CN208131978U - 一种金属3d打印复合制造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于3D打印技术领域，尤其涉及一种金属3D打印复合制造装置。本实用新型提供了一种金属3D打印复合制造装置，其方法包括：S101：在超声振动能场的作用下按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合，形成工件的熔覆层；S102：对熔覆层在超声振动能场的作用下同时进行激光冲击处理，使得超声振动波和激光冲击诱导的冲击波对熔覆层进行冲击锻打；S103：对熔覆层进行逐层堆叠，得到工件。针对现有的金属3D打印技术制造金属零件时存在的问题，本实用新型能最大限度消除金属熔覆层存在气孔、未熔合、缩松及裂纹的内部缺陷和热应力，提高金属零件的内部质量和机械力学综合性能，并有效控制宏观变形和开裂问题。

Description

一种金属3D打印复合制造装置

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，尤其涉及一种金属3D打印复合制造装置。

背景技术

对于传统的机械加工等减材制造技术，金属3D打印技术是金属增材制造技术的主要实现形式，其是通过材料的逐渐累积来实现制造的技术。该技术利用计算机将成金属零件的计算机3D数字模型切成一系列一定厚度的薄层，通过逐层叠加的方法生成任何形状的零件。由于该技术无需传统的刀具或模具，可以实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造，并可以有效缩短制造周期，因此金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。

目前用于直接制造金属功能零件的3D打印方法主要有：激光选区熔化法(Selective Laser Melting，SLM)、激光近净成形法(Laser Engineered NetShaping，LENS)和电子束选区熔化法(Electron Beam Selective Melting，EBSM)，金属3D打印技术目前存在如下缺点：产生内部缺陷而造成机械力学性能不足，内部缺陷包括气孔、裂纹、未熔合和缩松等。气孔、未熔合及裂纹缺陷是承力结构件致命的疲劳萌生源，导致金属3D打印零件可靠性存在隐患。

因此在金属3D打印技术制造金属零件时，采用何种手段来改善微观组织结构以尽量避免气孔、未熔合、缩松及裂纹缺陷问题，是本领域工程技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种金属3D打印复合制造装置，有效解决现有的金属3D打印技术制造金属零件时，制造得到的金属零件最大限度消除具有气孔、未熔合、缩松及裂纹的技术缺陷。

本实用新型提供了一种金属3D打印复合制造装置，包括：工作台、热源产生机构、金属粉末送粉机构、激光喷嘴和超声波振动子；

所述热源产生机构和所述金属粉末送粉机构同步运动并设置在所述工作台的上表面的上方，使得所述金属粉末送粉机构将金属粉末喷出后被所述热源产生机构熔合形成熔覆层；

所述激光喷嘴与所述热源产生机构同步运动并设置在所述工作台的上表面的上方，使得所述激光喷嘴以利用激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打；

所述超声波振动子设置在所述工作台的下表面的下方，使得所述超声波振动子以利用超声振动波对所述熔覆层的内部进行冲击进行处理。

作为优选，还包括：惰性气体保护气罐，所述惰性气体保护气罐与所述金属粉末送粉机构连通，使得所述惰性气体保护气罐对所述金属粉末送粉机构通入惰性气体。

作为优选，所述热源产生机构具体为激光热源产生机、等离子产生机构、火焰产生机构或电能热源产生机构。

作为优选，还包括：应力仿真计算装置、温度传感器、温度仿真计算装置及控制装置；

所述温度传感器用于检测所述熔覆层的温度；

所述温度仿真计算装置用于获得所述温度传感器的温度信息后进行计算，输出温度场分布数据；

所述应力仿真计算装置获得所述热源产生机构的工作参数、获得所述金属粉末送粉机构的金属粉末的属性、获得所述超声波振动子的工作参数、获得所述激光喷嘴的工作参数和所述温度仿真计算装置的温度场分布数据后进行热机耦合数值计算，输出工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据；

