CN114669957B - 一种基于飞秒激光复合的高性能增材3d打印方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印装置，包括底座，所述底座上侧设有顶板，所述顶板和底座之间通过多个支撑杆固定连接设置，所述顶板下侧固定连接设有控制中心，所述控制中心的下侧固定连接设有控制杆，所述控制杆的下侧设有加工槽，所述加工槽内底部固定连接设有飞秒激光发射器，所述控制杆两侧对称设有两个管道，两个所述管道位于加工槽的两侧和加工槽相通设置，两个所述管道的另一端固定连接设有软管，所述顶板上侧对称固定连接设有两个存放箱。本发明提出飞秒激光冲击与激光熔覆在同步复合修复的创新构思，调控修复区和热影响区组织和应力状态，实现叶片叶身缺口损伤修复，疲劳性能达到锻件水平。

Description

一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置。
背景技术
在对涡扇发动机钛合金风扇压气机叶片硬物打伤事故及修理方法调研统计中，几乎所有批次航空发动机钛合金风扇压气机叶片都会产生硬物打伤，因此，需要对其发动机叶片进行修复操作，为保证飞行安全更换新叶片为最主要修复方法，占比60％以上，但是现阶段方法已远不能满足使用需求，主要是一个叶片损伤大概率会导致整个叶盘都要报废更换，经济难以承受，且战时条件叶盘更换难度大，周期长，难以遂行作战任务，因此，想到利用3D打印技术，完成对叶片的修复操作，但是，目前3D打印技术存在的问题有：金属部件在3D打印过程中，由于极高的热量输入，容易导致材料晶粒粗大，并且内部存在较大的残余拉应力，使得3D打印的金属部件的疲劳性能通常达不到锻造的水平，不能满足服役的需求，因此，提供一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：现有3D打印技术修复后的发动机叶片不能满足应有的服役需求，而提出的一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印装置，包括底座，所述底座上侧设有顶板，所述顶板和底座之间通过多个支撑杆固定连接设置，所述顶板下侧固定连接设有控制中心，所述控制中心的下侧固定连接设有控制杆，所述控制杆的下侧设有加工槽，所述加工槽内底部固定连接设有飞秒激光发射器，所述控制杆两侧对称设有两个管道，两个所述管道位于加工槽的两侧和加工槽相通设置，两个所述管道的另一端固定连接设有软管，所述顶板上侧对称固定连接设有两个存放箱，两个所述存放箱开口向上设置，两个所述软管的另一侧贯穿于存放箱的底部和存放箱相通设置，两个所述软管位于控制杆的外侧匹配安装设有调控阀，所述底座上侧对称设有两个控制板，两个所述控制板位于顶板的下侧设置，两个所述控制板靠近对方的一侧固定连接设有圆台，其中一个所述圆台上侧固定连接设有螺纹杆，另外一个所述圆台下侧设有螺纹槽，所述螺纹杆贯穿于螺纹槽和螺纹槽螺纹连接设置，两个所述圆台远离对方的一侧固定连接设有转动板，所述底座上侧设有转动板的卡位固定装置。
优选地，所述卡位固定装置包括在转动杆两侧对称固定连接设置的两个卡杆，所述底座上侧设有转动槽，所述转动槽内对称设有两个夹板，两个所述夹板靠近对方的一侧设有卡槽，所述卡杆和卡槽匹配对应设置，两个所述夹板远离对方的一侧固定连接设有第二弹簧，所述第二弹簧的另一侧和转动槽固定连接设置，两个所述夹板远离对方的一侧固定连接设有第二连接线，所述第二连接线贯穿于转动槽设置，所述底座的外右侧设有移动板，所述第二连接线的另一侧和移动板固定连接设置。
优选地，所述转动槽内对称设有两个滑槽，两个所述滑槽内滑动连接设有两个滑杆，两个所述滑杆贯穿于滑槽和夹板固定连接设置。
优选地，所述转动槽内滑动连接设有稳固板，所述稳固板位于两个夹板之间设置，所述稳固板的下侧固定连接设有第一弹簧，所述第一弹簧的另一侧和转动槽固定连接设置，所述稳固板的下侧固定连接设有第一连接线，所述第一连接线的另一侧贯穿于转动槽和移动板固定连接设置。
优选地，两个所述控制板上侧设有多个通风孔，多个所述通风孔贯穿于圆台设置。
一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法，包括以下步骤：
