CN114029696A - 精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法及系统,属于增材制造技术领域,其方法包括以下步骤:三维模型输入;减材加工;模型切片处理;对失效零件的激光切割区域逐层进行3D打印增材修复;在进行3D打印增材修复的同时进行激光微锻加工;判断熔覆层表面及内部是否存在缺陷;若判断熔覆层存在缺陷,则对工艺参数进行优化;若判断熔覆层不存在缺陷,则继续进行下一层熔覆层的加工。通过3D打印头输出的激光束与激光微锻头输出的激光束始终聚焦在熔池区域上,采用低能量进行激光微锻,熔池内的液体不会发生飞溅,利用光电信号检测装置实时检测内部缺陷,及时调整相关参数并消除熔覆层的气孔、微裂纹等内部缺陷,降低残余应力。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法及系统。
背景技术
在现代工业领域,遍布存在着各种样式的精密零件,如航空发动机叶片、高铁导轨、液压柱塞杆、发动机曲轴、凸轮、齿轮等。然而在零件生产过程中误加工,或者在长期使用过程中表面产生轻微失效,其结构性能和表面质量遭到破坏,无法满足使用要求,致使其不能继续服役而直接报废,造成了不可估计的经济损失。因此,在精密零件未达到完全失效的情况下,急需修复工艺对其表面进行修复。
激光增材制造技术因具有使用的材料广泛,能够维持可焊接性差的材料,具有自动化程度高、热应力小、变形小的优点,为零件的修复提供了新的解决方案。然而在激光增材制造修复前需要去除修复件中的裂纹和缺陷,并且增材制造修复过程中修复质量需要精准把控。为保证零件形状的修复精度和表面质量,中国专利CN110640146B公布了一种零件表面缺损区域模块化增减材复合修复方法,通过对零件表面缺损区域进行三维扫描,获得缺损区域的特征参数,根据特征参数选取相应的几何模块,利用球头铣刀对缺损区域进行模块化铣削减材加工,获得规则的待修复区域,利用激光熔覆技术对待修复区进行增材修复,并对修复完成后的表面进行精密铣削加工。其存在的问题是采用数控铣削减材加工不够灵活,难以实现精密复杂零件微小区域的精准减材加工。其次,未考虑微小区域激光熔覆时熔覆层内部的空洞、缩松、微裂纹等激光熔覆常见内部缺陷。中国专利CN109746616A公布了一种同轴送粉与激光锻打复合增减材制造方法及装置,基于零件三维模型,切片和规划路径后,熔覆机器人采用连续激光冲击进行零件分层成形,锻打机器人采用短脉冲对处于锻打温度范围内的熔覆区进行激光锻打,铣削系统对熔覆区进行铣削,两束激光系统和铣削系统通过实时反馈的数据相互耦合影响,得到精度高且几乎没有内部缺陷的零件。其存在的问题是对于精密零件微小失效区域进行激光增材制造时,激光锻打只能作用于凝固后的固态金属,不利于熔覆区的成形和高效的缺陷消除,且能耗大。其次,等离子声波传感器监控锻打成形时,易受到周围环境噪音的影响,特别是声波信号的传递存在一定的延迟现象,难以精准定位缺陷位置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法及系统,以解决上述背景技术中的一个或多个技术问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,该方法包括以下步骤:
步骤S1:三维模型输入:对完整零件以及失效零件分别进行扫描分析,确定对失效部位切割的激光切割区域;
步骤S2:减材加工:采用飞秒激光切割手对激光切割区域进行切割;
步骤S3:模型切片处理:对失效零件的激光切割区域进行分单元和分层切片处理,并生成加工路径,所述加工路径包括3D打印装置加工路径、激光微锻装置加工路径以及飞秒激光切割装置加工路径;
步骤S4:根据步骤S3生成的加工路径设定加工参数,提取所述加工参数以及所述加工路径;
步骤S5:根据步骤S3设定的3D打印装置加工路径指示,对失效零件的激光切割区域逐层进行3D打印增材修复;在进行3D打印增材修复的同时,按照步骤S3设定的激光微锻装置加工路径对熔池进行激光微锻加工;
步骤S6:当3D打印增材修复与激光微锻复合加工每完成一层熔覆层的熔覆时,实时采集所形成的熔覆层内部的光信号,并判断熔覆层表面及内部是否存在缺陷;
若判断熔覆层存在缺陷,则对工艺参数进行优化,并将该熔覆层设定为激光切割区域,返回重新执行步骤S2-S5;
若判断熔覆层不存在缺陷,则继续进行下一层熔覆层的加工,直到在失效零件上形成增材成形模型后,执行步骤S7;
