CN117182312A - 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 - Google Patents
一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117182312A CN117182312A CN202311401588.7A CN202311401588A CN117182312A CN 117182312 A CN117182312 A CN 117182312A CN 202311401588 A CN202311401588 A CN 202311401588A CN 117182312 A CN117182312 A CN 117182312A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- hot wire
- wire
- deformation
- axis
- 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
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 14
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 5
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 31
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法，该增材制造方法包括：通过运动机构带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置；依次启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，丝材接触工件产生回路电流后开始设定轨迹增材制造，同步在增材后方高温锻造区进行机械变形；单次增材轨迹末尾依次关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，之后机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头与机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置；本发明方法增材与变形互不干涉，不受制造方向限制，无多路电流、磁场和谐波干扰，在低功率激光下获得更高熔丝效率，减少大熔深对沉积层的热损伤，提升工件综合性能。
Description
技术领域
本发明属于增材制造领域，特别涉及一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法。
背景技术
金属增材制造以激光、电子束、电弧等高能束为加热源，金属粉末/丝材为原料，根据零件的实体模型规划增材路径，通过原料送进系统，在机械臂等位移设备下带动热源，按规划好的路径自下而上无模直接制造零件，具有材料利用率高、制造周期短与复杂度高等优势，可与传统制造技术形成互补。
激光送丝增材制造是金属增材制造技术的一种，其制造效率、精度与成本介于市面应用较多的激光送粉增材制造与电弧送丝增材制造之间，热影响区与残余应力小，在高效修复与多材料零件制造等方向具有广阔应用前景。当前，激光送丝增材制造多采用旁轴送冷丝，其加工平台易于搭建，但送丝具有方向性且光丝相对位置要求严格，针对铝、铜等反光材料的激光能量吸收率低，当成形路径复杂多变时，将增大旁轴送丝增材控制系统的复杂性。此外，单一激光送丝增材制造是微铸造自由生长成形过程，其移动熔池的特殊冶金动力学行为与非平衡凝固机制下的形核与长大，决定了晶粒形态、晶体取向、晶界结构非均匀一致的特征；另一方面，通过增大激光功率来进一步提高制造效率，易造成沉积层热损伤并产生匙孔，需要进一步改进。
发明内容
本发明提供一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法，能够现有技术存在的问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明实施例提供提供一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其包括：激光增材模块、机械变形模块、电阻热丝模块和工件温控模块(16)；
所述激光增材模块包括激光头(3)和激光器(4)；激光头(3)通过工装连接在六轴机械臂(1)末端，激光头(3)侧边安装有在线监测装置(14)；所述激光器(4)用于驱动激光头(3)光路变换以产生中空环形激光(13)，激光头(3)的凸台外侧套设有可拆卸锥形保护套(12)；
所述机械变形模块(5)包括传力杆(51)、压力传感器(52)和滚轮(53)，滚轮(53)转动地设于传力杆(51)底部，压力传感器(52)设于传力杆(51)上；所述传力杆(51)通过工装连接在三轴龙门运动机构(2)的Z2轴(24)旋转头末端；所述滚轮(53)内部通有循环冷却水；
所述电阻热丝模块包括热丝电源(6)、中空金属管(7)、气体分流器(8)、导电嘴(9)、焊丝(10)和送丝机(11)；导电嘴(9)通过自身螺纹与中空金属管(7)端部连接；热丝电源(6)正极与中空金属管(7)靠近送丝机(11)出口处电性相连，负极与工件基板(17)电性相连；焊丝(10)穿过中空金属管(7)与导电嘴(9)，接触工件基板(17)以形成短路电阻回路；中空金属管(7)与激光头(3)同轴设置，中空金属管(7)端部设置有六个环向均布气体分流孔，并通过螺纹连接气体分流器(8)；
所述工件温控模块(16)为带多路测温仪的电磁加热板或电阻加热板或水冷板，且所述工件温控模块(16)位于两轴转台(15)与工件基板(17)之间。
根据本发明一可选实施例，所述激光头(3)侧边通过三路冷却水管与外部水冷机相连接，所述激光头(3)侧边还通过一路保护气管与外部保护气瓶相连接；所述冷却水管用于通水冷却激光头内部光学器件；
所述保护气管还与中空金属管(7)靠近送丝机(11)出口处相通，所述保护气管的保护气通过中空金属管(7)端部的气体分流器(8)进行均匀分气后，经锥形保护套(12)喷出，用于隔绝烟尘进入激光头(3)和保护熔池。