S1，首先将需要进行修复的发动机叶片放在底座的上侧，将两个控制板放在发动机叶片的两侧，并使控制板上的圆台插进发动机叶片内，转动下侧的转动板，转动板带动和自身固定连接的圆台以及和圆台固定连接的螺纹杆转动，螺纹杆进入螺纹槽内，继续转动转动板，直到发动机叶片和两个圆台之间紧密连接在一起为止；
S2，然后向右移动移动板，移动板通过第一连接线带动稳固板向下移动，稳固板压缩第一弹簧，且移动板还会通过第二连接线带动两个夹板向远离对方的方向移动，直到两个夹板之间的距离满足安装需要为止，将其中一个转动板放进转动槽内，并使卡杆和卡槽的位置相对，向下按压控制板整体，并松开移动板，在第一弹簧的作用下，稳固板向上移动和转动板相接触，在第二弹簧的作用下，两个夹板向靠近对方的方向移动，直到卡杆进入卡槽内为止，松开控制板，卡杆和卡槽之间紧密连接在一起，且第一弹簧处于被压缩的状态；
S3,向两个存放箱内加入需要用到的物料；
S4，启动控制中心，控制中心带动控制杆进行移动，启动飞秒激光发射器，打开并调整两个调控阀，两个存放箱内的物料通过软管和管道进入加工槽内，开始进行相应的打印修复操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、无需约束层和吸收保护层，真正意义实现了边熔覆边强化的同步加工；
2、激光熔覆(熔池、结晶、成形)不同阶段施加飞秒激光冲击波产生不同复合机理，有效调控熔覆区组织结构，形成超细晶组织、增强相、高密度位错及残余压应力，提高材料的力学性能；
3、激光熔覆的速率较快，激光冲击强化技术中的纳秒激光的重频只有几十赫兹，不能与熔覆激光束形成良好的同步加工，而飞秒激光的重频在千赫兹以上，完全可以实现同步追随。
4、激光冲击强化技术中由于激光的能量较高，因此无法实现柔性光路加工，而飞秒激光的能量通常在μJ量级，能量小，可采用振镜及柔性光路加工，可有效实现复杂部件的精细加工。
5、本装置中可以更好的完成对发动机叶片的夹持固定操作，稳固性更好，更加便于对其发动机叶片的修复操作
附图说明
图1为本发明提出的一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置的结构示意图；
图2为图1中A处的结构放大图；
图3为本发明提出的一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置中控制板的俯视连接示意图；
图4为本发明提出的一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法与装置中转动槽的俯视连接示意图。
图中：1底座、2顶板、3支撑杆、4控制中心、5控制杆、6加工槽、7飞秒激光发射器、8管道、9存放箱、10软管、11调控阀、12控制板、13移动板、14圆台、15螺纹杆、16螺纹槽、17转动板、18卡杆、19转动槽、20夹板、21卡槽、22稳固板、23第一弹簧、24第一连接线、25滑杆、26滑槽、27第二连接线、28第二弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-4，一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印装置，包括底座1，所述底座1上侧设有顶板2，所述顶板2和底座1之间通过多个支撑杆3固定连接设置，所述顶板2下侧固定连接设有控制中心4，所述控制中心4的下侧固定连接设有控制杆5，所述控制杆5的下侧设有加工槽6，所述加工槽6内底部固定连接设有飞秒激光发射器7，所述控制杆5两侧对称设有两个管道8，两个所述管道8位于加工槽6的两侧和加工槽6相通设置，两个所述管道8的另一端固定连接设有软管10，所述顶板2上侧对称固定连接设有两个存放箱9，两个所述存放箱9开口向上设置，两个所述软管10的另一侧贯穿于存放箱9的底部和存放箱9相通设置，两个所述软管10位于控制杆5的外侧匹配安装设有调控阀11，完成对两个软管10的开关以及流量大小控制操作，所述底座1上侧对称设有两个控制板12，两个所述控制板12位于顶板2的下侧设置，两个所述控制板12靠近对方的一侧固定连接设有圆台14，其中一个所述圆台14上侧固定连接设有螺纹杆15，另外一个所述圆台14下侧设有螺纹槽16，所述螺纹杆15贯穿于螺纹槽16和螺纹槽16螺纹连接设置，两个所述圆台14远离对方的一侧固定连接设有转动板17，所述底座1上侧设有转动板17的卡位固定装置，所述卡位固定装置包括在转动杆两侧对称固定连接设置的两个卡杆18，所述底座1上侧设有转动槽19，所述转动槽19内对称设有两