步骤S7:扫描增材成形模型,与完整零件进行对比,确定飞秒激光切割机械手余量切削加工路径,对增材成形模型表面的余量进行减材加工;
步骤S8:判断增材成形模型高度是否满足加工余量,
若满足加工余量的要求,对零件增材成形模型进行打磨抛光;
若未满足加工余量的要求,则返回步骤S7继续进行激光切割。
优选的,步骤S1的具体步骤为:通过夹具将失效零件装夹在倾斜回转平台上,利用结构光扫描仪分别对完整零件以及失效零件扫描分析,将扫描结果生成三维模型,对比分析两个三维模型,判断失效零件的失效部位尺寸大小,确定激光切割区域。
优选的,步骤S5中,3D打印增材修复采用倾斜方式加工,激光微锻加工采用垂直方式加工,通过控制3D打印装置输出的激光束与激光微锻装置输出的激光束始终聚焦在熔池区域,并实时监控3D打印熔覆区域液态温度,当监测到液态温度低于设定的激光微锻工作温度时,控制激光微锻装置停止动作。
优选的,所述3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置互为独立,3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置均设有内导光装置的机械手。
优选的,步骤S4中,所述加工参数包括:3D打印激光功率为100~3000W,粉末类型为金属或金属化合物的金属基粉末,粉末颗粒为-100目~+200目,送粉速率为5~15g/min,喷头移动扫描速度为1~15mm/s,激光工作频率为100KHz~10MHz。
优选的,步骤S6中,所述激光微锻加工是对精密零件微小失效区域增材熔覆区进行低能量激光冲击锻打,所述激光微锻装置的激光能量设定为500mJ~1J。
本发明还提供一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,包括激光发生模块和增减材制造模块;所述激光发生模块包括计算机、总控制器和激光发生装置;所述增减材制造模块包括3D打印装置、激光微锻装置、激光切割装置以及倾斜回转平台;
所述计算机依次与所述总控制器和所述激光发生装置电连接,所述激光发生装置分别与所述3D打印装置的控制端、所述激光微锻装置的控制端、所述激光切割装置的控制端电连接;
所述倾斜回转平台用于装夹零件;所述3D打印装置用于对待修复零件进行3D打印;所述激光微锻装置用于对待修复零件进行激光微锻复合增材修复;所述激光切割装置用于对待修复零件进行激光切割。
优选的,还包括辅助加工模块,所述辅助加工模块包括辅助气体装置和防护装置;所述辅助气体装置用于提供保护气体和清除增材制造过程中产生的金属烟尘,所述防护装置用于对加工位置起到隔离、遮挡的作用。
优选的,还包括自动监测模块,所述自动监测模块包括结构光扫描仪、红外热像仪和光电信号检测装置;
所述结构光扫描仪具有三自由度,用于对零件进行扫描分析;
所述红外热像仪用于在线监测成形3D打印熔覆区域熔池液体的温度,并实时反馈至激光微锻装置;
所述光电信号检测装置用于在线探测熔覆层内部缺陷和表面缺陷特征,并将数据参数实时反馈至3D打印装置和激光微锻装置。
优选的,所述3D打印装置包括3D打印激光控制单元、3D打印激光功率调节单元、光粉同轴送粉单元、3D打印机械手以及3D打印头;所述3D打印激光控制单元与所述激光发生装置电连接,所述3D打印激光功率调节单元分别与所述打印激光控制单元以及所述3D打印机械手的控制端连接,所述3D打印头设在所述3D打印机械手的活动端,所述光粉同轴送粉单元的控制端与所述计算机电连接,所述光粉同轴送粉单元的出粉端与所述3D打印头相连通;
所述激光微锻装置包括激光微锻控制单元、激光微锻功率调节单元、激光微锻机械手以及激光微锻头,所述激光微锻控制单元分别与所述激光发生装置以及激光微锻功率调节单元电连接,所述激光微锻机械手的控制端与所述激光微锻功率调节单元电连接,所述激光微锻头安装在激光微锻机械手的活动端;
