CN108907196A - 激光增减材复合制造装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明提供一种激光增减材复合制造装置，包括：同轴送粉激光增材制造模块，激光减材制造模块，运动模块，以及控制模块。本发明还提供一种激光增减材复合制造方法，先通过同轴送粉激光增材制造模块进行微细涂层的增材制造，然后通过激光减材制造模块对涂层进行精细加工，可重复上述操作直到制成所需的零件。本发明具有成材率高、表面质量和精度高等优点。本发明将激光同轴送粉增材制造与激光微细减材制造相结合，提高了成形精度和表面质量，且不受材料的限制，可成形复杂的零件。

Description

激光增减材复合制造装置及方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种激光增减材复合制造装置及方法。
背景技术
随着激光技术的发展，激光增材技术得到了广泛的应用。相比于传统的锻铸造成形，激光增材制造成形速度快、周期短、可实现复杂结构的零件制造。但成形零件的精度较低、表面质量不高，对于一些精细结构，易形成加工缺陷，无法进行后续的处理。因此，在增材制造后进行减材制造复合技术得到了应用。
申请号为201711480296.1的专利公开了一种激光增减材复合制造装置及方法，将激光同轴送粉增材制造与五轴联动铣床相结合，达到增减材的目的，但这种方法刀具受增材粉末材料的限制较大，对于硬度较高、导热率较差的材料刀具无法铣削，而且灵活性不高。
申请号为201810033354.4的专利公开了一种微细结构的制造方法，利用铣削-增材-抛光的复合方法，制造具有微细结构的器件，提高了加工精度和表面质量，但这种方法之限于简单结构的成形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光增减材复合制造装置及方法，本发明将激光同轴送粉增材制造与激光微细减材制造相结合，提高了成形精度和表面质量，且不受材料的限制，可成形复杂的零件。
为实现上述目的，本发明提供一种激光增减材复合制造装置，包括：
同轴送粉激光增材制造模块，其进行微细涂层增材制造；
激光减材制造模块，其对上述涂层进行精细加工；
运动模块，其辅助同轴送粉激光增材制造模块和激光减材制造模块移动；
以及控制模块，其控制激光增材制造模块、激光减材制造模块和运动模块工作。
优选的，所述同轴送粉激光增材制造模块包括配合工作的：第一激光器、第一光学镜组、送粉装置和第一加工模块；
所述第一光学镜组包括配合工作的：准直镜、聚焦镜和保护镜；
所述第一加工模块为同轴送粉喷嘴；
所述送粉装置通过送粉管与同轴送粉喷嘴连接。
优选的，所述激光减材制造模块包括配合工作的：第二激光器、第二光学镜组和第二加工模块；
所述第二光学镜组包括配合工作的：偏振转换装置、扩束镜、反射镜和光阑；
所述第二加工模块为三维扫描振镜加工头。
优选的，所述第一激光器为连续激光器，可根据粉末材料的不同，选择不同波长的激光器。
优选的，所述同轴送粉激光增材制造模块还配有辅助设备；辅助设备包括水冷机和惰性气瓶罐；
所述水冷机对第一激光器、第一光学镜组和第一加工模块进行冷却；
所述惰性气瓶罐通过气管与第一加工模块相连，用以形成惰性保护氛围。
优选的，所述第二激光器为皮秒激光器或纳秒激光器。
本发明还提供一种激光增减材复合制造方法，采用上述激光增减材复合制造装置，包括如下步骤：
S1）根据待加工零件的三维模型，生成扫描轨迹，并确定增材和减材的参数；
S2）根据扫描的轨迹，利用同轴送粉激光增材制造模块进行微细涂层的增材制造；
S3）停止增材制造模块的运行，利用激光减材制造模块对涂层进行精细加工，完成后停止加工；
S4）按照S2和S3步骤循环进行，直至完成整个零件的加工成形。
优选的，所述增材的参数包括：激光功率、扫描速度、保护气流量和气压、离焦量和送粉速率。
优选的，所述减材的参数包括：脉冲频率、平均输出功率和离焦量。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种激光增减材复合制造装置及方法，本发明将激光同轴送粉增材制造与激光微细减材制造相结合，提高了成形精度和表面质量，且不受材料的限制，可成形复杂的零件。
本发明先通过同轴送粉激光增材制造模块进行微细涂层的增材制造，然后通过激光减材制造模块对涂层进行精细加工，可重复上述操作直到制成所需的零件。本发明具有成材率高、表面质量和精度高等优点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种激光增减材复合制造装置，包括：
同轴送粉激光增材制造模块，其进行微细涂层增材制造；