所述控制装置用于获得所述工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据并根据所述工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据控制所述热源产生机构、所述金属粉末送粉机构、所述超声波振子和所述激光喷嘴的运行。

具体的，控制装置与应力仿真计算装置相互进行信息数据交换获得工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据，控制装置发送控制指令给热源产生机构、金属粉末送粉机构、所述超声波振动能场电源及控制模块和激光喷嘴以控制超声振动能场、激光熔覆和激光冲击锻打的效果(控制超声波振动子、激光喷嘴、热源产生机构和金属粉末送粉机构的工作参数以进行超声振动波和激光冲击诱导的冲击波的处理)。

其中，超声波振动能场电源及控制模块具体控制超声波振子的运动。

本实用新型还提供了一种金属3D打印复合制造方法，包括：

S101：在超声振动场的作用下按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合，形成工件的熔覆层；

S102：对所述熔覆层在超声振动能场的作用下进行激光冲击处理，使得超声振动波和激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打；

S103：对所述熔覆层进行逐层堆叠，得到工件。

作为优选，所述S101之前还包括：计算工件的三维数字模型经切片分层后生成层形状模型数据，并根据层形状模型数据生成所述3D打印和填充的扫描路径。

作为优选，所述计算工件的三维数字模型经切片分层后生成层形状模型数据，并根据层形状模型数据生成所述3D打印和填充的扫描路径之后还包括：根据3D打印和填充的扫描路径预设所述超声振动能场的功率、频率和振幅。

其中，所述超声振动能场的功率、频率和振幅根据工件的3D打印和填充的扫描路径计算得出。

作为优选，所述S101具体为：按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行激光熔合、等离子熔合、火焰熔合或电能热源熔合，形成工件的熔覆层。

作为优选，所述S101具体为：对金属粉末进行熔合时，在所述金属粉末输送惰性气体。

作为优选，所述S103之后还包括：计算工件的热机耦合数值以计算工件的残余应力集中区域，根据工件的残余应力集中区域进行超声振动波和激光冲击诱导的冲击波的处理。

本实用新型还提供了一种金属3D打印复合制造方法，主要包括三个步骤，分别为：在超声振动能场的作用下按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合，形成工件的熔覆层；对所述熔覆层在超声振动能场的作用下进行激光冲击处理，使得超声振动波和激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打；对所述熔覆层进行逐层堆叠，得到工件。

本实用新型该提供了一种金属3D打印复合制造装置，包括：工作台、热源产生机构、金属粉末送粉机构、激光喷嘴和超声波振动子；热源产生机构和金属粉末送粉机构同步运动并设置在工作台的表面的上方，使得金属粉末送粉机构将金属粉末喷出后被热源产生机构熔合形成熔覆层；激光喷嘴与热源产生机构同步运动并设置在工作台的表面的上方，使得激光喷嘴以利用激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打；超声波振动子设置在工作台的表面的下方，使得超声波振动子以利用超声振动波对熔覆层进行冲击处理。其中，激光喷嘴和超声波振动子产生的超声振动波和激光冲击诱导的冲击波可以促进打印件改善微观组织结构，均匀化化学成份，调整晶粒分布，减少打印件内部气孔、缩孔，细化晶粒尺寸以及偏析作用。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