所述激光切割装置分别包括飞秒激光切割控制单元、飞秒激光切割功率调节单元、飞秒激光切割机械手和飞秒激光切割头;所述飞秒激光切割控制单元分别与所述激光发生装置以及所述飞秒激光切割功率调节单元电连接,所述飞秒激光切割机械手的控制端与所述飞秒激光切割功率调节单元电连接,所述飞秒激光切割头安装在飞秒激光切割机械手的活动端。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明通过三维扫描确定零件失效部位,并实施精准切割,在切割区域进行3D打印,为了使熔池内的液体凝固后表面平整,3D打印头输出的激光束与激光微锻头输出的激光束始终聚焦在熔池区域的一点上,通过红外热像仪实时捕捉适合激光微锻工作的熔池温度,采用低能量进行激光微锻,熔池内的液体不会发生飞溅,利用光电信号检测装置实时检测内部缺陷,及时调整相关参数并消除熔覆层的气孔、微裂纹等内部缺陷,并降低残余应力,既保证了精密零件的修复质量,同时满足便捷修复,制造成本低,能耗低的要求。
本发明的还有以下优点:采用飞秒激光切割单元对精密零件微小区域切割,避免了切割产生的热效应给精密零件带来不利的影响,由于激光微锻所需的能量较低,光电信号检测系装置通过检测传感器对3D打印和激光微锻复合增材区的有效光信号进行实时采集并转换成电信号,经电信号放大器和信号处理器处理后自动识别出缺陷位置和大小,并将数据反馈给激光功率调节装置,实现工艺参数的自动补偿。
附图说明
附图对本发明做进一步说明,但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明所提供的精密零件的激光切割与激光微锻复合增减材修复方法的流程图;
图2是本发明所提供的精密零件的激光切割与激光微锻复合增减材修复方法的修复过程示意图;
图3是图2是本发明所提供的精密零件的激光切割与激光微锻复合增减材修复装置的结构示意图。
其中:1-计算机,2-总控制器,3-激光发生装置,4-3D打印激光控制单元,5-3D打印激光功率调节单元,6-3D打印机械手,7-3D打印头,8-激光微锻控制单元,9-激光微锻功率调节单元,10-激光微锻机械手,11-激光微锻头,12-信号处理器,13-电信号放大器,14-检测传感器,15-光电探测器,16-飞秒激光切割控制单元,17-飞秒激光切割功率调节单元,18-飞秒激光切割机械手,19-飞秒激光切割头,20-CCD相机,21-投影镜头,22-自动化检测装置,23-倾斜回转平台,24-倾斜回转平台电机,25-辅助气体装置,26-光粉同轴送粉单元,27-红外热像仪,28-防护装置,29-激光微锻激光束,30-熔池,31-失效零件,32-金属粉末,33-3D打印激光束。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,参考附图1,该方法包括以下步骤:
步骤S1:三维模型输入:将失效零件31装夹在倾斜回转平台23上,对完整零件以及失效零件31分别进行扫描分析,确定对失效部位切割的激光切割区域;
步骤S2:减材加工:采用飞秒激光切割手配合倾斜回转平台23对激光切割区域进行精准快速切割,有效减少激光切割由热效应所衍生的不良加工效果,从而满足精密零件修复高标准;
步骤S3:模型切片处理:根据切割区域的零件形状,结合零件的几何特点,对失效零件31的激光切割区域进行分单元和分层切片处理,并生成加工路径,加工路径包括3D打印装置加工路径、激光微锻装置加工路径以及飞秒激光切割装置加工路径;
步骤S4:根据步骤S3生成的加工路径设定加工参数,提取加工参数以及加工路径,生成数控加工代码存储至计算机1中;
步骤S5:计算机1根据步骤S3设定的3D打印装置加工路径指示,3D打印装置开始送金属粉末32,配合倾斜回转平台23,倾斜回转平台23在倾斜回转平台电机24的驱动下旋转,通过3D打印激光束33对失效零件31的激光切割区域逐层进行3D打印增材修复;增材修复成形部位应高出零件表面1~20mm,以便为后续激光切割和打磨抛光留有余量。
在进行3D打印增材修复的同时,按照步骤S3设定的激光微锻装置加工路径通过激光微锻激光束29对熔池30进行激光微锻加工;
步骤S6:当3D打印增材修复与激光微锻复合加工每完成一层熔覆层的熔覆时,光电信号检测系统通过光电探测器15在线实时采集激光微锻后熔覆层内部的光信号,并通过检测传感器14、电信号放大器13和信号处理器12将采集的数据存储至计算机1中,计算机1软件通过对信号的周期、频率和振幅波动情况判断熔覆层表面及内部是否存在缺陷;
若判断熔覆层存在缺陷,计算机1将会对工艺参数进行优化,并将该熔覆层设定为激光切割区域,返回重新执行步骤S2-S5,从而将有缺陷的结构切除,重新进行加工;
若判断熔覆层不存在缺陷,则继续进行下一层熔覆层的加工,直到在失效零件31上形成增材成形模型后,执行步骤S7;