个夹板20，两个所述夹板20靠近对方的一侧设有卡槽21，所述卡杆18和卡槽21匹配对应设置，两个所述夹板20远离对方的一侧固定连接设有第二弹簧28，所述第二弹簧28的另一侧和转动槽19固定连接设置，两个所述夹板20远离对方的一侧固定连接设有第二连接线27，所述第二连接线27贯穿于转动槽19设置，所述底座1的外右侧设有移动板13，所述第二连接线27的另一侧和移动板13固定连接设置，所述转动槽19内对称设有两个滑槽26，两个所述滑槽26内滑动连接设有两个滑杆25，两个所述滑杆25贯穿于滑槽26和夹板20固定连接设置，确定并限制夹板20的运动轨迹，所述转动槽19内滑动连接设有稳固板22，所述稳固板22位于两个夹板20之间设置，所述稳固板22的下侧固定连接设有第一弹簧23，所述第一弹簧23的另一侧和转动槽19固定连接设置，所述稳固板22的下侧固定连接设有第一连接线24，所述第一连接线24的另一侧贯穿于转动槽19和移动板13固定连接设置，使卡杆18和卡槽21之间连接的更加紧密，减少发动机叶片产生移动，为后续的打印修复操作提供便利，两个所述控制板12上侧设有多个通风孔，多个所述通风孔贯穿于圆台14设置，完成对发动机叶片的简单散热操作。
一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印方法，包括以下步骤：
S1，首先将需要进行修复的发动机叶片放在底座1的上侧，将两个控制板12放在发动机叶片的两侧，并使控制板12上的圆台14插进发动机叶片内，转动下侧的转动板17，转动板17带动和自身固定连接的圆台14以及和圆台14固定连接的螺纹杆15转动，螺纹杆15进入螺纹槽16内，继续转动转动板17，直到发动机叶片和两个圆台14之间紧密连接在一起为止；
S2，然后向右移动移动板13，移动板13通过第一连接线24带动稳固板22向下移动，稳固板22压缩第一弹簧23，且移动板13还会通过第二连接线27带动两个夹板20向远离对方的方向移动，直到两个夹板20之间的距离满足安装需要为止，将其中一个转动板17放进转动槽19内，并使卡杆18和卡槽21的位置相对，向下按压控制板12整体，并松开移动板13，在第一弹簧23的作用下，稳固板22向上移动和转动板17相接触，在第二弹簧28的作用下，两个夹板20向靠近对方的方向移动，直到卡杆18进入卡槽21内为止，松开控制板12，卡杆18和卡槽21之间紧密连接在一起，且第一弹簧23处于被压缩的状态；
S3,向两个存放箱9内加入需要用到的物料；
S4，启动控制中心4，控制中心4带动控制杆5进行移动，启动飞秒激光发射器7，打开并调整两个调控阀11，两个存放箱9内的物料通过软管10和管道8进入加工槽6内，开始进行相应的打印修复操作。
本发明中，首先将需要进行修复的发动机叶片放在底座1的上侧，将两个控制板12放在发动机叶片的两侧，并使控制板12上的圆台14插进发动机叶片内，转动下侧的转动板17，转动板17带动和自身固定连接的圆台14以及和圆台14固定连接的螺纹杆15转动，螺纹杆15进入螺纹槽16内，继续转动转动板17，直到发动机叶片和两个圆台14之间紧密连接在一起为止，向右移动移动板13，移动板13通过第一连接线24带动稳固板22向下移动，稳固板22压缩第一弹簧23，且移动板13还会通过第二连接线27带动两个夹板20向远离对方的方向移动，直到两个夹板20之间的距离满足安装需要为止，将其中一个转动板17放进转动槽19内，并使卡杆18和卡槽21的位置相对，向下按压控制板12整体，并松开移动板13，在第一弹簧23的作用下，稳固板22向上移动和转动板17相接触，在第二弹簧28的作用下，两个夹板20向靠近对方的方向移动，直到卡杆18进入卡槽21内为止，松开控制板12，卡杆18和卡槽21之间紧密连接在一起，且第一弹簧23处于被压缩的状态，向两个存放箱9内加入需要用到的物料，启动控制中心4，控制中心4带动控制杆5进行移动，启动飞秒激光发射器7，打开并调整两个调控阀11，两个存放箱9内的物料通过软管10和管道8进入加工槽6内，开始进行相应的打印修复操作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)上侧设有顶板(2)，所述顶板(2)和底座(1)之间通过多个支撑杆(3)固定连接设置，所述顶板(2)下侧固定连接设有控制中心(4)，所述控制中心(4)的下侧固定连接设有控制杆(5)，所述控制杆(5)的下侧设有加工槽(