CN110976869A - 一种零件增材复合制造装置及方法 - Google Patents

一种零件增材复合制造装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110976869A
CN110976869A CN201911358500.1A CN201911358500A CN110976869A CN 110976869 A CN110976869 A CN 110976869A CN 201911358500 A CN201911358500 A CN 201911358500A CN 110976869 A CN110976869 A CN 110976869A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
mechanical arm
forming chamber
powder
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911358500.1A
Other languages
English (en)
Inventor
袁战伟
韩玉涛
孙志平
何光宇
柴艳
杨竹芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Air Force Engineering University of PLA
Original Assignee
Changan University
Air Force Engineering University of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University, Air Force Engineering University of PLA filed Critical Changan University
Priority to CN201911358500.1A priority Critical patent/CN110976869A/zh
Publication of CN110976869A publication Critical patent/CN110976869A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B22F12/43—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam pulsed; frequency modulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明公开了一种零件增材复合制造装置及方法，包括成型室、控制装置、激光熔融机械臂、激光喷丸机械臂、飞秒激光发射器和成型缸；成型室内腔底面作为工作台面，成型缸顶部连接工作台面底部，成型缸底板连接有第一升降装置；激光熔融机械臂和激光喷丸机械臂均设置在成型室内壁上，激光熔融机械臂末端设置有激光熔融喷嘴，激光喷丸机械臂末端设置有激光喷丸喷嘴；成型室内腔中设置有电动直线往复机构，飞秒激光发射器连接在电动直线往复机构上，电动直线往复机构的运动方向与工作台面平行。实现三种加工装置互不影响，使生产的零件综合性能大幅度提升同时避免了二次加工。

Description

一种零件增材复合制造装置及方法
技术领域
本发明属于增材制造领域，涉及一种零件增材复合制造装置及方法。
背景技术
增材制造技术，也称为3D打印技术，是一种采用数字化模型借助打印设备将材料逐渐层层累积的方法制造实体零件的技术，具有工艺简单，成本较低的特点，激光选区熔化，英文名：Selective Laser Melting，SLM，是增材制造中的其中一种方法，该方法是先在计算机上设计出零件的三维实体模型，然后对该模型进行切片分层，得到个二维界面的轮廓数据，再由轮廓数据生成扫描路径。然后用高能激光束按照扫描路径扫描预先铺覆好的金属粉末经选择性将其完全熔化，再经冷却凝固后成形，然后铺新的粉末层，重复操作，直至零件完成。虽然目前对激光增材制造的工艺展开了大量研究，但是增材制造技术在零件的成形过程中却存在许多问题，在SLM成形过程中伴随着复杂的物理、化学、冶金等过程，容易产生球化、孔隙、裂纹，晶粒粗大以及表面光洁度低等缺陷，这些问题就会导致制造的零件的强度差，疲劳寿命低。
激光冲击强化，英文名：Laser shock peeing，LSP，又称激光喷丸，该技术采用几十纳秒的短脉冲高能激光束代替有质弹丸冲击工件表面，激光冲击强化处理后，工件表层材料的晶粒尺寸减小，材料表面还会形成一定深度影响层的残余压应力，从而抑制材料疲劳裂纹的萌生和发展，显著延长材料的疲劳寿命，提高材料力学性能。激光喷丸与增材制造结合的复合增材制造工艺可以一定程度上解决增材制造中零件性能较差的问题。但同时在激光喷丸强化的过程中材料表面受冲击波的影响发生严重塑性变形，形成材料的凸起和凹陷，即形成了许多“峰”和“谷”，使得在原熔覆层表面光洁度较低的情况下又增大了原金属表面的粗糙度，空军工程大学研究表明，Ra值为419nm的表面光滑不锈钢经激光喷丸强化处理后Ra值为584nm，而且较大的粗糙度会导致相邻层之间难以形成紧密重熔，层间结合不良，会形成较大的层间未熔合缺陷，就可能会成为裂纹萌生点，很难满足零件的工业标准要求，这限制了增材制造与激光喷丸复合制造工艺的进一步实际应用。
