阅读说明：本技术 金属3d打印零件的激光表面改性方法 (Laser surface modification method for metal 3D printing part ) 是由 尹衍军 孙兵兵 李鹏飞 张峰 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明金属3D打印零件的激光表面改性方法,包括以下步骤S1、利用金属增材设备完成零件的制备；S2、根据零件表面粗糙度要求以及成形工艺不同判断是否需要进行表面机加工处理；若符合,则进行步骤S3；S3、对零件表面进行清洁处理；S4、对零件表面进行喷砂处理,去除表面未熔合的金属粉末颗粒及去除支撑而留下来的毛刺；S5、采用喷雾方式将复合吸收材料粉末喷在步骤S4处理后的零件表面,形成激光吸收层；S6、使用激光器对步骤S5处理后的金属增材成形零件进行激光辐照,形成激光熔凝层。本发明克服了现有金属增材零件表面质量差、表面质量不均匀的问题,能够使零件近表面的微孔洞和微缺陷消除。(The laser surface modification method of the metal 3D printing part comprises the following steps of S1, completing the preparation of the part by using metal additive equipment; s2, judging whether surface machining is needed or not according to the surface roughness requirement of the part and different forming processes; if yes, go to step S3; s3, cleaning the surface of the part; s4, performing sand blasting treatment on the surface of the part, and removing unfused metal powder particles on the surface and burrs left by support; s5, spraying composite absorbing material powder on the surface of the part processed in the step S4 in a spraying mode to form a laser absorption layer; and S6, performing laser irradiation on the metal additive forming part processed in the step S5 by using a laser to form a laser fused layer. The invention overcomes the problems of poor surface quality and uneven surface quality of the existing metal additive part and can eliminate the micro-holes and micro-defects on the near surface of the part.)

金属3D打印零件的激光表面改性方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及金属3D打印零件的激光表面改 性方法。

背景技术

3D打印是一种以数字模型文件为基础的快速成型技术的一种，在金属3D打 印领域中，3D打印过程中，金属粉末被热源迅速加热，随后又快速冷却，这种 由点到线再到面的逐层加工方式使零件产生了独特的组织结构。

再实际打印过程中，急速的加热与冷却会使材料内部产生很大的参与应力。 此外，由于3D打印过程的特点，内部会不可避免的出现微孔洞。这些组织的缺 陷大大降低了金属3D打印零件的使用寿命或使用范围。

为了提高金属3D打印零件的使用寿命对增材成形零件及零件表面处理的工 艺由很多，比如表面喷砂，热等静压、激光表面冲击强化等。相关应用的文献 如申请号为201410315813.X的中国专利，利用毫秒脉冲激光和纳秒脉冲激光多 次扫描处理增材制造金属另加表面，实现增材制造零件表面的抛光，这种激光 抛光的方法可以改变增材制造金属零件表面应力状态，由拉应力转化为压应力， 此外还可以提高抛光生产效率，使用激光抛光是手工抛光的20倍，但这种方法 对于表面的微孔洞的改善及消除作用有限。申请号为201910403931.9的中国专 利中提出了一种使用预先喷涂混合粉末，在金属块表面进行耐磨涂层的制备， 最后利用搅拌摩擦焊的方法对表面强化处理，虽然搅拌摩擦加工和喷涂过程是 相对简单的过程，但仅仅对几何形状规则的一些零件才能有效的使用这些加工 方法，若零件的几何表面复杂则很难实现零件的所有表面均匀强化。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属3D打印零件的激光表面改性方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种金属3D打印零件的激光表面 改性方法，包括以下步骤：

