[发明专利]一种多模式丝粉混合激光增材制造系统与方法

说明书

本发明公开了一种多模式丝粉混合激光增材制造系统与方法，所述多模式丝粉混合激光增材制造系统由六轴机器人、可调节供粉装置、供粉管路、输出光纤、光纤激光器、激光控制线、供粉控制线、工控机、机器人控制线、送丝控制线、送丝装置、金属丝材、激光头、工作台和保护气装置构成，所述方法在零件形状简单的位置采用激光熔丝增材制造工艺，在零件形状复杂的位置采用激光熔粉增材制造工艺。本发明采用的丝粉混合模式增材制造工艺在保证零件复杂性和表面精度的基础上，提高了生产效率以及材料利用率，降低成本，改善工作环境。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种多模式丝粉混合激光增材制造系统与方法。

背景技术

激光增材制造自上世纪90年代发展起来，所制造的部件可用于航空航天、轨道交通和医疗健康等领域。激光增材制造基于离散-堆积原理，把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，可以在不用模具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了制造效率和制造柔性。此外，激光增材制造工艺还可以用来战场快速抢修和制备表面功能涂层。

目前，激光增材制造技术可分为选区激光熔化、激光金属沉积和电子束熔炼等，主要采用送粉的方式，且在增材制造市场占据主导地位。送粉式激光增材技术能制造出具有复杂性高、表面质量好等特点的零件。然而，在材料选择、零件尺寸、衬底几何形状和沉积速率等方面存在限制，因此不适用于制造尺寸较大的零件。同时，送粉式激光增材制造的材料利用率很低，粉末颗粒对周围环境和操作者都有一定危害。送丝式激光增材制造不仅材料利用率高、成本较低，且无粉尘污染，但成形结构简单、表面粗糙度高和成形精度较低，适用于制造形状简单的零件。因此基于金属粉末的增材制造和基于金属丝材的增材制造是相互矛盾的，也是优势互补的两种工艺方法。

本发明采用多模式丝粉混合激光增材制技术在材料的选择更加灵活，易于扩展可打印部件的尺寸、提升生产效率和材料利用率、降低生产成本。同时减少工作环境的粉尘，改善施工环境。

发明内容

本发明提供一种多模式丝粉混合激光增材制造系统与方法，目的在于克服现有技术存在的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种丝粉混合式激光增材制造系统，包括六轴机器人、可调节供粉装置、供粉管路、输出光纤、光纤激光器、激光控制线、供粉控制线、工控机、机器人控制线、送丝控制线、送丝装置、金属丝材、激光头、供粉喷嘴、出丝铜管、工作台、保护气装置。其中：送丝装置、金属丝材和出丝铜管构成可变速送丝系统，可调节供粉装置和供粉喷嘴构成供粉系统，工控机通过激光控制线控制光纤激光器，工控机通过供粉控制线控制供粉系统，工控机通过送丝控制线控制送丝系统，工控机通过机器人控制线控制六轴机器人运动轨迹。

本发明中，所述供粉喷嘴和出丝铜管均集成在激光头上面并且安装在在六轴机器人的机器臂上面。

本发明中，所述供粉喷嘴有四个，相互之间呈90°分布在激光头四周；所述出丝铜管从所述激光头侧向送丝。

本发明中，所述可调节供粉装置通过供粉管路将金属粉末送入激光头内。

一种丝粉混合激光增材制造方法，其特征在于，形状简单的位置采用激光熔丝增材制造工艺；形状复杂的位置采用激光熔粉增材制造工艺

一种丝粉混合激光增材制造方法，其特征在于所述方法步骤如下：

1、将金属粉末颗粒和金属丝材放入可调节供粉装置和送丝装置内；

2、对三维实体模型进行评估，确定送丝和送粉部位；

3、通过三维建模软件建立需要打印部件的三维模型，将三维模型导入切片软件中进行切片处理；

4、根据初始路径参数和评估所确定的送粉送丝部位，设定部件的激光工艺参数、扫描策略以及供粉系统和送丝系统的打开关闭时间，获得最优路径下的打印参数和机器人运行代码；