激光抛光技术作为一种新兴的非接触式的无应力加工方式，其抛光本质是利用激光强大的瞬时功率将材料表面的突出材料蒸发。尤其飞秒激光的脉冲宽度极其微短、峰值功率高，因此飞秒激光加工相对于普通激光加工具有无热影响区、无融化区、无冲击波和裂纹等优点。激光抛光技术广泛应用于机械，电子，医疗等很多领域上的精密加工，在降低粗糙度方面，激光抛光的纵向去除率可达3.88μm/s，其去除率远大于传统机械抛光加工方法。在激光增材制造过程中以及激光增材制造与激光喷丸的复合制造过程中，共同存在在问题就是零件表面粗糙度差，而且对于具有复杂的内流道和空腔的零件内表面抛光无法解决，因此加工的零件难以一次性达到工业标准要求，需要二次加工，不能实现零件加工的近净成形。
现有增材制造的装置，仅能够采用激光冲击强化或激光抛光技术其中一种，因此无法避免两种技术中存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种零件增材复合制造装置及方法，实现三种加工装置互不影响，使生产的零件综合性能大幅度提升同时避免了二次加工。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种零件增材复合制造装置，包括成型室、控制装置、激光熔融机械臂、激光喷丸机械臂、飞秒激光发射器和成型缸；
成型室内腔底面作为工作台面，成型缸顶部连接工作台面底部，成型缸底板连接有第一升降装置；激光熔融机械臂和激光喷丸机械臂均设置在成型室内壁上，激光熔融机械臂末端设置有激光熔融喷嘴，激光喷丸机械臂末端设置有激光喷丸喷嘴；成型室内腔中设置有电动直线往复机构，飞秒激光发射器连接在电动直线往复机构上，电动直线往复机构的运动方向与工作台面平行；
控制装置输出端连接有连续激光发生器、短脉冲激光发生器和飞秒激光发生器的输入端，连续激光发生器、短脉冲激光发生器和飞秒激光发生器的输出端连接激光熔融喷嘴、激光喷丸喷嘴和飞秒激光发射器的输入端，控制装置输出端连接激光熔融机械臂、激光喷丸机械臂和激光熔融喷嘴输入端。
优选的，成型室内设置有铺粉刮板，铺粉刮板与成型室内壁滑动连接，滑动方向与工作台面平行，铺粉刮板底部与工作台面接触。
进一步，成型室内设置有粉料缸，粉料缸顶部连接工作台面，粉料缸底板连接有第二升降装置。
进一步，成型室内设置有粉料收集缸，粉料收集缸顶部连接工作台面。
优选的，成型室为密闭腔室，成型室内设置有惰性气体源，惰性气体源出气端连接至成型室内部。
优选的，激光喷丸机械臂末端设置有温度监测器。
优选的，成型室内设置有温度探头、氧含量传感器和压力传感器。
一种基于上述任意一项所述装置的零件增材复合制造方法，包括以下步骤；
步骤一，将金属粉末铺放在成型缸顶面上；
步骤二，控制装置驱动激光熔融机械臂，将激光熔融喷嘴对准金属粉末，控制装置启动连续激光发生器，根据扫描路径对金属粉末进行激光熔融，形成熔覆层；
步骤三，在激光熔融装置进行工作的同时，激光喷丸装置的喷嘴根据扫描路径随之前进并与激光熔融装置的激光喷嘴保持一定的距离，控制装置驱动激光喷丸机械臂，将激光喷丸喷嘴对准熔覆层，控制装置启动短脉冲激光发生器，对熔覆层表面进行激光锻打，当对熔覆层激光锻打一遍后，控制装置关闭短脉冲激光发生器，控制驱动激光喷丸机械臂回到原位；
步骤四，当激光熔融与激光喷丸同步完成一层铺粉的激光熔融和激光喷丸强锻打后；控制装置启动飞秒激光发生器，驱动飞秒激光发生器在熔覆层上面进行扫描抛光，当对熔覆层扫描抛光一遍后时，控制装置关闭飞秒激光发生器，控制驱动飞秒激光发生器回到原位；
步骤五，成型缸下降，下降高度为熔覆层厚度，将新一批金属粉末铺放在熔覆层上方，回到步骤二，进行下一层加工，直到零件成型。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述装置通过将激光熔融喷嘴、激光喷丸喷嘴和飞秒激光发射器进行集合在成型室中，通过两条机械臂控制激光熔融喷嘴和激光喷丸喷嘴的位置，通过滑动连接将飞秒激光发射器进行移动，从而将激光熔融技术、激光喷丸技术和激光抛光技术进行结合，三种加工工艺协同工作，互不影响，克服了选择性激光熔化技术中工件存在大量孔隙、裂纹，晶粒粗大以及表面光洁度低等质量缺陷，也可为同步完成具有复杂内流道激光增材零件的内外表面抛光，避免了对工件成型后的二次强化与处理，大幅度提高了对工件高质量成型加工的效率。
进一步，成型缸内滑动设置有铺粉刮板，能够将金属粉末铺设均匀。
进一步，成型缸底面下设置有可升降的粉料缸，能够将粉料自动上升至成型室底面上，通过铺粉刮板进行铺设。
进一步，成型缸底面下设置有粉料收集缸，能够通过铺粉刮板将多余金属粉末平推至粉末收集缸内。
进一步，通过设置在成型室内的温度探头、氧含量传感器和压力传感器，能够对成型室内惰性气体环境的温度、残余氧气含量和系统的气体净化过滤器的压差进行监控。