在按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合之前，需根据工件的模型生成3D打印和填充扫描路径来确定超声振动波的相关参数(功率、频率、振幅及时间)，热源按照预置的3D打印和填充的扫描路径在形成工件的熔覆层的熔池的同时，利用超声工作台预设的超声振动波的参数，该熔覆层为工件的某一厚度截面，若干个熔覆层堆叠完整形成工件。在第二步中，当熔覆层形成时，超声振动波进入熔覆层的熔池产生周期性的正负压力波和空化作用并耦合激光冲击诱导的冲击波同时作用于熔覆层。其中，超声振动可以对利用激光熔覆作用下的金属熔融材料产生周期性的正负压力波，同时引起声波声流和空化效应的非线性作用。因为在液态材料中吸收了声流振荡，声流效应是一种被动量传递驱动的稳定的声波流动。液体中的微小气泡核在超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，这种膨胀、闭合和振荡的一系列动力学过程称超声波空化作用。存在于液体中的微小气泡(空化核)在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的过程。本技术方案就是利用超声振动引发的声流效应和空化效应来改变熔覆层微观组织结构并避免气孔、未融合和缩松问题；同时在控制超声振动能量和频率等参数条件下结合激光冲击的方法可以进一步改善金属3D打印件的内部质量和机械力学性能。如此综合利用超声振动技术及激光冲击技术来最大限度避免及不产生气孔，未融合和缩松问题，提高金属零件的成型质量、表面质量、机械性能及疲劳强度。在第三步中，每层熔覆层在超声振动场的作用下进行激光冲击处理完成之后，将各层熔覆层依次堆叠，并形成完整的工件。综上所述，本实用新型的技术方案中利用超声振动技术及激光冲击技术可以促进打印件改善微观组织结构，均匀化化学成份，调整晶粒分布，减少打印件内部气孔、缩孔，细化晶粒尺寸以及偏析作用，能有效解决现有技术在金属3D打印的激光熔覆层中存在气孔、未融合、缩孔及微裂纹等缺陷，通过本实用新型的金属3D打印复合制造方法可以消除熔覆层中的这些缺陷，提高粉末利用率，3D打印零件的表面质量(例如减小缩孔缩松，气孔，微裂纹，残余应力，大热影响区等)以及机械力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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地介绍。

图1示本实用新型提供的一种金属3D打印复合制造装置的结构图；

图2示本实用新型提供的一种金属3D打印复合制造方法的流程图；

其中，附图标记，工作台1、热源产生机构2、金属粉末送粉机构3、激光喷嘴4和超声波振动子5，熔覆层6，计算机集成控制系统7，惰性气体保护气罐8，集成模块9，工作台基座10，应力仿真计算装置A，温度仿真计算装置B，C控制装置。

具体实施方式

本实用新型提供了一种金属3D打印复合制造装置，用于解决现有的金属3D打印技术制造金属零件时，制造得到的金属零件具有气孔、未熔合、缩松、变形开裂和裂纹的技术缺陷以及现有预防及力学性能控制问题。

下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为一种金属3D打印复合制造装置的结构图。

本实用新型提供的第二种具体实施方式中，本装置包括：工作台1、热源产生机构2、金属粉末送粉机构3、激光喷嘴4和超声波振动子5；热源产生机构2和金属粉末送粉机构3同步运动并设置在工作台1的上表面的上方，使得金属粉末送粉机构3将金属粉末喷出后被热源产生机构2熔合形成熔覆层；激光喷嘴4与热源产生机构2同步运动并设置在工作台1的上表面的上方，使得激光喷嘴4以利用激光冲击诱导的冲击波对熔覆层6进行冲击锻打；超声波振动子5设置在工作台1的下表面的下方，使得超声波振动子1以利用超声振动波对熔覆层6进行冲击锻打。其中，工作台1设置在工作台基座10上。

计算机集成控制系统7的三维建模软件根据工件的模型的形状结构及尺寸等建立工件的3D数字化模型，之后在三维建模软件中根据工件的结构进行计算分析，在相关约束条件(如根据工件尺寸、形状结构及激光器的相关工作参数等划分熔覆层数)下计算获得最优路径，即3D打印和填充的扫描路径。

热源产生机构2和金属粉末送粉机构3同步运动，超声波振动子5也启动工作，金属粉末送粉机构3用于将金属粉末喷出，并使热源产生机构2的喷嘴喷出热量将金属粉末熔化，更为具体的，金属粉末送粉机构3与热源产生机构2同轴设置，金属粉末送粉机构3环绕设置在热源产生机构2的喷嘴的外周，如此金属粉末送粉机构3喷出金属粉末后汇聚到热源产生机构2的喷嘴的出口中心区被热源熔化。