根据本发明一可选实施例，所述在线监测装置(16)包括熔池监控仪、激光测距仪和温度监测仪；所述熔池监控仪用于实时监测激光头(3)下方熔池与液滴过渡状态，通过图像处理算法判定质量问题；所述激光测距仪用于实时监测激光头(3)与工件沉积层(18)之间的距离，同步反馈至六轴机械臂(1)进行实时调整设定高度；所述温度监测仪用于激光头(3)内部光学仪器及热丝结构异常过热监测。
根据本发明一可选实施例，所述三轴龙门运动机构(2)包括X轴(20)、Y1轴(21)、Y2轴(22)、Z1轴(23)和Z2轴(24)；Y1轴(21)和Y2轴(22)均平行跨在X轴(20)的两横梁上；Y1轴(21)上设置有Z1轴(23)升降头，用于倒挂安装六轴机械臂(1)；Y2轴(22)上设置有带旋转头的Z2轴(24)升降头，用于安装机械变形模块(5)。
根据本发明一可选实施例，所述增材制造装置还包括红外热像仪(19)，红外热像仪(19)用于在工件基板(17)上方制造工件沉积层(18)时，进行实时测量工件沉积层(18)温度。
根据本发明一可选实施例，所述送丝机(11)为独立固定放置的，所述送丝机(11)内部设置有两组近端推丝系统和一组远端拉丝系统，所述送丝机(11)内的焊丝(10)为盘装或桶装设置。
依据上述实施例中的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，本发明实施例还提供一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，所述增材制造方法包括如下步骤：
步骤S1，激光变形路径规划与制造准备，工件基板温控至设定温度，通过六轴机械臂和三轴龙门运动机构分别带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置；
步骤S2，依次启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，丝材接触工件基板产生回路电流后开始设定轨迹增材制造，同步在增材后方高温锻造区进行机械变形；
步骤S3，单次增材轨迹末尾依次关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，之后机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头与机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置；
步骤S4，重复步骤S1、步骤S2和步骤S3，直至工件完成制造。
根据本发明一可选实施例，在步骤S2中，所述保护气流量为15L/min～25L/min；所述激光器用于输出脉冲激光或连续激光，其最大输出功率为4000W，其最大脉冲频率为50Hz，其最大激光脉宽为10ms，其激光聚焦焦距为180mm～300mm，其扫描速度为500mm/min～2000mm/min；所述热丝电源最大输出电流为400A，其输出特性为恒流、恒压、恒功率、直流脉冲、交流或交流脉冲；所述送丝机用于实现1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm丝径焊丝最高20m/min连续送丝或脉冲送丝。
根据本发明一可选实施例，步骤S3还包括：通过热加工图及宏微观组织仿真结合确定匹配的滚压变形压力及高温锻造区变形温度，采用红外热像仪在线监控工件沉积层表面温度进行实时滚压位置调整。
根据本发明一可选实施例，所述保护气、激光器、热丝电源和送丝机在步骤S2启动和步骤S3关闭的间隔时间为10ms～50ms。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：本发明实施例提供了一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法，该增材制造装置包括激光增材模块、机械变形模块、电阻热丝模块和工件温控模块；该增材制造方法包括以下步骤：激光变形路径规划与制造准备，工件基板温控至设定温度，通过运动机构带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置；依次启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，丝材接触工件产生回路电流后开始设定轨迹增材制造，同步在增材后方高温锻造区进行机械变形；单次增材轨迹末尾依次关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，后方机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头与机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置；重复上述步骤直至工件完成制造。与现有技术相比，本发明方法采用同轴电阻热丝辅助激光进行增材制造，结构简单无干涉，不受制造方向限制，无多路电流、磁场和谐波干扰，适用于大功率电阻热丝输出，可在低功率激光下获得更高熔丝效率，减少大熔深对沉积层的热损伤，且同步高温机械变形可进一步细化增材组织，提升工件综合性能，实现复杂锻件高效、高精度与高质量直接制造。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种同轴热丝辅助激光变形复合增材制造装置结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种三轴龙门运动机构的结构示意图。
附图标记：六轴机械臂1、三轴龙门运动机构2、激光头3、激光器4、机械变形模块5、传力杆51、压力传感器52、滚轮53、热丝电源6、中空金属管7、气体分流器8、导电嘴9、焊丝10、送丝机11、锥形保护套12、中空环形激光13、在线监测装置14、两轴转台15、工件温控模块16、工件基板17、工件沉积层18、红外热像仪19、三轴龙门运动机构的X轴20、三轴龙门运动机构的Y1轴21、三轴龙门运动机构的Y2轴22；三轴龙门运动机构的Z1轴23、三轴龙门运动机构的Z2轴24。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置。该增材制造装置包括六轴机械臂1、三轴龙门运动机构2、激光头3、激光器4、机械变形模块5、传力杆51、压力传感器52、滚轮53、热丝电源6、中空金属管7、气体分流器8、导电嘴9、焊丝10、送丝机11、锥形保护套12、中空环形激光13、在线监测装置14、两轴转台15、工件温控模块16、工件基板17、工件沉积层18、红外热像仪19、三轴龙门运动机构的X轴20、三轴龙门运动机构的Y1轴21、三轴龙门运动机构的Y2轴22；三轴龙门运动机构的Z1轴23、三轴龙门运动机构的Z2轴24。