激光减材制造模块，其对上述涂层进行精细加工；
运动模块，其辅助同轴送粉激光增材制造模块和激光减材制造模块移动；
以及控制模块，其控制激光增材制造模块、激光减材制造模块和运动模块工作。
所述同轴送粉激光增材制造模块包括配合工作的：第一激光器、第一光学镜组、送粉装置和第一加工模块；
所述第一光学镜组包括配合工作的：准直镜、聚焦镜和保护镜；
所述第一加工模块为同轴送粉喷嘴；
所述送粉装置通过送粉管与同轴送粉喷嘴连接。
所述激光减材制造模块包括配合工作的：第二激光器、第二光学镜组和第二加工模块；
所述第二光学镜组包括配合工作的：偏振转换装置、扩束镜、反射镜和光阑；
所述第二加工模块为三维扫描振镜加工头。
所述第一激光器为连续激光器，可根据粉末材料的不同，选择不同波长的激光器。
所述同轴送粉激光增材制造模块还配有辅助设备；辅助设备包括水冷机和惰性气瓶罐；
所述水冷机对第一激光器、第一光学镜组和第一加工模块进行冷却；
所述惰性气瓶罐通过气管与第一加工模块相连，用以形成惰性保护氛围。
所述第二激光器为皮秒激光器或纳秒激光器。
本发明还提供一种激光增减材复合制造方法，采用上述激光增减材复合制造装置，包括如下步骤：
S1）根据待加工零件的三维模型，生成扫描轨迹，并确定增材和减材的参数；
S2）根据扫描的轨迹，利用同轴送粉激光增材制造模块进行微细涂层的增材制造；
S3）停止增材制造模块的运行，利用激光减材制造模块对涂层进行精细加工，完成后停止加工；
S4）按照S2和S3步骤循环进行，直至完成整个零件的加工成形。
所述增材的参数包括：激光功率、扫描速度、保护气流量和气压、离焦量和送粉速率。
所述减材的参数包括：脉冲频率、平均输出功率和离焦量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.激光增减材复合制造装置，其特征在于，包括：
同轴送粉激光增材制造模块，其进行微细涂层增材制造；
激光减材制造模块，其对上述涂层进行精细加工；
运动模块，其辅助同轴送粉激光增材制造模块和激光减材制造模块移动；
以及控制模块，其控制激光增材制造模块、激光减材制造模块和运动模块工作。
2.根据权利要求1所述的激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述同轴送粉激光增材制造模块包括配合工作的：第一激光器、第一光学镜组、送粉装置和第一加工模块；
所述第一光学镜组包括配合工作的：准直镜、聚焦镜和保护镜；
所述第一加工模块为同轴送粉喷嘴；
所述送粉装置通过送粉管与同轴送粉喷嘴连接。
3.根据权利要求2所述的激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述激光减材制造模块包括配合工作的：第二激光器、第二光学镜组和第二加工模块；
所述第二光学镜组包括配合工作的：偏振转换装置、扩束镜、反射镜和光阑；
所述第二加工模块为三维扫描振镜加工头。
4.根据权利要求3所述的激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述第一激光器为连续激光器，可根据粉末材料的不同，选择不同波长的激光器。
5.根据权利要求4所述的激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述同轴送粉激光增材制造模块还配有辅助设备；辅助设备包括水冷机和惰性气瓶罐；
所述水冷机对第一激光器、第一光学镜组和第一加工模块进行冷却；
所述惰性气瓶罐通过气管与第一加工模块相连，用以形成惰性保护氛围。
6.根据权利要求5所述的激光增减材复合制造装置，其特征在于，所述第二激光器为皮秒激光器或纳秒激光器。
7.激光增减材复合制造方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述激光增减材复合制造装置，包括如下步骤：
S1）根据待加工零件的三维模型，生成扫描轨迹，并确定增材和减材的参数；
S2）根据扫描的轨迹，利用同轴送粉激光增材制造模块进行微细涂层的增材制造；
S3）停止增材制造模块的运行，利用激光减材制造模块对涂层进行精细加工，完成后停止加工；
S4）按照S2和S3步骤循环进行，直至完成整个零件的加工成形。
8.根据权利要求7所述的激光增减材复合制造方法，其特征在于，所述增材的参数包括：激光功率、扫描速度、保护气流量和气压、离焦量和送粉速率。
9.根据权利要求8所述的激光增减材复合制造方法，其特征在于，所述减材的参数包括：脉冲频率、平均输出功率和离焦量。
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