激光喷嘴4与热源产生机构2同步运动并设置在工作台1的上表面的上方，激光喷嘴4与热源产生机构2距离工作台1的上表面一定距离，当热源产生机构2与金属粉末送粉机构3共同作用形成工件的熔覆层6后，激光喷嘴4同步运动到熔覆层6，并喷出激光进行激光锻打处理，激光喷嘴4喷出的激光到达熔覆层6时，同时结合超声波振动子5发出的超声振动波对熔覆层6进行冲击锻打，使得熔覆层6的内部的熔合金属晶体之间的气孔在超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀，然后突然闭合，利用超声振动引发的声流效应和空化效应来避免气孔、未融合和缩松问题。

其中，热源产生机构2、激光喷嘴4、金属粉末送粉机构3和超声波振动子2受到计算机集成控制系统7控制，如此，热源产生机构2、激光喷嘴4、金属粉末送粉机构3和超声波振动子2按照3D打印和填充的扫描路径进行运动。

为了避免空气中的氧气对金属粉末造成氧化反应，本实用新型提供的第三种具体实施方式中，本装置还包括：惰性气体保护气罐8，惰性气体保护气罐8与金属粉末送粉机构3连通，使得惰性气体保护气罐8对金属粉末送粉机构3通入惰性气体。

本实用新型提供的第四种具体实施方式中，热源产生机构具体为激光热源产生机构。激光热源产生机构通过激光热源喷嘴对熔覆层进行激光熔覆。本实用新型的金属3D打印复合制造装置采用激光热源产生机构，能够综合利用超声振动技术、激光熔覆技术及激光冲击技术来尽量避免及不产生气孔，未融合和缩松问题，提高金属零件的成型质量、表面质量、机械性能及疲劳强度。

金属3D打印过程是一个熔化、凝固和冷却的过程，金属3D打印成形的工件，其截面不同部位的传热效率不同，工件的芯部材料冷却较慢，表层材料冷却较快，这种非均匀的温度使得工件容易产生残余应力和变形，严重影响零件几何尺寸和力学性能，且为了在金属3D打印的过程中温度控制更加精确，形成符合预期要求的熔覆层6的温度，本实用新型提供的第五种具体实施方式中，本装置还包括：应力仿真计算装置A、温度传感器、温度仿真计算装置B及控制装置C；温度传感器用于检测熔覆层6的温度；温度仿真计算装置C用于获得温度传感器的温度信息后进行计算，输出温度场分布数据；应力仿真计算装置A获得热源产生机构2的工作参数、获得金属粉末送粉机构3的金属粉末的属性、获得超声波振动子5的工作参数、获得激光喷嘴4的工作参数和温度仿真计算装置B的温度场分布数据后进行热机耦合数值计算，输出工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据；控制装置C用于获得工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据并根据工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据控制热源产生机构2、金属粉末送粉机构3、超声波振子5和激光喷嘴4的运行。这些装置在工件的残余应力集中区域进行超声振动波和激光冲击诱导的冲击波的处理，以消除高幅值的有害拉应力使得工件形成后的大部分区域内不存在突出的应力集中现象，提高工件的打印精度、结构强度和使用寿命，应力仿真计算装置A，温度仿真计算装置B，C控制装置设置在集成模块9里面。

本实用新型提供的第一种具体实施方式，请参阅图2，图2为本实施例提供的一种金属3D打印复合制造方法的流程图，包括：S101：在超声振动能场的作用下按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合，形成工件的熔覆层；S102：对熔覆层在超声振动能场的作用下进行激光冲击处理，使得超声振动波和激光冲击诱导的冲击波对熔覆层进行冲击锻打；S103：对熔覆层进行逐层堆叠，得到工件。本实施例为基于超声振动辅助激光冲击锻打金属3D打印复合制造方法，在热源熔化金属粉末的条件下形成熔覆层后，再结合超声振动波和激光诱导的冲击波来对熔覆层进行冲击锻打，以消除熔覆层中存在的气孔、未融合及缩孔等缺陷，以提高零件的内部质量和机械力学性能。

