CN106238916B - 一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法，其特征是用激光诱导的冲击波作用成形的变形力，作用于金属薄板表面，通过选择不同的激光参数，在薄板表面不同区域获得所需的图案，实现金属浮雕工艺品的无模数字化成形。通过本方法可实现紫铜、青铜、不锈钢等金属浮雕工艺品的无模数字化成形，与传统浮雕錾刻工艺相比，加工参数精确可控，对人工经验依赖减少，不需制模，提高了效率，降低了成本，环保清洁，能耗低；能够低成本个性化制作，满足多品种少批量的创意文化产业发展，对旅游经济及旅游消费市场具有重大促进作用。

Description

一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法

技术领域

本发明涉及金属浮雕工艺品加工方法，具体是涉及一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法。

背景技术

金属浮雕工艺品作为雕塑艺术的重要组成部分，发展至今已有几千年的历史，并且随着人们生活水平和审美情趣的提升，金属浮雕工艺品受到越来越多的工艺师及大众的喜爱。当前金属浮雕工艺品的制作方法是直接在金属材料表面进行雕刻，为便于雕刻，该方法需在加工过程中对金属加热使其软化，且极度依赖人工经验，制造过程繁琐，加工周期长，效率低，且过程中还会产生噪声污染、光污染等，不能满足个性化生产需求，限制了金属浮雕工艺品市场的发展。

发明内容

针对当前金属浮雕工艺品加工的不足，本发明提出了一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法。

一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法，其特征是用激光诱导的冲击波作用成形的变形力，实现金属浮雕工艺品的无模数字化成形。装置包括三维形貌检测反馈系统、激光发生器、导光系统、激光冲击头、工作台及其控制系统。该方法包括以下步骤1)建立浮雕产品三维几何特征模型，划分不同的加工区域：复杂变形区域、大变形区域及小变形区域；2)建立不同区域曲面形状有限元模型，选取不同区域的激光工艺参数，计算机控制系统根据所选参数，编制NC数控程序，实现金属浮雕工艺品的初步成形；3)采用三维形貌仪对产品加工信息进行采集，分析不同区域是否达到加工要求，从而选取参数进行精加工；4)对精加工产品进行着色保护工艺处理，完成金属浮雕工艺品的制作。

本发明实现金属浮雕工艺品的无模数字化成形的专用装置包括工控机系统1、激光器控制系统2、激光发生器3、光路调控装置4、导光系统5、脉冲激光6、工件系统7、夹具8、多轴联动控制台9、运动控制系统10、三维形貌扫描仪11。所述工件系统包括约束层、能量吸收层、金属薄板，所述工作台系统包括沿X、Y、Z方向移动的工作台及固定金属薄板的专用夹具。所述运动控制系统直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台,并使激光头、工作台产生运动，通过编制CNC程序，实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。

本发明的积极进步效果在于：可实现紫铜、青铜、不锈钢等金属浮雕工艺品的无模数字化成形，与传统浮雕錾刻工艺相比，加工参数精确可控，对人工经验依赖减少，不需制模，提高了效率，降低了成本，环保清洁，能耗低；能够低成本个性化制作，满足多品种少批量的创意文化产业发展，对旅游经济及旅游消费市场具有重大促进作用。

附图说明

图1为本实施例金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形装置示意图；

图2为本实施例金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法流程图；

1.工控机系统、2.激光器控制系统、3.激光发生器、4.光路调控装置、5.导光系统、6.脉冲激光、7.工件、8.夹具、9.多轴联动控制台、10.运动控制系统、11.三维形貌扫描仪。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。

图1为金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形装置示意图，包括工控机系统1、激光器控制系统2、激光发生器3、光路调控装置4、导光系统5、脉冲激光束6、工件系统7、夹具8、多轴联动控制台9、运动控制系统10、三维形貌扫描仪11。所述工件系统包括约束层、能量吸收层、金属薄板，所述工作台系统包括沿X、Y、Z方向移动的工作台及固定金属薄板的专用夹具。所述运动控制系统直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台，并使激光头、工作台产生运动,通过编制CNC程序,实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。

金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法的具体实施方式是,激光发生器3发出的激光,经过光路调控装置4及导光系统5导出激光束6，激光束6穿过透明的约束层，作用于金属薄板表面覆盖的能量吸收层产生等离子体云,等离子体云进一步吸收激光能量而爆炸，所产生的爆轰波在约束层的作用下导致面向薄板的冲击力，并使薄板产生局部凹坑。由于激光头及其所导出的激光束沿方向管的轴向移动，同时金属薄板在工作台作用下产生移动动，所以激光束与金属薄板的相对位置不断变化，激光冲击形成的塑性凹坑不断延伸，从而形成浮雕工艺品不同区域的形貌。根据工艺要求的不同，由计算机通过控制系统调整激光束与金属薄板的相对位置和相对速度,通过激光器控制系统调整激光发生器的输出参数，从而加工出所要求的金属浮雕工艺品。

图2为本实施例金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法流程图，本实施例的主要步骤包括：

第一步：建立浮雕产品三维几何特征模型，划分不同的加工区域：复杂变形区域、大变形区域及小变形区域；

第二步：建立不同区域曲面形状有限元模型，选取不同区域的激光工艺参数，计算机控制系统根据所选参数，编制NC数控程序，实现金属浮雕工艺品的初步成形；

第三步：采用三维形貌仪对产品加工信息进行采集，分析不同区域是否达到加工要求，从而选取参数进行精加工；

第四步：对精加工产品进行着色保护工艺处理，完成金属浮雕工艺品的制作。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法，该加工方法包括以下步骤：

步骤一：建立金属浮雕工艺品三维几何特征模型，划分不同的加工区域：复杂变形区域、大变形区域及小变形区域；

步骤二：建立不同区域曲面形状有限元模型，选取不同区域的激光工艺参数，计算机控制系统根据所选参数，编制NC数控程序，实现金属浮雕工艺品的初步成形；

步骤三：采用三维形貌仪对金属浮雕工艺品加工信息进行采集，分析不同区域是否达到加工要求，从而选取参数进行精加工；

步骤四：对精加工金属浮雕工艺品进行着色保护工艺处理，完成金属浮雕工艺品的制作。

2.如权利要求1所述的实现金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法的装置，其特征在于：1)计算机控制系统、2)激光器控制系统、3)激光发生器、4)光路调控装置、5)导光系统、6)脉冲激光、7)工件、8)夹具、9)多轴联动控制台、10)运动控制系统、11)三维形貌仪。

3.如权利要求1所述的金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法，其特征在于，所述金属的材料包括铜材、铝材或不锈钢。

4.如权利要求1所述的金属浮雕工艺品激光冲击无模数字化成形方法，其特征在于：在进行激光冲击的同时，由计算机控制系统控制三维形貌仪测量金属薄板不同区域的变形量，再由计算机系统进行误差分析，通过激光器控制系统、激光发生器调节脉冲激光参数，实现金属浮雕工艺品不同区域的精确成形。