一种金属基材料异质复合构型的修复方法
本发明涉及增材制造，更具体地说，涉及一种金属基材料异质复合构型的修复方法。
背景技术：
1、金属增材制造是一种允许通过逐层堆积金属材料来实现零件成型的先进制造技术。与传统的切削加工相比，金属增材制造可以实现复杂零件的一体化成型，从而减少了制造步骤和加工时间。该技术可以应用于多种领域，包括航空航天、汽车制造、医疗器械等，为制造业带来了更大的灵活性和效率。
2、其中，直接能量沉积技术是金属增材制造的一种常见方法，它通过使用激光或电子束等能量源直接熔化金属材料，从而实现零件的逐层堆积。常见的金属材料包括金属粉末或金属丝材。这种技术可以通过多材料送进装置实现多种原材料的同时成型，为复合材料提供更多选择。由两种或更多种不同类型的材料组合而成的金属基材料复合材料，可以兼顾不同金属的特性，以产生优良的综合性能。
3、然而，传统异质结构或复合材料的制备方法大多依赖于锻造技术或粉末成型技术，需要特定模具或复杂的后处理过程。自由度较低，成型工艺复杂，对设备和人工的消耗较大。故航空航天及国防军工领域的复合材料仍需要较高的成本，且异质复合构型的零件发生损坏几乎无法修护，只能重新生产更换。一些关键零部件随着装备的更新迭代，生产线停产，仓储库存较少，甚至会出现更换零件缺失的问题，导致相关零件的维护成本居高不下。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种金属基材料异质复合构型的修复方法，该修复方法可对异质复合构型的零件表面的缺陷进行高自由度修复成型，从而降低维护成本和保证修复后异质复合构型的零件性能，在航空航天，船舶等前沿领域具有较为广阔的应用前景。
2、为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：对金属基材料异质复合构型的零件的缺陷区进行分层切片，并每层切片进行两种材料的激光沉积路径规划；根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工，实现缺陷区的修复成型。
3、包括以下步骤：
4、step1.根据金属基材料异质复合构型的零件缺陷区的几何形状进行模型分层切片；
5、step2.根据分层切片结果，在每层切片的打印面上规划两种材料的激光沉积路径，以及设定两种材料的激光沉积加工参数和成型几何参数；
6、step3.根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工，并进行激光沉积加工过程的仿真，校准缺陷区边界激光沉积加工路径的偏差；
7、采用每种材料激光沉积加工时，通过调整每种材料的送进方式和激光热源的加热模式，实现两种材料复合对缺陷区的修复成型；
8、step4.各层激光沉积加工完成后，实现零件缺陷区的修复成型，保持保护气开启，及时清理送粉管路，排出其中的残余粉末。
9、具体地说，step1中，几何形状为规则的平面，对平面进行模型分层切片。
10、或者，step1中，几何形状为曲面，沿曲面正交方向对该曲面进行分层切片。
11、step2中，激光沉积加工参数包括激光功率、光斑直径和激光移动速度。
12、step2中，成型几何参数包括每种材料激光沉积加工时每层的单道高度、每种材料激光沉积加工时每层的单道宽度、多道搭接率和熔池深度。
13、step2中，激光沉积路径包括往复激光沉积路径和偏置激光沉积路径。
14、step3中，根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工是指：每层切片中，一种材料根据激光沉积路径规划进行激光沉积加工，完成后关闭激光，切换另一种材料粉末送进，待另一种粉末从喷嘴吹出，则打开激光，进行另一种材料根据激光沉积路径规划进行激光沉积加工，实现两种材料交替激光沉积加工，加工后两种材料相间排列；
15、或者，两种材料粉末同时送进，实现两种材料同时激光沉积加工。
16、step3中，送进方式包括两种材料的粉末送进速率和两种材料的粉末送进比例。
17、step3中，调整激光热源的加热模式包括调节激光功率、激光光斑直径和/或激光移动速度。
18、与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
19、1、本发明金属基材料异质复合构型的修复方法可对异质复合构型的零件表面的缺陷进行高自由度修复成型，从而降低维护成本和保证修复后异质复合构型的零件性能，在航空航天，军事船舶等前沿领域具有较为广阔的应用前景。
20、2、本发明金属基材料异质复合构型的修复方法可对不规则金属表面缺陷进行自适应高自由度修复与再制造，并对金属表面进行复合材料成型和激光熔覆，使修复后零件性能不低于甚至超越原有材料。
技术特征：
1.一种金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：对金属基材料异质复合构型的零件的缺陷区进行分层切片，并每层切片进行两种材料的激光沉积路径规划；根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工，实现缺陷区的修复成型。
2.根据权利要求1所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step1中，几何形状为规则的平面，对平面进行模型分层切片。
4.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step1中，几何形状为曲面，沿曲面正交方向对该曲面进行分层切片。
5.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step2中，激光沉积加工参数包括激光功率、光斑直径和激光移动速度。
6.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step2中，成型几何参数包括每种材料激光沉积加工时每层的单道高度、每种材料激光沉积加工时每层的单道宽度、多道搭接率和熔池深度。
7.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step2中，激光沉积路径包括往复激光沉积路径和偏置激光沉积路径。
8.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step3中，根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工是指：每层切片中，一种材料根据激光沉积路径规划进行激光沉积加工，完成后关闭激光，切换另一种材料粉末送进，待另一种粉末从喷嘴吹出，则打开激光，进行另一种材料根据激光沉积路径规划进行激光沉积加工，实现两种材料交替激光沉积加工，加工后两种材料相间排列；
9.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step3中，送进方式包括两种材料的粉末送进速率和两种材料的粉末送进比例。
10.根据权利要求2所述的金属基材料异质复合构型的修复方法，其特征在于：step3中，调整激光热源的加热模式包括调节激光功率、激光光斑直径和/或激光移动速度。
技术总结
本发明提供一种金属基材料异质复合构型的修复方法，该修复方法为：对金属基材料异质复合构型的零件的缺陷区进行分层切片，并每层切片进行两种材料的激光沉积路径规划；根据激光沉积路径规划结果采用两种材料以相间排列的方式在每层切片进行激光沉积加工，实现缺陷区的修复成型。本发明金属基材料异质复合构型的修复方法可对异质复合构型的零件表面的缺陷进行高自由度修复成型，从而降低维护成本和保证修复后异质复合构型的零件性能，在航空航天，军事船舶等前沿领域具有较为广阔的应用前景。
技术研发人员：张楷浩,傅子川,汤凯,邓肖珂,陈远志,张文泽,郝健程,贺东
受保护的技术使用者：香港科技大学深圳研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23