本发明所述复合制造方法，依次对每层金属铺粉进行激光熔融、激光喷丸和激光抛光，将三种加工技术进行结合，克服了选择性激光熔化技术中工件存在大量孔隙、裂纹，晶粒粗大以及表面光洁度低等质量缺陷，也可为同步完成具有复杂内流道激光增材零件的内外表面抛光，避免了对工件成型后的二次强化与处理，大幅度提高了对工件高质量成型加工的效率。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
其中：1计算机、2控制装置、3惰性气体源、4成型缸、5粉料缸、6粉料收集缸、7激光熔融机械臂、8激光熔融喷嘴、9连续激光发生器、10激光喷丸机械臂、11激光喷丸喷嘴、12温度监测器、13短脉冲激光发生器、14飞秒激光发射器、15飞秒激光发生器、16铺粉刮板、17工作台面、18第一升降装置、19第二升降装置、20成型室、21电动直线往复机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述的零件增材复合制造装置，包括成型室20、惰性气体源3、控制装置2、激光熔融机械臂7、激光喷丸机械臂10、飞秒激光发射器14和成型缸4。
成型室20为密闭腔室，成型室20内设置有惰性气体源3，惰性气体源3出气端连接至成型室20内部，成型室20内腔底面作为工作台面17。
激光熔融机械臂7和激光喷丸机械臂10均设置在成型室20内壁上，机械臂的移动轨迹通过控制设备操作实现，激光熔融机械臂7末端设置有激光熔融喷嘴8，激光喷丸机械臂10末端设置有激光喷丸喷嘴11和温度监测器12，计算机1根据成型件表面温度来调整激光锻打的能量强度，激光脉冲能量、激光脉冲宽度、重复频率、光斑尺寸和形状等参数精确可控可调，可处理不同结构特点的熔覆成形零件，从而可以实现对工件全范围进行冲击强化，而且可以对于不同粉末成型的工件根据其相关要求调整激光冲击强化的频率和短脉冲的能量。
飞秒激光发射器14通过电动直线往复机构21连接在成型室20内腔中，本实施例中电动直线往复机构21采用电动滚珠丝杠机构，飞秒激光发射器14位于滚珠丝杠的移动块上，滚珠丝杠与工作台面17平行，飞秒激光发射器14朝向工作台面17。铺粉刮板(16)与成型室(20)内壁滑动连接，滑动方向与工作台面(17)平行
铺粉刮板16与成型室内壁滑动连接，滑动方向与工作台面17平行，铺粉刮板16底部与工作台面17接触，铺粉刮板16通过内壁滑动连接水平移动，实现均匀铺粉及复位。
成型缸4、粉料缸5和粉料收集缸6顶部均连接工作台面17底部，成型缸4底板连接有第一升降装置18，随着成型工件高度的增加而下降。粉料缸5底板连接有第二升降装置19。随着成型工件高度的增加而增加，粉料缸5上升高度以及成型缸4下降高度决定粉末厚度，每次铺粉多余的粉末被收集在收集缸中。
成型室20内设置有温度探头、氧含量传感器和压力传感器，能够对成型室20内惰性气体环境的温度、残余氧气含量和系统的气体净化过滤器的压差进行监控。
控制装置2输入端连接有计算机1的输出端，输出端连接有连续激光发生器9、短脉冲激光发生器13和飞秒激光发生器15的输入端，连续激光发生器9、短脉冲激光发生器13和飞秒激光发生器15的输出端连接激光熔融喷嘴8、激光喷丸喷嘴11和飞秒激光发射器14的输入端，控制装置2输出端连接激光熔融机械臂7、激光喷丸机械臂10和激光熔融喷嘴8输入端。
短脉冲激光发生器13的短脉冲激光功率、脉冲宽度以及激光重复频率均由控制装置2控制，激光功率，脉冲宽度，重复频率由熔覆区材料厚度和面积大小确定，以保证整个熔覆层的材料能够获得充分激光锻打；激光喷丸的喷嘴处配置的温度监测器，实时监测熔覆层表面的温度并反馈给控制装置2，以保证熔覆层锻打区域的温度属于激光锻打的最佳温度范围内；控制装置2可以通过调整激光喷丸的激光功率，脉冲宽度，重复频率实现对不同材料在增材制造过程中的激光喷丸强化，使熔覆层发生较高塑性变形完成冲击强化。
飞秒激光发生器15的激光功率、重复频率、光源移动速度参数均由控制装置2控制，激光抛光的参数由激光喷丸冲击强化后的熔覆层表面粗糙度和粉末种类决定，以保证整个熔覆层表面都能被充分抛光处理。
在增材制造零件的逐层成型加工过程中，激光熔融喷嘴8的连续激光束利用热效应对选定区域的粉末激光熔化成型为熔覆层后，激光喷丸装置同时对粉末熔融后形成的金属表面在最佳温度范围内进行短脉冲激光锻打，金属表层吸收激光束能量后气化电离形成冲击波对金属件起到强化的效果，随后飞秒激光装置对激光锻打后的熔覆层表面进行激光扫描抛光处理，消除表面上凸出的材料和降低表面粗糙度，再进行下一片层的熔覆层激光成型加工、激光喷丸强化和抛光处理，直至整个零件完成制造。
具体加工过程为：
步骤一，根据计算机1的辅助设计模型设计所需要增材制造零件模型和相应的加工程序，对零件模型进行分层处理，得到零件各截面的轮廓参数，并生成相应的加工参数，如激光功率，粉末厚度以及扫描路径等，然后使用铺粉刮板16将金属粉末从粉料缸5中铺放在成型缸4顶面上。
步骤二，控制装置2驱动激光熔融机械臂7，将激光熔融喷嘴8对准金属粉末，控制装置2启动连续激光发生器9，根据扫描路径对金属粉末进行激光熔融，形成熔覆层。