在第一步中，预置的3D打印和填充的扫描路径具体通过以下步骤获得，对工件的数字3D模型进行切片分层，以获得工件的模型的各个分层截面的轮廓形状，再根据轮廓形状生成各层熔覆层的预置的3D打印和填充的扫描路径。因此，在第一步中，计算机产生预设路径，热源按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行熔合，根据计算机的预置的3D打印和填充的扫描路径进行打印和填充，从而形成工件的熔覆层，该熔覆层为工件的某一厚度截面，按计算机预设的熔覆层数量进行堆叠，便可形成完整的工件。该预置的3D打印和填充的扫描路径完全由计算机根据工件的形状特点按一定算法产生。热源工作时，产生大量的热，可以将金属粉末熔化，这样可以3D打印扫描路径上形成一层熔覆层。

进一步的，本实施例的工件的模型可以由计算机的三维建模软件形成，根据工件的模型的形状结构及尺寸等建立工件的3D数字化模型，之后在三维建模软件中根据工件的结构进行计算分析，在相关约束条件(如根据工件尺寸、形状结构及激光器的相关工作参数等划分熔覆层数)下计算获得最优路径，即3D打印和填充的扫描路径。例如，工件为螺钉时，其3D打印和填充的扫描路径为长条形。

其中，熔覆层需要具有计算机预设定的厚度。该厚度由金属粉末的直径、金属粉末的使用量以及热源的工作参数特性决定。计算机可以根据工件特性优化熔覆层厚度，以保证每层熔覆层具有足够的强度和结构稳定性，同时也使打印精度高。进一步的，本实施例的金属粉末的直径通过粉末球磨机来确定，金属粉末使用量可以通过电机和粉末定量器来实现控制，热源的功率及工作特性由相关热源工作特性选取或运动部件来确定(热源通过激光产生时，热源的功率及工作特性为激光器功率，激光作用时间，及由电机控制激光器三维方向扫描速度)。

为了改善和提高熔覆层成形的质量和机械力学性能，本实施例的S101之前还包括：计算工件的三维数字模型经切片分层后生成层形状模型数据，并根据层形状模型数据生成所述3D打印和填充的扫描路径。

所述计算工件的三维数字模型经切片分层后生成层形状模型数据，并根据层形状模型数据生成所述3D打印和填充的扫描路径之后还包括：根据3D打印和填充的扫描路径预设所述超声振动能场的功率、频率和振幅。获得超声振动的参数，超声振动技术与激光冲击技术同时作用于熔覆层，大大改善和提高熔覆层成形的质量和机械力学性能。在超声振动能量场和热源熔化金属粉末的条件下形成熔覆层后，这两者技术再结合超声振动波和激光诱导的冲击波来对熔覆层进行冲击锻打，能大大提高零件的内部质量和机械力学性能。

进一步的，S101具体为：按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行激光熔合、等离子熔合、火焰熔合或电能热源熔合，形成工件的熔覆层。在热源熔化金属粉末形成熔覆层时，为了提高熔覆层成形的质量和机械力学性能，本实施例的热源来源为激光，利用激光技术进行激光熔覆，S101具体为：按照预置的3D打印和填充的扫描路径对金属粉末进行激光熔合，形成工件的熔覆层。因此，本实施例综合利用超声振动技术、激光熔覆技术及激光冲击技术来尽量避免及不产生气孔，未融合和缩松问题，提高金属零件的成型质量、表面质量、机械性能及疲劳强度。

在超声振动能场的作用下按照预置的3D打印和填充的扫描路径利用热源对金属粉末的熔合时，由于金属粉末温度较高，为避免空气中的氧气对金属粉末造成氧化效果，本实施例根据超声振动相关参数控制在金属粉末中输送惰性气体量，S101具体为：对金属粉末进行熔合时，在金属粉末输送惰性气体，如氩气、氦气等。