步骤S7:将增材制造成形的模型经过扫描后录入计算机1中,通过对比计算机1中完整模型,确定飞秒激光切割机械手18余量切削加工路径,并生成代码,高出增材成形模型表面的余量进行减材加工;
步骤S8:判断增材成形模型高度是否满足加工余量,
若满足加工余量的要求,对零件增材成形模型进行打磨抛光;
若未满足加工余量的要求,则返回步骤S7继续进行激光切割。从而确保精密零件的表面质量和精度。
激光微锻的优势在于仅需要提供低能量就能实现对微小区域增材修复,且熔池30内的液体不会发生飞溅,加工区域相应变大,便于成形。此外,提供低能量所需的激光器体积不需要太大,制造成本低,耗能低,能供适用于不同工况下的便携加工;
优选的,步骤S1的具体步骤为:通过夹具将失效零件31装夹在倾斜回转平台23上,利用结构光扫描仪分别对完整零件以及失效零件31扫描分析,将扫描结果生成三维模型,对比分析两个三维模型,判断失效零件31的失效部位尺寸大小,确定激光切割区域。
步骤S1中,三维模型是扫描传入至CAD软件中,并在CAD软件中对三维模型进行对比分析和分层切片处理;结构光扫描仪的检测精度≤50μm,以满足零件加工的精度要求。
优选的,步骤S5中,3D打印增材修复采用倾斜方式加工,激光微锻加工采用垂直方式加工,通过控制3D打印装置输出的激光束与激光微锻装置输出的激光束始终聚焦在熔池30区域,并实时监控3D打印熔覆区域液态温度,当监测到液态温度低于设定的激光微锻工作温度时,控制激光微锻装置停止动作。3D打印与激光微锻复合加工时,为了使熔池30内的液体凝固后表面平整,3D打印采用倾斜方式加工,激光微锻采用垂直方式加工,通过计算机1控制3D打印头7输出的激光束与激光微锻头11输出的激光束始终聚焦在熔池30区域,采用红外热像仪27实时监控3D打印熔覆区域液态温度,并将监测的液态温度实时反馈给计算机1进行评估,一旦监测到液态温度低于设定的激光微锻工作温度时,计算机1控制激光微锻系统停止动作。
优选地,步骤S3中,3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置互为独立,3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置均设有内导光装置的机械手。将激光发射器、激光束传输和导向集成设置在中空机械手内,实现激光在机械手内部的传输,随机械手的摆动激光束均能灵活传输到机械手头部从而进行多自由度的加工动作。
优选地,步骤S4中,加工参数包括:3D打印激光功率100~3000W可调,粉末类型为金属或金属化合物的金属基粉末,粉末颗粒为-100目~+200目,送粉速率为5~15g/min,喷头移动扫描速度为1~15mm/s,激光工作频率为100KHz~10MHz。
优选地,步骤S6中,激光微锻加工是对精密零件微小失效区域增材熔覆区进行低能量激光冲击锻打,即在熔覆区熔池30还未凝固前的液态情形,通过低能量的激光锻打搅拌控制微小区域实现增材修复,引入残余压应力消除熔覆区空洞、缩松、微裂纹等内部缺陷,使其内部晶粒细化,达到节能、高效、高强度、低缺陷修复。激光微锻系统激光能量设定在500mJ~1J可调。
实施例2
一种精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,包括激光发生模块和增减材制造模块;激光发生模块包括计算机1、总控制器2和激光发生装置3;增减材制造模块包括3D打印装置、激光微锻装置、激光切割装置以及倾斜回转平台23;
计算机1依次与总控制器2和激光发生装置3电连接,激光发生装置3分别与3D打印装置的控制端、激光微锻装置的控制端、激光切割装置的控制端电连接;
倾斜回转平台23用于装夹零件;3D打印装置用于对待修复零件进行3D打印;激光微锻装置用于对待修复零件进行激光微锻复合增材修复;激光切割装置用于对待修复零件进行激光切割。
优选的,还包括辅助加工模块,辅助加工模块包括辅助气体装置25和防护装置28;辅助气体装置25用于提供保护气体和清除增材制造过程中产生的金属烟尘,防护装置28用于对加工位置起到隔离、遮挡的作用。
优选的,还包括自动监测模块,自动监测模块包括结构光扫描仪、红外热像仪27和光电信号检测装置;
结构光扫描仪具有三自由度,用于对零件进行扫描分析。结构光扫描仪包括两台左右设置的CCD相机20、设在两台CCD相机之间的中间位置的投影镜头21以及三自由度的自动化检测装置22,且与计算机1连接;