具体地，该增材制造装置包括：激光增材模块、机械变形模块、电阻热丝模块和工件温控模块。激光增材模块包括激光头3和激光器4；激光头3通过工装连接在六轴机械臂1末端，激光头3侧边安装有在线监测装置14；激光器4用于驱动激光头3光路变换以产生中空环形激光13，激光头3的凸台外侧套设有可拆卸锥形保护套12。
机械变形模块5包括传力杆51、压力传感器52和滚轮53，滚轮53转动地设于传力杆51底部，压力传感器52设于传力杆51上；传力杆51通过工装连接在三轴龙门运动机构2的Z2轴24旋转头末端；滚轮53内部通有循环冷却水。
电阻热丝模块包括热丝电源6、中空金属管7、气体分流器8、导电嘴9、焊丝10和送丝机11；导电嘴9通过自身螺纹与中空金属管7端部连接；热丝电源6正极与中空金属管7靠近送丝机11出口处电性相连，负极与工件基板17电性相连；焊丝10穿过中空金属管7与导电嘴9，接触工件基板17以形成短路电阻回路；中空金属管7与激光头3同轴设置，中空金属管7端部设置有六个环向均布气体分流孔，并通过螺纹连接气体分流器8。
工件温控模块16为带多路测温仪的电磁加热板或电阻加热板或水冷板，且工件温控模块16位于两轴转台15与工件基板17之间。
如图1所示，激光头3侧边通过三路冷却水管与外部水冷机相连接，激光头3侧边还通过一路保护气管与外部保护气瓶相连接；冷却水管用于通水冷却激光头内部光学器件；保护气管还与中空金属管7靠近送丝机11出口处相通，保护气管的保护气通过中空金属管7端部的气体分流器8进行均匀分气后，经锥形保护套12喷出，用于隔绝烟尘进入激光头3和保护熔池。
在线监测装置16包括熔池监控仪、激光测距仪和温度监测仪；熔池监控仪用于实时监测监测激光头3下方的熔池与液滴过渡状态，通过图像处理算法判定质量问题；激光测距仪用于实时监测激光头3与工件沉积层18之间的距离，同步反馈至六轴机械臂1进行实时调整设定高度；温度监测仪用于激光头3内部光学仪器及热丝结构异常过热监测。
如图2所示，三轴龙门运动机构2包括X轴20、Y1轴21、Y2轴22、Z1轴23和Z2轴24，X轴20包含左右两横梁，Y1轴21和Y2轴22均平行跨在X轴20的两横梁上；Y1轴21上设置有Z1轴23升降头，用于倒挂安装六轴机械臂1；Y2轴22上设置有带旋转头的Z2轴24升降头，用于安装机械变形模块5。
工件基板17上方制造工件沉积层18时，全程配置红外热像仪19进行实时测量工件沉积层18温度。送丝机11为独立固定放置的，送丝机11内部包含两组近端推丝系统和一组远端拉丝系统，送丝机11内的焊丝10为盘装或桶装设置。
依据上述实施例中的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，本发明还提供一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，所述增材制造方法包括如下步骤：
步骤S1，激光变形路径规划与制造准备，工件基板温控至设定温度，通过六轴机械臂和三轴龙门运动机构分别带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置。本实施例中的长度300mm、高度100mm单道TC4钛合金直臂激光变形路径规划与制造准备，工件基板采用加热板预热至150℃，通过六轴机械臂和三轴龙门运动机构分别带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置；
步骤S2，依次启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，丝材接触工件基板产生回路电流后开始设定轨迹增材制造，同步在增材后方高温锻造区进行机械变形。本实施例中的依次间隔10ms启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，保护气为99.999％高纯氩气，气流量25L/min，800W连续激光，焦距180mm，直径1.2mm丝材以6m/min送丝速度接触工件产生回路电流80A～120A后，开始设定轨迹增材制造，扫描速度600mm/min，同步在增材后方920℃～950℃锻造区进行机械变形，滚轮直径18mm，机械滚压压力3000N，滚压位置通过红外热像仪在线监控工件沉积层表面温度进行实时调整。
步骤S3，单次增材轨迹末尾依次关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，之后机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头和机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置。本实施例中的单次增材轨迹末尾依次间隔10ms关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，后方机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头与机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置。
步骤S4，重复步骤S1、步骤S2和步骤S3，直至工件完成制造。
优选地，在步骤S2中，所述保护气流量为15L/min～25L/min；所述激光器用于输出脉冲激光或连续激光，其最大输出功率为4000W，其最大脉冲频率为50Hz，其最大激光脉宽为10ms，其激光聚焦焦距为180mm～300mm，其扫描速度为500mm/min～2000mm/min；所述热丝电源最大输出电流为400A，其输出特性为恒流、恒压、恒功率、直流脉冲、交流或交流脉冲；所述送丝机用于实现1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm丝径焊丝最高20m/min连续送丝或脉冲送丝。
