(k＝1，2，3…m；i＝1，2，3…n)及单个试件粉末a烧结层的平均厚度，如第k个试件的平均烧结厚度，记为rk，其中：

单个试件粉末a单层烧结层的平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件粉末a烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

同理得：单个试件粉末b的第i层第j个位置的厚度，记为pij(i＝1，2，3…n；j＝1，2，3…w)，第k个试件第i层的平均厚度，记为yki(k＝1，2，3…m；i＝1，2，3…n)，第k个试件的平均厚度烧结厚度，记为uk，其中：

单个试件粉末b单层烧结层的平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件粉末b烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

(4)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的m个试件的烧结层平均厚度进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，记为v1和v2，其中：

(5)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差s1和s2表征，其中：

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的粉末为两种不同的材料。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(1)中，t为连续进行铺粉和烧结次数，t≥10；m为同时烧结的试件，m≥9；n为反复交叠烧结次数，n≥3；激光烧结过程中烧结工艺参数保持不变。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(1)中m个试件按均匀分布的规则排布在烧结区。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(3)中，w为每层烧结层不同的位置个数，w≥5，lij为单个试件粉末a单层烧结层的w个不同位置的厚度，qki为单个试件粉末a单层烧结层的平均厚度，rk为单个试件粉末a烧结层的平均厚度；pij为单个试件粉末b单层烧结层的w个不同位置的厚度，yki为单个试件粉末b单层烧结层的平均厚度，uk为单个试件粉末b烧结层的平均厚度。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(3)中扫描电子显微镜可以观测出试件表面同种粉末烧结的厚度。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(4)，假定v1和v2分别为粉末a和粉末b激光烧结一层的平均厚度并用来表征铺粉厚度。

上述的一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，其特征在于所述的步骤(5)，用标准差s1和s2表征铺粉的均匀性，s1和s2的值越大表示铺粉均匀性差异较大，s1>0，s2>0。

本发明有益效果是：本发明提供了简单实用，方便测量厚度的测量方法，为选择性激光烧结铺粉质量的研究提供技术支持。

附图说明

图1为烧结示意图。

图2为烧结工作区俯视图。

图3为单个试件测量示意图。

图4为图3中的局部放大图。

图中：1-铺粉辊筒i，2-送粉缸i，3-成型缸，4-送粉缸ii，5-铺粉辊筒。

具体实施方法

一种选择性激光烧结铺粉层厚测量及均匀性表征的方法，具体步骤如下：

(1)两种不同粉末的激光烧结：

(a)粉末a的烧结：先从送粉缸ⅰ用铺粉辊筒i把粉末a铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结t次，且同时烧结m个试件；

(b)粉末b的烧结：从送粉缸ii用铺粉辊筒ii把粉末b铺设到成型缸，在已烧结的m个试件上再次连续进行铺粉和烧结t次；

(c)如此反复交叠进行(a)(b)，重复n次；

(2)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切，并把表面擦拭干净；

(3)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到扫描电子显微镜下，再利用背散射电子谱，测量出单个试件粉末a单层烧结层的w个不同位置的厚度，如第i层第j个位置的厚度，记为lij(i＝1，2，3…n；j＝1，2，3…w)，计算出单个试件粉末a单层烧结层的平均厚度，如第k个试件第i层的平均厚度，记为qki(k＝1，2，3…m；i＝1，2，3…n)及单个试件粉末a烧结层的平均厚度，如第k个试件的平均烧结厚度，记为rk，其中：

单个试件粉末a单层烧结层的平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件粉末a烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

同理得：单个试件粉末b的第i层第j个位置的厚度，记为pij(i＝1，2，3…n；j＝1，2，3…w)，第k个试件第i层的平均厚度，记为yki(k＝1，2，3…m；i＝1，2，3…n)，第k个试件的平均厚度烧结厚度，记为uk，其中：

单个试件粉末b单层烧结层的平均厚度为(以第i层为例)：

单个试件粉末b烧结层的平均厚度为(以第k个试件为例)：

(4)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的m个试件的烧结层平均厚度进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，记为v1和v2，其中：

(5)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差s1和s2表征，其中：

实施例：

(1)两种不同粉末的激光烧结：

(a)粉末a的烧结：先从送粉缸ⅰ用铺粉辊筒i把粉末a铺设到成型缸，连续进行铺粉和烧结10次，且同时烧结9个试件；

(b)粉末b的烧结：从送粉缸ii用铺粉辊筒ii把粉末b铺设到成型缸，在已烧结的9个试件上再次连续进行铺粉和烧结10次；

(c)如此反复交叠进行(a)(b)，重复3次；

(2)试件剖切及清洗：待烧结完成以后，取出试件，将试件沿长度方向剖切，并把表面擦拭干净；

(3)测量烧结层厚度及计算单个试件的平均烧结层厚度：把清洗好的试件放到扫描电子显微镜下，再利用背散射电子谱，测量出粉末a单个试件单层烧结层的5个不同位置的厚度，得到：

第1个试件粉末a单层烧结层的平均厚度为：

第1层：

第2层：

第10层：

第1个试件粉末a烧结层的平均厚度为：

以此类推：

第9个试件粉末a单层烧结层的平均厚度为：

第1层：

第2层：

第10层：

第9个试件粉末a单层烧结层的平均厚度为：

同理得：

第1个试件粉末b单层烧结层平均厚度为：第1层：

第2层：

第10层：

第1个试件粉末b烧结层的平均厚度为：

以此类推：

第9个试件粉末b单层烧结层平均厚度为：

第1层：

第2层：

第10层：

第9个试件粉末b烧结层的平均厚度为：

(4)计算平均烧结层厚度：根据以上测量得到各单个试件的数据，把所有烧结的9个试件进行累加求和，计算得到相同烧结工艺参数条件下粉末a和粉末b一次铺粉时烧结层的平均厚度，并采用该数值表征铺粉厚度，其中：

(5)分析铺粉的均匀性：对所有试件测量得到的平均烧结层厚度进行数学偏差分析，得到试件铺粉的均匀性，采用标准差s1和s2表征为：