S1、利用金属增材设备完成零件的制备；

S2、根据零件表面粗糙度要求以及成形工艺不同判断是否需要进行表面机 加工处理；若符合，则进行步骤S3；

S3、对零件表面进行清洁处理；

S4、对零件表面进行喷砂处理，去除表面未熔合的金属粉末颗粒及去除支 撑而留下来的毛刺；

S5、采用喷雾方式将复合吸收材料粉末喷在步骤S4处理后的零件表面，形 成激光吸收层；

S6、使用激光器对步骤S5处理后的金属增材成形零件进行激光辐照，形成 激光熔凝层。

进一步的，所述步骤S4中金属增材成形零件需先用线切割将其从基板分离 下来，需要时使用工具将支撑去除，若零件的表面要求合格，则不使用喷砂方 式对表面进行喷砂处理。

进一步的，所述步骤S5中根据不同金属材料选择不同的激光功率、激光光 斑大小、扫描速度。

进一步的，所述步骤S5中激光熔凝层厚度约为0.8mm-1.6mm，且无裂纹、 缺陷。

进一步的，所述步骤S5中零件表面的厚度为0.3mm-0.5mm。

与现有技术相比，本发明金属3D打印零件的激光表面改性方法的有益效果 是：克服了现有金属增材零件表面质量差、表面质量不均匀的问题，能够使零 件近表面的微孔洞和微缺陷消除。

具体实施方式

金属3D打印零件的激光表面改性方法，包括以下步骤：

S1、利用金属增材设备完成零件的制备；

S2、根据零件表面粗糙度要求以及成形工艺不同判断是否需要进行表面机 加工处理；若符合，则进行步骤S3；

S3、对零件表面进行清洁处理；

S4、对零件表面进行喷砂处理，去除表面未熔合的金属粉末颗粒及去除支 撑而留下来的毛刺；具体的，金属增材成形零件需先用线切割将其从基板分离 下来，需要时使用工具将支撑去除，若零件的表面要求合格，则不使用喷砂方 式对表面进行喷砂处理。

S5、采用喷雾方式将复合吸收材料粉末喷在步骤S4处理后的零件表面，形 成激光吸收层；具体的，根据不同金属材料选择不同的激光功率、激光光斑大 小、扫描速度。如材料为不锈钢时，激光功率为1900W-2300W，光斑宽度为10mm， 扫描速度为4-8mm/s；材料为钛铝合金时，激光功率为300W-400W，光斑宽度为 2mm，扫描速度为0.5-1mm/s。激光熔凝层厚度约为0.8mm-1.6mm，且无裂纹、 缺陷。零件表面的厚度为0.3mm-0.5mm。

S6、使用激光器对步骤S5处理后的金属增材成形零件进行激光辐照，形成 激光熔凝层，具体的，根据不同的材料选择不同的预热温度以及预热时间。

本发明克服了现有金属增材零件表面质量差、表面质量不均匀的问题，能 够使零件近表面的微孔洞和微缺陷消除。采用喷雾的方法，可以使得零件表面 获得一层均匀的吸收层，这样激光吸收层与激光以及基体可以更好的相互作用， 提供稳定的能量输入，从而获得均匀的熔凝层。获得的熔凝层的组织形态发生 了相应的变化，熔凝层的气孔、表面质量差等缺陷得已明显的控制并增强了力 学性能。由于表面缺陷的改善从而提高了耐蚀和耐磨性能。

本发明涉及的表面激光熔凝过程一般不添加任何金属元素，熔凝层与材料 基体形成冶金结合。

本发明针对金属增材成形零件内部存在微小孔洞及气孔等不可避免的缺 陷，在激光熔凝过程中，由于表层金属熔化，在打印过程中由于冷却速度快或 因为熔池剧烈流动而未来得及排出的气体，在熔凝过程中可以逸出。

本发明针对金属增材成形零件组织存在明显方向性，以及显微组织中由鱼 鳞状的熔池融合线等现象，对表面进行重熔，重熔时表层金属重新发生再结晶 现象，使零件表层获得均匀细小的等轴晶。急冷重结晶获得的表层均质且具有 较高硬度、耐磨性和抗腐蚀性。

本发明涉及的金属增材成形零件的表面激光重熔，其熔层薄、热作用去小， 对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，有时可不再进行后续磨光而直接使用。

本发明涉及的金属增材成形零件的表面激光重熔，提高溶质原子在基体中 固溶度极限，晶粒及第二相质点超细化，形成亚稳相可获得无扩散的单一晶体 结构甚至非晶态，从而使生成的新型合金获得传统方法得不到的优良性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本 领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因 此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求 的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施 方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经 适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。