步骤三，在激光熔融装置进行工作的同时，激光喷丸装置的喷嘴根据扫描路径随之前进并与激光熔融装置的激光喷嘴保持一定的距离，控制装置2驱动激光喷丸机械臂10，将激光喷丸喷嘴11对准熔覆层，激光喷丸机械臂末端的温度监测器12实时监测激光熔融后形成的熔覆层表面的温度，当熔覆层表面的温度属于激光锻打的最佳温度范围内，控制装置2启动短脉冲激光发生器13，对熔覆层表面进行激光锻打，当对熔覆层激光锻打一遍后，控制装置2关闭短脉冲激光发生器13，控制驱动激光喷丸机械臂10回到原位。
步骤四，控制装置2启动飞秒激光发生器15，驱动飞秒激光发生器15在熔覆层上面进行扫描抛光，当对熔覆层扫描抛光一遍后时，控制装置2关闭飞秒激光发生器15，控制驱动飞秒激光发生器15回到原位。
步骤五，成型缸4下降，粉料缸5上升，下降和上升的高度为熔覆层厚度，将新一批金属粉末铺放在熔覆层上方，回到步骤二，进行下一层加工，直到零件成型。
根据不同金属粉末的熔覆激光功率和熔覆层锻打的温度范围，以及飞秒激光抛光的处理速度等参数，通过制造过程中的熔覆层表面的温度以及锻打后的熔覆层表面的通过三维轮廓仪检测的粗糙度实时监测和控制，根据不同的成形材料与技术要求，得到相应的最佳制造工艺和最优工艺参数，最终达到控形控性的目的形成闭环控制，计算机1对不同零件和金属粉末的加工参数形成工艺数据库。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种零件增材复合制造装置，其特征在于，包括成型室(20)、控制装置(2)、激光熔融机械臂(7)、激光喷丸机械臂(10)、飞秒激光发射器(14)和成型缸(4)；
成型室(20)内腔底面作为工作台面(17)，成型缸(4)顶部连接工作台面(17)底部，成型缸(4)底板连接有第一升降装置(18)；激光熔融机械臂(7)和激光喷丸机械臂(10)均设置在成型室(20)内壁上，激光熔融机械臂(7)末端设置有激光熔融喷嘴(8)，激光喷丸机械臂(10)末端设置有激光喷丸喷嘴(11)；成型室(20)内腔中设置有电动直线往复机构(21)，飞秒激光发射器(14)连接在电动直线往复机构(21)上，电动直线往复机构(21)的运动方向与工作台面(17)平行；
控制装置(2)输出端连接有连续激光发生器(9)、短脉冲激光发生器(13)和飞秒激光发生器(15)的输入端，连续激光发生器(9)、短脉冲激光发生器(13)和飞秒激光发生器(15)的输出端连接激光熔融喷嘴(8)、激光喷丸喷嘴(11)和飞秒激光发射器(14)的输入端，控制装置(2)输出端连接激光熔融机械臂(7)、激光喷丸机械臂(10)和激光熔融喷嘴(8)输入端。
2.根据权利要求1所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，成型室(20)内设置有铺粉刮板(16)，铺粉刮板(16)与成型室(20)内壁滑动连接，滑动方向与工作台面(17)平行，铺粉刮板(16)底部与工作台面(17)接触。
3.根据权利要求2所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，成型室(20)内设置有粉料缸(5)，粉料缸(5)顶部连接工作台面(17)，粉料缸(5)底板连接有第二升降装置(19)。
4.根据权利要求2所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，成型室(20)内设置有粉料收集缸(6)，粉料收集缸(6)顶部连接工作台面(17)。
5.根据权利要求1所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，成型室(20)为密闭腔室，成型室(20)内设置有惰性气体源(3)，惰性气体源(3)出气端连接至成型室(20)内部。
6.根据权利要求1所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，激光喷丸机械臂(10)末端设置有温度监测器(12)。
7.根据权利要求1所述的一种零件增材复合制造装置，其特征在于，成型室(20)内设置有温度探头、氧含量传感器和压力传感器。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述装置的零件增材复合制造方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，将金属粉末铺放在成型缸(4)顶面上；
步骤二，控制装置(2)驱动激光熔融机械臂(7)，将激光熔融喷嘴(8)对准金属粉末，控制装置(2)启动连续激光发生器(9)，根据扫描路径对金属粉末进行激光熔融，形成熔覆层；
步骤三，在激光熔融装置进行工作的同时，激光喷丸装置的喷嘴根据扫描路径随之前进并与激光熔融装置的激光喷嘴保持距离，控制装置(2)驱动激光喷丸机械臂(10)，将激光喷丸喷嘴(11)对准熔覆层，控制装置(2)启动短脉冲激光发生器(13)，对熔覆层表面进行激光锻打，当对熔覆层激光锻打一遍后，控制装置(2)关闭短脉冲激光发生器(13)，控制驱动激光喷丸机械臂(10)回到原位；
