[发明专利]一种多自由度柔性增材制造设备及方法

说明书

本发明属于复合增材制造相关技术领域，其公开了一种多自由度柔性增材制造设备及方法，该制造设备包括至少两个激光器组件、电弧焊机组件及调节组件，所述调节组件用于承载所述激光器组件及所述电弧焊机组件，并分别用于调节所述激光器组件及所述电弧焊机组件的位姿，进而调节所述激光器组件发射的激光束与所述电弧焊机组件产生的电弧之间的相对位置；至少两个所述激光器组件绕所述电弧焊机组件设置，且至少两个所述激光器组件发射的激光束与所述电弧焊机组件传送的焊丝相交于同一点；至少两个所述激光器组件能同时或者分时输出激光束。本发明实现了激光束的单独控制，消除了可能出现的气孔缺陷，便于操作。

技术领域

本发明属于复合增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种多自由度柔性增材制造设备及方法。

背景技术

作为一种新型增材制造技术，激光电弧复合增材制造(以下简称为复合增材)能通过激光对电弧的吸引，使电弧的热量更集中在熔池一侧，抑制弧根漂移，能够同时提高电弧的高速稳定性和能量输入效率，进一步提高电弧增材制造的精度和沉积效率。根据激光和电弧的排列方式，可以分为旁轴和同轴复合两种。其中，因为设备相对简单及灵活度高等特点，旁轴复合式应用较为广泛，如专利CN107283061A公开了一种激光-CMT焊接铝合金增材制造方法和成型系统，将激光和CMT电弧作为复合热源，感应线圈作为预热装置，实现对铝合金构件的增材制造成形，但是其光丝间距为-6mm～6mm，因而存在下述技术问题：1.由于CMT电弧和激光光源的非同轴性，因为沉积方向的不同可分为激光引导和电弧引导两种方式，根据成形材料特性和实际需求，一般只采用单一引导方式进行增材，因此需要配合变位机旋转工件位置，降低了成形精度，且难以用于复杂曲面的增材；2.过大或者过小的光丝间距在成形拐角处不易保持稳定，导致激光-电弧相互作用对电弧燃烧、熔滴过渡以及材料沉积的稳定增强效应减弱，成形和过程稳定性变差，显微组织不均匀甚至出现制件性能下降等问题，尤其是对铝合金等轻质合金的影响更为严重。

针对上述问题，专利CN206605170U公开了一种激光-CMT电弧同轴复合增材制造装置，其通过分光镜将入射光分成至少两束反射激光，并采用反射聚焦镜将上述反射激光接收并反射成聚焦激光，与中空垂直布置的CMT焊机形成同轴对称分布的复合热源，解决了激光与电弧的不同轴问题，避免了沉积方向性的问题。但是同样存在以下一些问题，主要包括：1.由于采用同一束激光进行分光，激光功率不可调控；2.对光学组件精度要求较高，光路调节复杂；3.功能单一，主要以复合热源为主，不能边增材边激光改性，并不适用于需要进行激光改性或者有其他需求的材料；4.由于各沉积层未熔透，高功率激光极易产生的气孔缺陷并不能得到很好的解决。相应地，本领域存在着发展一种可调控性较好的多自由度柔性增材制造设备及方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多自由度柔性增材制造设备及方法，简单的采用同轴式复合增材制造设备并不能完全满足复合增材的同时提高沉积效率和成形精度的要求，基于于此，所述制造设备将激光与电弧形成复合热源，并搭配激光发射器上设置的振镜组件，如此不仅可以实现同轴复合增材制造，并能提供后续的激光改性/补焊功能，配合相关组件和工艺调节，消除了可能出现的气孔缺陷，同时具备便于操控和后期易维护等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多自由度柔性增材制造设备，所述制造设备包括至少两个激光器组件、电弧焊机组件及调节组件，所述调节组件用于承载所述激光器组件及所述电弧焊机组件，并分别用于调节所述激光器组件及所述电弧焊机组件的位姿，进而调节所述激光器组件发射的激光束与所述电弧焊机组件产生的电弧之间的相对位置；

至少两个所述激光器组件绕所述电弧焊机组件设置，且至少两个所述激光器组件发射的激光束与所述电弧焊机组件传送的焊丝相交于同一点；至少两个所述激光器组件能同时或者分时输出激光束。

进一步地，所述制造设备还包括控制器，所述激光器组件、所述电弧焊机组件及所述调节组件分别连接于所述控制器，所述控制器用于控制所述调节组件动作以分别调节所述激光器组件及所述电弧焊机组件的位姿。