[发明专利]一种基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置及方法

权利要求书

1.一种基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置，其特征在于，包括脉冲激光光路装置、连续光纤激光光路装置、切削加工装置以及激光选区熔化装置；

所述脉冲激光光路装置包括脉冲激光器、第一准直器、第一扫描振镜和第一f-θ镜，所述脉冲激光器产生的激光经过第一准直器后由第一扫描振镜控制并在第一f-θ镜作用下聚焦于成型表面；

所述连续光纤激光光路装置包括连续光纤激光器、第二准直器、第二扫描振镜和第二f-θ镜，所述连续光纤激光器产生的激光经过可调焦的第二准直器后由第二扫描振镜控制并在第二f-θ镜作用下在成型表面聚焦为小光斑或正/负离焦为大光斑；

所述切削加工装置包括切削刀具、切削刀具库、切削刀具X轴运动臂、切削刀具Y轴运动臂以及切削刀具Z轴运动臂，所述切削刀具设置在切削刀具X轴运动臂、切削刀具Y轴运动臂以及切削刀具Z轴运动臂上，并可在切削刀具库中更换切削刀具；

所述切削加工装置位于激光选区熔化装置的成型室内，所述切削刀具可通过切削刀具X轴运动臂、切削刀具Y轴运动臂以及切削刀具Z轴运动臂到达成型缸的任意位置。

2.根据权利要求1所述基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置，其特征在于，所述激光选区熔化装置包括装置本体、激光选区熔化成型的成型缸、粉料缸、粉末回收缸以及铺粉车。

3.一种基于权利要求1或2中任一项所述基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置的增减材复合式制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据零件的属性要求，对零件的数据模型进行数据处理，分别得到增材处理与减材处理下所需数据；

增材处理，连续光纤激光器发出的激光经过第二准直器调焦使其在成形加工表面聚焦成为小光斑连续激光束，该小光斑连续激光束在第二扫描振镜的控制下进行SLM成形零件，同时，由脉冲激光器发出的激光经过第一准直器聚焦于成形加工表面，并根据得到的路径数据由第一扫描振镜控制，对已成形零件表面进行重熔以及脉冲冲击强化；

减材处理，连续光纤激光器发出的激光束在第二准直器的动态调焦作用下，在成形加工表面正/负离焦为大光斑连续激光束，该大光斑连续激光束在第二扫描振镜的控制下根据预定得到的路径数据对预切削加工的金属基体进行辐照软化，切削加工装置对零件进行铣削加工；

继续下一部分零件的增材与减材处理，重复增材处理步骤和减材处理步骤，直至完成整个零件的成型加工。

4.根据权利要求3所述的增减材复合式制造方法，其特征在于，所述增材处理与减材处理下所需数据具体为：

所述增材处理所需数据包括：切片数据和脉冲激光扫描路径数据；

所述减材处理所需数据包括：切削刀具路径数据、连续激光预热金属的扫描路径数据以及脉冲激光边缘冲击路径。

5.根据权利要求4所述的增减材复合式制造方法，其特征在于，所述零件的数据模型需考虑减材切削加工的实际情况，预留减材加工的切削余量、优化走刀路径；

所述切削余量由精度要求、切削角度确定；

所述增材处理中的脉冲激光扫描路径数据包括重熔数据、脉冲激光冲击强化数据；

所述连续激光预热金属的扫描路径数据应结合减材切削加工部位确定，应与减材切削加工路径一致。

6.根据权利要求3所述的增减材复合式制造方法，其特征在于，所述重熔用于消除零件内部微孔、裂纹缺陷，具体为：

在连续激光束进行激光选区熔化成形当前层后，采用脉冲激光束对已凝固金属进行重新熔化凝固以减少未熔粉末缺陷以及愈合微裂纹。

7.根据权利要求3所述的增减材复合式制造方法，其特征在于，所述脉冲冲击强化具体为：

采用高能、高压脉冲激光束对每层零件的精确冲击强化，实时调整零件各部位的应力分布，减少应力分布不均匀造成的变形、开裂。