步骤四，当激光熔融与激光喷丸同步完成一层铺粉的激光熔融和激光喷丸锻打后；控制装置(2)启动飞秒激光发生器(15)，驱动飞秒激光发生器(15)在熔覆层上面进行扫描抛光，当对熔覆层扫描抛光一遍后时，控制装置(2)关闭飞秒激光发生器(15)，控制驱动飞秒激光发生器(15)回到原位；
步骤五，成型缸(4)下降，下降高度为熔覆层厚度，将新一批金属粉末铺放在熔覆层上方，回到步骤二，进行下一层加工，直到零件成型。
CN201911358500.1A 2019-12-25 2019-12-25 一种零件增材复合制造装置及方法 Pending CN110976869A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911358500.1A CN110976869A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种零件增材复合制造装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911358500.1A CN110976869A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种零件增材复合制造装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110976869A true CN110976869A (zh) 2020-04-10

Family

ID=70075517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911358500.1A Pending CN110976869A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种零件增材复合制造装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110976869A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111992879A (zh) * 2020-07-07 2020-11-27 上海工程技术大学 一种基于激光冲击强化和激光增减材进行复合制造的装置
CN111992712A (zh) * 2020-07-07 2020-11-27 上海工程技术大学 一种基于激光技术进行复合制造的装置
CN112809398A (zh) * 2020-08-18 2021-05-18 连灿鑫 增减材复合加工中心
CN112809022A (zh) * 2020-12-23 2021-05-18 中南大学 一种增材制备金属产品的新方法
CN113714520A (zh) * 2021-09-02 2021-11-30 宁波大学 一种成型金属零件的3d打印设备及方法
WO2022041354A1 (zh) * 2020-08-24 2022-03-03 江苏大学 一种增减材制造装置及其增减材复合制造方法
CN115090900A (zh) * 2022-08-04 2022-09-23 湖南大学 一种双光束激光选区熔化成型装置及方法
WO2023039477A1 (en) * 2021-09-08 2023-03-16 Lsp Technologies, Inc. An integrated system and method for in-situ laser peening of a three-dimensional printed part

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2873620A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-20 Airbus Operations GmbH Repair method for fuselage components of aircraft or spacecraft
CN105127755A (zh) * 2015-09-06 2015-12-09 北京航空航天大学 一种工件的成型与强化的复合加工装置及方法
CN106825574A (zh) * 2017-04-18 2017-06-13 广东工业大学 一种金属梯度材料激光冲击锻打复合增材制造方法及装置
CN107138728A (zh) * 2017-05-27 2017-09-08 广东工业大学 一种复杂结构的增材制造方法及增材制造系统
CN107252893A (zh) * 2017-06-30 2017-10-17 英诺激光科技股份有限公司 一种金属工件的激光3d打印方法及其系统
CN107262713A (zh) * 2017-05-08 2017-10-20 广东工业大学 一种光内同轴送粉激光冲击锻打复合加工成形装置及方法
CN107378251A (zh) * 2017-05-31 2017-11-24 广东工业大学 一种大型金属零件的去应力激光冲击锻打表面修复方法与装置