红外热像仪27用于在线监测成形3D打印熔覆区域熔池30液体的温度,并实时反馈至激光微锻装置;
光电信号检测装置用于在线探测熔覆层内部缺陷和表面缺陷特征,并将数据参数实时反馈至3D打印装置和激光微锻装置。光电信号检测系统包括光电探测器15、检测传感器14、电信号放大器13和信号处理器12;光电信号检测系统包括光电探测器15、检测传感器14、电信号放大器13和信号处理器12,且依次与计算机1连接。
优选的,3D打印装置包括3D打印激光控制单元4、3D打印激光功率调节单元5、光粉同轴送粉单元26、3D打印机械手6以及3D打印头7;3D打印激光控制单元4与激光发生装置3电连接,3D打印激光功率调节单元5分别与打印激光控制单元以及3D打印机械手6的控制端连接,3D打印头7设在3D打印机械手6的活动端,光粉同轴送粉单元26的控制端与计算机1电连接,光粉同轴送粉单元26的出粉端与3D打印头7相连通;
激光微锻装置包括激光微锻控制单元8、激光微锻功率调节单元9、激光微锻机械手10以及激光微锻头11,激光微锻控制单元8分别与激光发生装置3以及激光微锻功率调节单元9电连接,激光微锻机械手10的控制端与激光微锻功率调节单元9电连接,激光微锻头11安装在激光微锻机械手10的活动端;
激光切割装置分别包括飞秒激光切割控制单元16、飞秒激光切割功率调节单元17、飞秒激光切割机械手18和飞秒激光切割头19;飞秒激光切割控制单元16分别与激光发生装置3以及飞秒激光切割功率调节单元17电连接,飞秒激光切割机械手18的控制端与飞秒激光切割功率调节单元17电连接,飞秒激光切割头19安装在飞秒激光切割机械手18的活动端。
采用飞秒激光切割单元对精密零件微小区域切割,避免了切割产生的热效应给精密零件带来不利的影响,由于激光微锻所需的能量较低,光电信号检测系装置通过检测传感器对3D打印和激光微锻复合增材区的有效光信号进行实时采集并转换成电信号,经电信号放大器和信号处理器处理后自动识别出缺陷位置和大小,并将数据反馈给激光功率调节装置,实现工艺参数的自动补偿。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理,而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤S1:三维模型输入:对完整零件以及失效零件分别进行扫描分析,确定对失效部位切割的激光切割区域;
步骤S2:减材加工:采用飞秒激光切割手对激光切割区域进行切割;
步骤S3:模型切片处理:对失效零件的激光切割区域进行分单元和分层切片处理,并生成加工路径,所述加工路径包括3D打印装置加工路径、激光微锻装置加工路径以及飞秒激光切割装置加工路径;
步骤S4:根据步骤S3生成的加工路径设定加工参数,提取所述加工参数以及所述加工路径;
步骤S5:根据步骤S3设定的3D打印装置加工路径指示,对失效零件的激光切割区域逐层进行3D打印增材修复;在进行3D打印增材修复的同时,按照步骤S3设定的激光微锻装置加工路径对熔池进行激光微锻加工;
步骤S6:当3D打印增材修复与激光微锻复合加工每完成一层熔覆层的熔覆时,实时采集所形成的熔覆层内部的光信号,并判断熔覆层表面及内部是否存在缺陷;
若判断熔覆层存在缺陷,则对工艺参数进行优化,并将该熔覆层设定为激光切割区域,返回重新执行步骤S2-S5;
若判断熔覆层不存在缺陷,则继续进行下一层熔覆层的加工,直到在失效零件上形成增材成形模型后,执行步骤S7;
步骤S7:扫描增材成形模型,与完整零件进行对比,确定飞秒激光切割机械手余量切削加工路径,对增材成形模型表面的余量进行减材加工;
步骤S8:判断增材成形模型高度是否满足加工余量,
若满足加工余量的要求,对零件增材成形模型进行打磨抛光;
若未满足加工余量的要求,则返回步骤S7继续进行激光切割。
2.根据权利要求1所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,步骤S1的具体步骤为:通过夹具将失效零件装夹在倾斜回转平台上,利用结构光扫描仪分别对完整零件以及失效零件扫描分析,将扫描结果生成三维模型,对比分析两个三维模型,判断失效零件的失效部位尺寸大小,确定激光切割区域。
3.根据权利要求1所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,步骤S5中,3D打印增材修复采用倾斜方式加工,激光微锻加工采用垂直方式加工,通过控制3D打印装置输出的激光束与激光微锻装置输出的激光束始终聚焦在熔池区域,并实时监控3D打印熔覆区域液态温度,当监测到液态温度低于设定的激光微锻工作温度时,控制激光微锻装置停止动作。