在第二步中，当熔覆层形成后，紧跟着使得超声振动波和激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打，进一步对熔覆层中存在气孔、未融合和缩孔等缺陷进行改善。即在激光冲击诱导的冲击波对熔覆层冲击锻打的同时，超声振动波也发挥作用，使得气孔被周围的金属熔合物填补，同时促使未熔合部分进行再次熔合，以改善缩孔等问题。优选的，激光冲击诱导的冲击波的处理可集中在熔覆层上最适合塑性变形的温度区域，即熔覆层上相对温度较高的区域。

由于第二步还使用超声振动波对熔覆层进行冲击处理，因此，S102之前还包括：根据工件的3D打印和填充的扫描路径以及工件的熔覆层计算超声振动场的功率、频率和振幅，确定超声振动波的能量输入量，以提高3D打印粉末利用率，以控制熔覆层的厚度。

在第三步中，S103为对熔覆层进行逐层堆叠，得到工件。然而，金属3D打印过程是一个熔化、凝固和冷却的过程，工件不同截面部位传热效率不同，导致在成形过程中冷却速率不同而致使产生残余应力和变形，严重影响零件的几何尺寸和力学性能。因此，在工件成形后，对工件进行热机耦合数值仿真，以此确定工件的残余应力集中区域。可以以实时的测量数据为基础，结合材料的属性、热源的工作参数、扫描特性、超声振动的工作参数以及工件的成形特点进行热机耦合数值仿真，来确定工件的残余应力集中区域。根据工件的热机耦合数值仿真确定工件残余应力集中区域，测量工件上残余应力的分布情况，据此进行激光冲击处理及超声振动处理，更好的消除有害拉应力。本实施例中S103之后还包括：计算工件的热机耦合数值计算工件的残余应力集中区域，根据工件的残余应力集中区域进行超声振动波和激光冲击诱导的冲击波的处理。确定工件的残余应力集中区域后，可采用XRD实验(X-ray diffraction，X射线衍射)测量工件该区域的应力分布情况，进而据此来结合超声振动场和激光冲击处理来消除有害拉应力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种金属3D打印复合制造装置，其特征在于，包括：工作台、热源产生机构、金属粉末送粉机构、激光喷嘴和超声波振子；

所述热源产生机构和所述金属粉末送粉机构同步运动并设置在所述工作台的上表面的上方，使得所述金属粉末送粉机构将金属粉末喷出后被所述热源产生机构熔合形成熔覆层；

所述激光喷嘴与所述热源产生机构同步运动并设置在所述工作台的上表面的上方，使得所述激光喷嘴以利用激光冲击诱导的冲击波对所述熔覆层进行冲击锻打；

所述超声波振动子设置在所述工作台的下表面的下方，使得所述超声波振动子以利用超声振动波对所述熔覆层的内部进行冲击处理。

2.根据权利要求1所述的金属3D打印复合制造装置，其特征在于，还包括：惰性气体保护气罐，所述惰性气体保护气罐与所述金属粉末送粉机构连通，使得所述惰性气体保护气罐对所述金属粉末送粉机构通入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的金属3D打印复合制造装置，其特征在于，所述热源产生机构具体为激光产生机构、等离子产生机构、火焰产生机构或电能热源产生机构。

4.根据权利要求1所述的金属3D打印复合制造装置，其特征在于，还包括：应力仿真计算装置、温度传感器、温度仿真计算装置及控制装置；

所述温度传感器用于检测所述熔覆层的温度；

所述温度仿真计算装置用于获得所述温度传感器的温度信息后进行计算，输出温度场分布数据；

所述应力仿真计算装置获得所述热源产生机构的工作参数、获得所述金属粉末送粉机构的金属粉末的属性、获得所述超声波振动子的工作参数、获得所述激光喷嘴的工作参数和所述温度仿真计算装置的温度场分布数据后进行热机耦合数值计算，输出工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据；

所述控制装置用于获得所述工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据并根据所述工件的残余应力集中区域以及温度场分布数据控制所述热源产生机构、所述金属粉末送粉机构、所述超声波振子和所述激光喷嘴的运行。