CN108817671A (zh) * 2018-07-06 2018-11-16 广东工业大学 丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置
CN109226760A (zh) * 2018-10-30 2019-01-18 西安交通大学 一种金属材料增材制造装置及方法
CN109402372A (zh) * 2018-08-29 2019-03-01 中国人民解放军空军工程大学 一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法
CN109434110A (zh) * 2018-12-26 2019-03-08 合肥华脉激光科技有限公司 一种等离子熔覆与激光锻打复合增减材制造方法及装置
CN109926584A (zh) * 2019-03-06 2019-06-25 上海工程技术大学 一种增材制造和表面抛光同步加工方法及装置
CN110116207A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 中国航发北京航空材料研究院 激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法
CN110539080A (zh) * 2019-09-29 2019-12-06 华南理工大学 双机械臂激光-等离子复合铣削增减材制造设备与方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2873620A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-20 Airbus Operations GmbH Repair method for fuselage components of aircraft or spacecraft
CN105127755A (zh) * 2015-09-06 2015-12-09 北京航空航天大学 一种工件的成型与强化的复合加工装置及方法
CN106825574A (zh) * 2017-04-18 2017-06-13 广东工业大学 一种金属梯度材料激光冲击锻打复合增材制造方法及装置
CN107262713A (zh) * 2017-05-08 2017-10-20 广东工业大学 一种光内同轴送粉激光冲击锻打复合加工成形装置及方法
CN107138728A (zh) * 2017-05-27 2017-09-08 广东工业大学 一种复杂结构的增材制造方法及增材制造系统
CN107378251A (zh) * 2017-05-31 2017-11-24 广东工业大学 一种大型金属零件的去应力激光冲击锻打表面修复方法与装置
CN107252893A (zh) * 2017-06-30 2017-10-17 英诺激光科技股份有限公司 一种金属工件的激光3d打印方法及其系统
CN108817671A (zh) * 2018-07-06 2018-11-16 广东工业大学 丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置
CN109402372A (zh) * 2018-08-29 2019-03-01 中国人民解放军空军工程大学 一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法
CN109226760A (zh) * 2018-10-30 2019-01-18 西安交通大学 一种金属材料增材制造装置及方法
CN109434110A (zh) * 2018-12-26 2019-03-08 合肥华脉激光科技有限公司 一种等离子熔覆与激光锻打复合增减材制造方法及装置
CN109926584A (zh) * 2019-03-06 2019-06-25 上海工程技术大学 一种增材制造和表面抛光同步加工方法及装置
CN110116207A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 中国航发北京航空材料研究院 激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法
CN110539080A (zh) * 2019-09-29 2019-12-06 华南理工大学 双机械臂激光-等离子复合铣削增减材制造设备与方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111992879A (zh) * 2020-07-07 2020-11-27 上海工程技术大学 一种基于激光冲击强化和激光增减材进行复合制造的装置
CN111992712A (zh) * 2020-07-07 2020-11-27 上海工程技术大学 一种基于激光技术进行复合制造的装置
CN112809398A (zh) * 2020-08-18 2021-05-18 连灿鑫 增减材复合加工中心