优选地，步骤S3还包括：通过热加工图及宏微观组织仿真结合确定匹配的滚压变形压力及高温锻造区变形温度，采用红外热像仪在线监控工件沉积层表面温度进行实时滚压位置调整。
优选地，所述保护气、激光器、热丝电源和送丝机在步骤S2启动和步骤S3关闭的间隔时间为10ms～50ms。
综上，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，包括：激光增材模块、机械变形模块(5)、电阻热丝模块和工件温控模块(16)；
所述激光增材模块包括激光头(3)和激光器(4)；激光头(3)通过工装连接在六轴机械臂(1)末端，激光头(3)侧边安装有在线监测装置(14)；所述激光器(4)用于驱动激光头(3)光路变换以产生中空环形激光(13)，激光头(3)的凸台外侧套设有可拆卸锥形保护套(12)；
所述机械变形模块(5)包括传力杆(51)、压力传感器(52)和滚轮(53)，滚轮(53)转动地设于传力杆(51)底部，压力传感器(52)设于传力杆(51)上；所述传力杆(51)通过工装连接在三轴龙门运动机构(2)的Z2轴(24)旋转头末端；所述滚轮(53)内部通有循环冷却水；
所述电阻热丝模块包括热丝电源(6)、中空金属管(7)、气体分流器(8)、导电嘴(9)、焊丝(10)和送丝机(11)；导电嘴(9)通过自身螺纹与中空金属管(7)端部连接；热丝电源(6)正极与中空金属管(7)靠近送丝机(11)出口处电性相连，负极与工件基板(17)电性相连；焊丝(10)穿过中空金属管(7)与导电嘴(9)，接触工件基板(17)以形成短路电阻回路；中空金属管(7)与激光头(3)同轴设置，中空金属管(7)端部设置有六个环向均布气体分流孔，并通过螺纹连接气体分流器(8)；
所述工件温控模块(16)为带多路测温仪的电磁加热板或电阻加热板或水冷板，且所述工件温控模块(16)位于两轴转台(15)与工件基板(17)之间。
2.根据权利要求1所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，所述激光头(3)侧边通过三路冷却水管与外部水冷机相连接，所述激光头(3)侧边还通过一路保护气管与外部保护气瓶相连接；所述冷却水管用于通水冷却激光头内部光学器件；
所述保护气管还与中空金属管(7)靠近送丝机(11)出口处相通，所述保护气管的保护气通过中空金属管(7)端部的气体分流器(8)进行均匀分气后，经锥形保护套(12)喷出，用于隔绝烟尘进入激光头(3)和保护熔池。
3.根据权利要求1所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，所述在线监测装置(16)包括熔池监控仪、激光测距仪和温度监测仪；所述熔池监控仪用于实时监测激光头(3)下方熔池与液滴过渡状态，通过图像处理算法判定质量问题；所述激光测距仪用于实时监测激光头(3)与工件沉积层(18)之间的距离，同步反馈至六轴机械臂(1)进行实时调整设定高度；所述温度监测仪用于激光头(3)内部光学仪器及热丝结构异常过热监测。
4.根据权利要求1所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，所述三轴龙门运动机构(2)包括X轴(20)、Y1轴(21)、Y2轴(22)、Z1轴(23)和Z2轴(24)；Y1轴(21)和Y2轴(22)均平行跨在X轴(20)的两横梁上；Y1轴(21)上设置有Z1轴(23)升降头，用于倒挂安装六轴机械臂(1)；Y2轴(22)上设置有带旋转头的Z2轴(24)升降头，用于安装机械变形模块(5)。
5.根据权利要求1所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，所述增材制造装置还包括红外热像仪(19)，红外热像仪(19)用于在工件基板(17)上方制造工件沉积层(18)时，进行实时测量工件沉积层(18)温度。
6.根据权利要求1所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置，其特征在于，所述送丝机(11)为独立固定放置的，所述送丝机(11)内部设置有两组近端推丝系统和一组远端拉丝系统，所述送丝机(11)内的焊丝(10)为盘装或桶装设置。
7.一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，其特征在于，采用权利要求1～6任意一项所述的同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置实现的，所述增材制造方法包括如下步骤：
步骤S1，激光变形路径规划与制造准备，工件基板温控至设定温度，通过六轴机械臂和三轴龙门运动机构分别带动激光头和机械变形模块移动至各自轨迹初始位置；
步骤S2，依次启动保护气、激光器、热丝电源和送丝机，丝材接触工件基板产生回路电流后开始设定轨迹增材制造，同步在增材后方高温锻造区进行机械变形；
步骤S3，单次增材轨迹末尾依次关闭送丝机、热丝电源、激光器和保护气，之后机械变形执行至收尾距离时激光头同步空走，最后激光头与机械变形模块同步移动至下一轨迹初始位置；
步骤S4，重复步骤S1、步骤S2和步骤S3，直至工件完成制造。
8.根据权利要求7所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述保护气流量为15L/min～25L/min；所述激光器用于输出脉冲激光或连续激光，其最大输出功率为4000W，其最大脉冲频率为50Hz，其最大激光脉宽为10ms，其激光聚焦焦距为180mm～300mm，其扫描速度为500mm/min～2000mm/min；所述热丝电源最大输出电流为400A，其输出特性为恒流、恒压、恒功率、直流脉冲、交流或交流脉冲；所述送丝机用于实现1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm丝径焊丝最高20m/min连续送丝或脉冲送丝。
9.根据权利要求7所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，其特征在于，步骤S3还包括：通过热加工图及宏微观组织仿真结合确定匹配的滚压变形压力及高温锻造区变形温度，采用红外热像仪在线监控工件沉积层表面温度进行实时滚压位置调整。
