本发明涉及激光增材制造,具体涉及一种蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法。
背景技术:
1、增材制造(3d打印)是一种自下而上,逐层叠加的制造技术。激光增材制造技术依据工艺和熔覆材料的不同包括激光铺粉、激光送粉、激光送丝等。依据采用的激光波段的不同可以包括红外光激光制造、蓝光激光制造及其复合光源制造等。
2、铜及其合金由于具备优良的导热性、导电性、延展性、耐蚀性而受到业界的认可和关注,其在电子信息、航空航天、新能源汽车等领域有着重要的应用。
3、为了制造铜或铜合金材料产品,现有技术如cn114131049b一种铜及铜合金的增材制造方法,其采用蓝光和红外光共同作为热源熔融铜或铜合金粉末材料进行激光送粉增材制造。使用蓝光激光熔融铜或铜合金具有突出的优势:(1)铜或铜合金对蓝光的吸收率较高;(2)铜或铜合金的表面质量好坏,如油污、氧化生锈等情况对蓝光熔覆效率和质量没有影响,因此使用蓝光激光器熔融铜或铜合金材料的工艺稳定,能够实现快速高质量的熔覆。
4、但现有技术仍然存在问题:(1)采用单激光束作为热源,蓝光功率为800-1000w,无法实现较大功率的熔融制造,更无法实现高沉积率;(2)采用3000-5000w的红外光作为辅助热源熔融铜或铜合金材料,使增材制造控制过程复杂化,且其是蓝光功率的3-5倍,固态铜对红外光的吸收率较低,液态铜对红外光的吸收率较高,在铜或铜合金粉末熔融过程中,容易出现微型“爆炸”,导致熔池不稳定,熔深波动大,并产生熔滴飞溅、熔池金属喷射、孔洞、一致性差、力学性能低等缺陷;(3)铜或铜合金对红外光反射率较高,3000-5000w的红外光,其吸收率仅在20%左右,80%的红外光被反射,容易造成光学器件损伤,降低设备使用寿命;(4)送粉器送粉的形式,使粉末材料的输送量和沉积量难以精确控制,且送粉的沉积率较低、成本高。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法。
2、蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,所述蓝光由多个独立控制的蓝光激光器发射的光束组成;所述方法为同轴蓝光激光送丝,即使用所述蓝光将同轴的铜或铜合金丝材熔融沉积到基板上形成铜或铜合金打印件;所述蓝光呈均匀热源分布。
3、进一步的,包括以下几个步骤:
4、步骤一:选取铜或铜合金丝材,确定其直径大小;
5、步骤二:开启多个独立控制的蓝光激光器,实现激光目标功率输出;
6、步骤三:送丝系统送丝,激光熔融铜或铜合金丝材形成熔池沉积到基板上形成焊道,焊道由线到面到体,最终形成铜或铜合金打印件。
7、进一步的,所述目标功率为1200-5000w,所述丝材的直径大小为0.6-2mm。
8、进一步的,所述目标功率为1200-3000w,所述丝材的直径大小为0.6-1.2mm。
9、进一步的,所述多个独立控制的蓝光激光器环形对称布置于丝材的周围。
10、进一步的,所述多个独立控制的蓝光激光器发射的光束形成的光斑形状为月牙形、圆形或椭圆形,所述蓝光的光斑形状为圆形、环形或花瓣形。
11、进一步的,所述铜或铜合金丝材的直径为d,送丝速度为v,丝材的干伸长固定,单位时间t内的铜或铜合金丝材的沉积量。
12、有益技术效果:(1)增材制造过程仅使用蓝光,充分发挥蓝光熔融铜或铜合金的优势,且使整个增材过程工艺控制简单,工艺稳定,避免复合热源复杂的工艺控制可能导致的熔滴飞溅、熔池金属喷射、孔洞、一致性差、力学性能低等问题;(2)采用多个单独可控的激光器,使激光功率可调范围增大,如1200-5000w的功率范围可以应对不同直径的铜或铜合金丝材,可以提高增材工艺的扩展性,同时使用高功率可以相对提高沉积率;(3)采用送丝方式,相较于送粉,可以根据送丝速度、丝材直径、干伸长等参数精确控制沉积量,且丝材的利用率可以达到100%,提高材料利用率;同时送丝增材对环境要求低,可以适用在不同的应用场景中,而送粉增材容易发生爆炸,一般要求在封闭惰性气体保护环境中制造;(4)采用半导体激光器,半导体激光器的优点是体积小、重量轻、可靠性好、使用寿命长、功耗低、转化率高、衰减慢。此外,半导体激光器采用低电压恒流供电方式,电源故障率低、使用安全,维修成本低。
1.蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述蓝光由多个独立控制的蓝光激光器发射的光束组成;所述方法为同轴蓝光激光送丝,即使用所述蓝光将同轴的铜或铜合金丝材熔融沉积到基板上形成铜或铜合金打印件;所述蓝光呈均匀热源分布。
2.据权利要求1所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:包括以下几个步骤:
3.据权利要求2所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述目标功率为1200-5000w,所述丝材的直径大小为0.6-2mm。
4.据权利要求3所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述目标功率为1200-3000w,所述丝材的直径大小为0.6-1.2mm。
5.根据权利要求2所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述多个独立控制的蓝光激光器环形对称布置于丝材的周围。
6.根据权利要求2所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述多个独立控制的蓝光激光器发射的光束形成的光斑形状为月牙形、圆形或椭圆形,所述蓝光的光斑形状为圆形、环形或花瓣形。
7.根据权利要求2所述的蓝光送丝增材制造铜和铜合金的方法,其特征在于:所述铜或铜合金丝材的直径为d,送丝速度为v,丝材的干伸长固定,单位时间t内的铜或铜合金丝材的沉积量。