WO2022041354A1 (zh) * 2020-08-24 2022-03-03 江苏大学 一种增减材制造装置及其增减材复合制造方法
GB2601455A (en) * 2020-08-24 2022-06-01 Univ Jiangsu Additive and subtractive manufacturing device and additive and subtractive composite manufacturing method
GB2601455B (en) * 2020-08-24 2022-10-12 Univ Jiangsu Device for additive and subtractive manufacturing, and methof for additive and subtractive composite manufacturing using same
CN112809022A (zh) * 2020-12-23 2021-05-18 中南大学 一种增材制备金属产品的新方法
CN113714520A (zh) * 2021-09-02 2021-11-30 宁波大学 一种成型金属零件的3d打印设备及方法
WO2023039477A1 (en) * 2021-09-08 2023-03-16 Lsp Technologies, Inc. An integrated system and method for in-situ laser peening of a three-dimensional printed part
CN115090900A (zh) * 2022-08-04 2022-09-23 湖南大学 一种双光束激光选区熔化成型装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110976869A (zh) 一种零件增材复合制造装置及方法
CN109746441B (zh) 一种激光冲击强化辅助的激光增材制造复合加工方法
CN201300207Y (zh) 一种金属零件选区激光熔化快速成型设备
EP3229994B1 (en) Additive manufacturing and integrated impact post-treatment
Bordatchev et al. Performance of laser polishing in finishing of metallic surfaces
Wang et al. Research on the fabricating quality optimization of the overhanging surface in SLM process
WO2019000523A1 (zh) 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置
CN109202082B (zh) 增材、等材、减材复合金属3d激光成形装置及其方法
CN107475709A (zh) 双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法
CN107186214A (zh) 一种激光热力逐层交互增材制造的组合装置
CN102179517A (zh) 一种激光感应复合熔化直接成形方法及装置
CN110744172B (zh) 电弧增材限行程高频微锻冲击强化锻造头、装置及方法
CN109226755B (zh) 提高增材构件沉积层间结合强度的增材制造装置和方法
CN109926584A (zh) 一种增材制造和表面抛光同步加工方法及装置
CN111957968A (zh) 一种复合增减材加工成形装置及方法
CN111992879A (zh) 一种基于激光冲击强化和激光增减材进行复合制造的装置
CN106271493A (zh) 一种激光预制微织构辅助超声铣削工艺方法及加工系统
CN111558810A (zh) 一种增减材和激光冲击强化复合的金属丝材增材制造工艺
CN106903314A (zh) 超声选区叠层增材制造装置及方法
CN104972124A (zh) 基于飞秒激光复合技术的实时监控快速成型设备和方法
CN104550952A (zh) 一种激光快速打印水泵壳体的装置及方法
CN110714199A (zh) 一种用于3d打印搭接电子束制备涂层的方法
CN107855522A (zh) 一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法
CN112663043A (zh) 一种超声喷丸辅助激光增材修复装置及其修复方法
CN113977074A (zh) 一种超快与连续激光增减材及激光强化制备装置与方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200410

RJ01 Rejection of invention patent application after publication