10.根据权利要求7所述的一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造方法，其特征在于，所述保护气、激光器、热丝电源和送丝机在步骤S2启动和步骤S3关闭的间隔时间为10ms～50ms。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311401588.7A CN117182312A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311401588.7A CN117182312A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117182312A true CN117182312A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88990800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311401588.7A Pending CN117182312A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117182312A (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101386111A (zh) * | 2007-09-14 | 2009-03-18 | 苏州大学 | 激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置 |
| CN102962564A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-03-13 | 北京二七轨道交通装备有限责任公司 | 氧化铝陶瓷分流器及机械手焊枪 |
| US20150209905A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Lincoln Global.Inc. | Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire |
| CN107414303A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-01 | 上海交通大学 | 一种激光扫描结合激光热丝tig复合焊接方法 |
| CN111805088A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-10-23 | 山东建筑大学 | 一种光内同轴送丝的激光增材装置 |
| CN112828471A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 激光熔覆缆式焊丝增材制造难熔高熵合金的方法及装置 |
| CN113579429A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 拘束型熔化极气体保护焊工艺及该工艺使用的喷嘴结构 |
| CN113695592A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-26 | 西安科技大学 | 基于电阻加热丝材与激光复合的增材制造装置及试验方法 |
| CN114833353A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-02 | 季华实验室 | 复合的增材制造方法、装置、ded复合成形设备与介质 |
| CN115091000A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-23 | 北京理工大学 | 一种电弧辅助热丝空间无支撑杆高效增材制造设备及方法 |
| CN115592137A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-01-13 | 符友恒（Cn） | 一种金属增材制造同步随形冷却装置 |
| CN115890143A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-04-04 | 重庆大学 | 性能-精度一体化电弧增减材智能复合制造方法 |
| CN116000631A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-04-25 | 符友恒 | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311401588.7A patent/CN117182312A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101386111A (zh) * | 2007-09-14 | 2009-03-18 | 苏州大学 | 激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置 |
| CN102962564A (zh) * | 2012-11-22 | 2013-03-13 | 北京二七轨道交通装备有限责任公司 | 氧化铝陶瓷分流器及机械手焊枪 |
| US20150209905A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Lincoln Global.Inc. | Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire |
| CN107414303A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-01 | 上海交通大学 | 一种激光扫描结合激光热丝tig复合焊接方法 |
