本工艺创新性地将粉末比例混合特性与金属3D打印成形质量的关联作为理论基础,重点在于回收利用激光熔化后收集的钛合金粉末。通过优化粉末回收和再利用流程,提高材料利用率,降低成本,同时确保打印零件的质量。
背景技术
Ti-6Al-4V合金,又称TC4,是一种具有高强度、低密度、高断裂韧性、优异耐腐蚀性和优越生物相容性的α+β钛合金,轻质而坚固且具有高耐腐蚀性和生物相容性,极其适用于制备人体骨固定支架等医用植入物。但是由于Ti-6Al-4V合金导热性差,具有应变硬化倾向以及较高的亲氧性,对依赖于散装原料的锻造、铸造和轧制等传统制造工艺来说是个挑战。而增材制造的计算机辅助设计(CAD)和逐层制造策略使该技术能够避免传统的设计约束,实现零件的大规模定制。
选区激光熔化(SLM)是一种金属增材制造(AM)工艺,通过使用刮刀或滚轮在预设层厚下迭代沉积粉末,在三维模型文件的路径引导下,激光热源有选择地熔化粉末层来制造3D零件。SLM特有的激光热源与惰性气体环境所带来的快速热循环过程就很好的解决了上述提到TC4加工条件的限制,同时该工艺产生的晶粒细化硬化或内部位错效应可以获得高性能的复杂几何零件,节省了交货时间、能源和材料资源,可以在小批量生产中大幅降低每个零件的成本。
然而,在实际制备过程中,金属粉末材料存在各种形式的损耗,包括随惰性气体气流形成气溶胶扩散、熔池金属液滴飞溅、粉末颗粒黏附以及后期线切割处理等。这导致粉末原料中仅有部分粉末会被激光熔化形成零件层并且相当一部分热影响区域的粉末会因重熔作用而改变热力学特性成为废粉,造就了SLM工艺原料成本过高的问题。因此,如何在保证Ti-6Al-4V成形质量的前提下通过优化回用粉末的工艺参数来降低成本是促进其应用发展的一个重要因素。
实现思路