6)，所述加工槽(6)内底部固定连接设有飞秒激光发射器(7)，所述控制杆(5)两侧对称设有两个管道(8)，两个所述管道(8)位于加工槽(6)的两侧和加工槽(6)相通设置，两个所述管道(8)的另一端固定连接设有软管(10)，所述顶板(2)上侧对称固定连接设有两个存放箱(9)，两个所述存放箱(9)开口向上设置，两个所述软管(10)的另一侧贯穿于存放箱(9)的底部和存放箱(9)相通设置，两个所述软管(10)位于控制杆(5)的外侧匹配安装设有调控阀(11)，所述底座(1)上侧对称设有两个控制板(12)，两个所述控制板(12)位于顶板(2)的下侧设置，两个所述控制板(12)靠近对方的一侧固定连接设有圆台(14)，其中一个所述圆台(14)上侧固定连接设有螺纹杆(15)，另外一个所述圆台(14)下侧设有螺纹槽(16)，所述螺纹杆(15)贯穿于螺纹槽(16)和螺纹槽(16)螺纹连接设置，两个所述圆台(14)远离对方的一侧固定连接设有转动板(17)，所述底座(1)上侧设有转动板(17)的卡位固定装置，所述卡位固定装置包括在转动杆两侧对称固定连接设置的两个卡杆(18)，所述底座(1)上侧设有转动槽(19)，所述转动槽(19)内对称设有两个夹板(20)，两个所述夹板(20)靠近对方的一侧设有卡槽(21)，所述卡杆(18)和卡槽(21)匹配对应设置，两个所述夹板(20)远离对方的一侧固定连接设有第二弹簧(28)，所述第二弹簧(28)的另一侧和转动槽(19)固定连接设置，两个所述夹板(20)远离对方的一侧固定连接设有第二连接线(27)，所述第二连接线(27)贯穿于转动槽(19)设置，所述底座(1)的外右侧设有移动板(13)，所述第二连接线(27)的另一侧和移动板(13)固定连接设置，所述转动槽(19)内对称设有两个滑槽(26)，两个所述滑槽(26)内滑动连接设有两个滑杆(25)，两个所述滑杆(25)贯穿于滑槽(26)和夹板(20)固定连接设置，所述转动槽(19)内滑动连接设有稳固板(22)，所述稳固板(22)位于两个夹板(20)之间设置，所述稳固板(22)的下侧固定连接设有第一弹簧(23)，所述第一弹簧(23)的另一侧和转动槽(19)固定连接设置，所述稳固板(22)的下侧固定连接设有第一连接线(24)，所述第一连接线(24)的另一侧贯穿于转动槽(19)和移动板(13)固定连接设置，两个所述控制板(12)上侧设有多个通风孔，多个所述通风孔贯穿于圆台(14)设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞秒激光复合的高性能增材3D打印装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，首先将需要进行修复的发动机叶片放在底座(1)的上侧，将两个控制板(12)放在发动机叶片的两侧，并使控制板(12)上的圆台(14)插进发动机叶片内，转动下侧的转动板(17)，转动板(17)带动和自身固定连接的圆台(14)以及和圆台(14)固定连接的螺纹杆(15)转动，螺纹杆(15)进入螺纹槽(16)内，继续转动转动板(17)，直到发动机叶片和两个圆台(14)之间紧密连接在一起为止；
S2，然后向右移动移动板(13)，移动板(13)通过第一连接线(24)带动稳固板(22)向下移动，稳固板(22)压缩第一弹簧(23)，且移动板(13)还会通过第二连接线(27)带动两个夹板(20)向远离对方的方向移动，直到两个夹板(20)之间的距离满足安装需要为止，将其中一个转动板(17)放进转动槽(19)内，并使卡杆(18)和卡槽(21)的位置相对，向下按压控制板(12)整体，并松开移动板(13)，在第一弹簧(23)的作用下，稳固板(22)向上移动和转动板(17)相接触，在第二弹簧(28)的作用下，两个夹板(20)向靠近对方的方向移动，直到卡杆(18)进入卡槽(21)内为止，松开控制板(12)，卡杆(18)和卡槽(21)之间紧密连接在一起，且第一弹簧(23)处于被压缩的状态；
S3,向两个存放箱(9)内加入需要用到的物料；
S4，启动控制中心(4)，控制中心(4)带动控制杆(5)进行移动，启动飞秒激光发射器(7)，打开并调整两个调控阀(11)，两个存放箱(9)内的物料通过软管(10)和管道(8)进入加工槽(6)内，开始进行相应的打印修复操作。
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