CN109108284A - 采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，包括如下步骤：1）两束激光束同时作用于待加工区域；2）第一激光束对加工区域加热，对基体进行预热；3）第二激光束利用热效应使金属粉末或丝材熔化凝固成形，熔覆金属材料成形单层；4）将工作台移动至超声冲击区域，进行超声冲击强化处理；5）重复步骤2）至步骤4），堆积三维成形，完成三维零件成形。本发明利用双激光束熔覆成形，减小了熔覆层的温度梯度，降低了熔覆层的内应力，同时利用超声冲击的力学效应，细化晶粒，减小了成形件的内应力和内部缺陷，提高了激光增材制造金属构件的力学性能。

Description

采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法
技术领域
本发明涉及金属激光增材制造技术领域，特别涉及一种双激光束-超声冲击复合增材制造方法。
背景技术
相比于传统的锻铸造技术，激光金属增材制造技术具有生产周期短、无需模具，能够成形复杂结构件，因此在航空航天、汽车、船舶、医疗等领域具有重要的应用前景。
然而现有激光金属增材制造普遍存在如下问题：1）内应力：激光增材制造是一个速热速冷的过程，由于热输入造成温度梯度，零件内会产生热应力和组织应力，致使零件开裂、变形；2）冶金缺陷和晶粒粗大问题。激光熔化和凝固过程中易产生气孔、未熔合等缺陷，且晶粒粗大，降低了零件的力学性能。中国专利CN201710391667.2公开了一种金属零件激光光内送丝熔覆激光冲击锻打复合增材制造方法，利用激光热效应和冲击波力学效应，使熔覆层晶粒细化，消除了熔覆层的气孔等内部缺陷和热应力，但该方法成本较高，且成形工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，本发明利用双激光束熔覆成形，减小了熔覆层的温度梯度，降低了熔覆层的内应力，同时利用超声冲击的力学效应，细化晶粒，减小了成形件的内应力和内部缺陷，提高了激光增材制造金属构件的力学性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，包括如下步骤：
1）两束激光束同时作用于待加工区域；
2）第一激光束对加工区域加热，对基体进行预热；
3）第二激光束利用热效应使金属粉末或丝材熔化凝固成形，熔覆金属材料成形单层；
4）将工作台移动至超声冲击区域，进行超声冲击强化处理；
5）重复步骤2）至步骤4），堆积三维成形，完成三维零件成形。
优选的，所述第一激光束的功率低于第二激光束的功率，且第一激光束产生的预热温度低于基体的熔点。
优选的，沿激光扫描方向，第一激光束位于第二激光束的前方。
优选的，第二激光束形成熔覆层的厚度，小于超声冲击所能达到的塑性变形最大厚度。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，本发明利用双激光束熔覆成形，减小了熔覆层的温度梯度，降低了熔覆层的内应力，同时利用超声冲击的力学效应，细化晶粒，减小了成形件的内应力和内部缺陷，提高了激光增材制造金属构件的力学性能。
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。
本发明具体实施的技术方案是：
一种采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，包括如下步骤：
1）两束激光束同时作用于待加工区域；
2）第一激光束对加工区域加热，对基体进行预热；
3）第二激光束利用热效应使金属粉末或丝材熔化凝固成形，熔覆金属材料成形单层；
4）将工作台移动至超声冲击区域，进行超声冲击强化处理；
5）重复步骤2）至步骤4），堆积三维成形，完成三维零件成形。
所述第一激光束的功率低于第二激光束的功率，且第一激光束产生的预热温度低于基体的熔点。
沿激光扫描方向，第一激光束位于第二激光束的前方。
第二激光束形成熔覆层的厚度，小于超声冲击所能达到的塑性变形最大厚度。
本发明利用双激光束熔覆成形，减小了熔覆层的温度梯度，降低了熔覆层的内应力，同时利用超声冲击的力学效应，细化晶粒，减小了成形件的内应力和内部缺陷，提高了激光增材制造金属构件的力学性能。
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 (4)

1.采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）两束激光束同时作用于待加工区域；
2）第一激光束对加工区域加热，对基体进行预热；
3）第二激光束利用热效应使金属粉末或丝材熔化凝固成形，熔覆金属材料成形单层；
4）将工作台移动至超声冲击区域，进行超声冲击强化处理；
5）重复步骤2）至步骤4），堆积三维成形，完成三维零件成形。
2.根据权利要求1所述的采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，所述第一激光束的功率低于第二激光束的功率，且第一激光束产生的预热温度低于基体的熔点。
3.根据权利要求2所述的采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，其特征在于，沿激光扫描方向，第一激光束位于第二激光束的前方。
4.根据权利要求3所述的采用双激光束和超声冲击的复合增材制造方法，其特征在于，第二激光束形成熔覆层的厚度，小于超声冲击所能达到的塑性变形最大厚度。
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