| CN111805088A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-10-23 | 山东建筑大学 | 一种光内同轴送丝的激光增材装置 |
| CN112828471A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-25 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 激光熔覆缆式焊丝增材制造难熔高熵合金的方法及装置 |
| CN113579429A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 拘束型熔化极气体保护焊工艺及该工艺使用的喷嘴结构 |
| CN113695592A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-26 | 西安科技大学 | 基于电阻加热丝材与激光复合的增材制造装置及试验方法 |
| CN114833353A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-02 | 季华实验室 | 复合的增材制造方法、装置、ded复合成形设备与介质 |
| CN115091000A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-23 | 北京理工大学 | 一种电弧辅助热丝空间无支撑杆高效增材制造设备及方法 |
| CN115592137A (zh) * | 2022-10-24 | 2023-01-13 | 符友恒（Cn） | 一种金属增材制造同步随形冷却装置 |
| CN115890143A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-04-04 | 重庆大学 | 性能-精度一体化电弧增减材智能复合制造方法 |
| CN116000631A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-04-25 | 符友恒 | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Comprehensive review of wire arc additive manufacturing: Hardware system, physical process, monitoring, property characterization, application and future prospects | |
| CN109926705B (zh) | 一种用于机器人的等离子弧双电源双热丝增材制造方法及装置 | |
| CN109605039A (zh) | 一种电弧增材与电辅助热轧成形复合制造方法和装置 | |
| CN107283061A (zh) | 一种激光‑cmt焊接铝合金增材制造方法和成形系统 | |
| CN106862771B (zh) | 一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法 | |
| CN104625412A (zh) | 一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法 | |
| CN112108769A (zh) | 一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法 | |
| CN105880833B (zh) | 一种核主泵屏蔽套的激光填丝焊接方法 | |
| CN101386111A (zh) | 激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置 | |
| CN108393587B (zh) | 一种铝合金激光-tig复合增材制造方法 | |
| CN109807417B (zh) | 一种激光主动切割焊丝控制熔滴温度的方法 | |
| CN105478975B (zh) | 基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法 | |
| CN112404712A (zh) | 一种用于热塑复合材料与金属激光连接的气体冷却装置与方法 | |
| CN104195543A (zh) | 一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆系统 | |
| CN103737158A (zh) | 一种基于热输入控制的双熔化极电弧焊枪及其焊接方法 | |
| CN110587075A (zh) | 一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材方法与装置 | |
| CN109226755A (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 | |
| US10036083B2 (en) | Reaction material pre-placement for reaction metallurgical joining | |
| CN113664222A (zh) | 一种用于定向能量沉积设备的复合激光装置与方法 | |
| CN103817449A (zh) | 一种等离子弧和熔化极电弧复合焊接方法及焊接装置 | |
| CN113385814A (zh) | 多层极耳的激光焊接方法、激光焊接装置及锂电池 | |
| CN107030446A (zh) | 高温高压蒸汽阀门密封面在线修复系统 | |
| CN216126556U (zh) | 一种用于定向能量沉积设备的复合激光装置 | |
| CN1943960A (zh) | 激光－电弧复合焊接协调控制方法 | |
| CN117182312A (zh) | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
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 |