4.根据权利要求1所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,所述3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置互为独立,3D打印装置、激光微锻装置以及激光切割装置均设有内导光装置的机械手。
5.根据权利要求1所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,步骤S4中,所述加工参数包括:3D打印激光功率为100~3000W,粉末类型为金属或金属化合物的金属基粉末,粉末颗粒为-100目~+200目,送粉速率为5~15g/min,喷头移动扫描速度为1~15mm/s,激光工作频率为100KHz~10MHz。
6.根据权利要求1所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复方法,其特征在于,步骤S6中,所述激光微锻加工是对精密零件微小失效区域增材熔覆区进行低能量激光冲击锻打,所述激光微锻装置的激光能量设定为500mJ~1J。
7.精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,其特征在于,包括激光发生模块和增减材制造模块;所述激光发生模块包括计算机、总控制器和激光发生装置;所述增减材制造模块包括3D打印装置、激光微锻装置、激光切割装置以及倾斜回转平台;
所述计算机依次与所述总控制器和所述激光发生装置电连接,所述激光发生装置分别与所述3D打印装置的控制端、所述激光微锻装置的控制端、所述激光切割装置的控制端电连接;
所述倾斜回转平台用于装夹零件;所述3D打印装置用于对待修复零件进行3D打印;所述激光微锻装置用于对待修复零件进行激光微锻复合增材修复;所述激光切割装置用于对待修复零件进行激光切割。
8.根据权利要求7所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,其特征在于,还包括辅助加工模块,所述辅助加工模块包括辅助气体装置和防护装置;所述辅助气体装置用于提供保护气体和清除增材制造过程中产生的金属烟尘,所述防护装置用于对加工位置起到隔离、遮挡的作用。
9.根据权利要求7所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,其特征在于,还包括自动监测模块,所述自动监测模块包括结构光扫描仪、红外热像仪和光电信号检测装置;
所述结构光扫描仪具有三自由度,用于对零件进行扫描分析;
所述红外热像仪用于在线监测成形3D打印熔覆区域熔池液体的温度,并实时反馈至激光微锻装置;
所述光电信号检测装置用于在线探测熔覆层内部缺陷和表面缺陷特征,并将数据参数实时反馈至3D打印装置和激光微锻装置。
10.根据权利要求7所述的精密零件激光切割与激光微锻复合增减材修复系统,其特征在于,所述3D打印装置包括3D打印激光控制单元、3D打印激光功率调节单元、光粉同轴送粉单元、3D打印机械手以及3D打印头;所述3D打印激光控制单元与所述激光发生装置电连接,所述3D打印激光功率调节单元分别与所述打印激光控制单元以及所述3D打印机械手的控制端连接,所述3D打印头设在所述3D打印机械手的活动端,所述光粉同轴送粉单元的控制端与所述计算机电连接,所述光粉同轴送粉单元的出粉端与所述3D打印头相连通;
所述激光微锻装置包括激光微锻控制单元、激光微锻功率调节单元、激光微锻机械手以及激光微锻头,所述激光微锻控制单元分别与所述激光发生装置以及激光微锻功率调节单元电连接,所述激光微锻机械手的控制端与所述激光微锻功率调节单元电连接,所述激光微锻头安装在激光微锻机械手的活动端;
所述激光切割装置分别包括飞秒激光切割控制单元、飞秒激光切割功率调节单元、飞秒激光切割机械手和飞秒激光切割头;所述飞秒激光切割控制单元分别与所述激光发生装置以及所述飞秒激光切割功率调节单元电连接,所述飞秒激光切割机械手的控制端与所述飞秒激光切割功率调节单元电连接,所述飞秒激光切割头安装在飞秒激光切割机械手的活动端。
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