[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：对零件的数据模型进行数据处理；增材处理，小光斑连续激光束SLM成型零件，脉冲激光束对成型零件表面进行重熔、激光冲击强化；减材处理，大光斑连续激光束对待加工零件进行辐照软化，切削刀具装置对零件进行铣削加工；切换至增材制造模式，继续下一部分零件的增材堆积成型；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。本发明利用多激光原位调控，多波长激光增材、减材以及刀具铣削一体化协同成形，实现低缺陷、高精度、高性能零件的高效、一体化增减材复合制造。

技术领域

本发明属于増材制造技术领域，具体涉及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。

背景技术

激光选区熔化技术(SLM)是一种通过高能激光使粉末快速熔化凝固并层层堆积成型的增材制造技术。在成型过程中，激光能量的高斯分布使激光在熔化粉末过程中容易使已成型零件边缘存在大量半粘附粉末，这些粘附粉末不仅影响表面质量，甚至会成为零件受载荷作用下失效的起源。随着技术的发展，由于脉冲激光器具有能量高、作用时间短等优点，因此可以应用于激光增材制造领域。利用高能脉冲激光可微切割激光选区熔化制造零件表面的半粘附粉末，提升表面质量。另外，与传统喷丸等表面强化方式类似，脉冲激光可通过激光的高能、高压冲击作用实现零件局部的精确冲击强化效果。该强化方式具有非接触、无热影响区、强化效果显著等特点，因此可用于成型过程中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、开裂等缺陷。同时，可通过脉冲激光的重熔作用减少孔洞、裂纹等缺陷。

由于粉末的快速熔化凝固，激光选区熔化技术制造的零件内部组织晶粒比传统加工方法更精细、位错密度更高，因此零件硬度、延展性等更高，这无疑使激光增减材复合制造过程中的铣削等减材加工更困难。因此可在减材加工过程中通过大光斑连续激光辐照待减材加工的部位，使金属软化，降低加工难度，提高切削效率，延长刀具寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出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，通过增材制造模式与减材制造模式的切换，可对增材制造零件的预定平面区域进行减材切削加工，实现低缺陷、高精度、高性能零件的高效、一体化增减材复合制造。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置，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。

进一步的，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。

本发明还包括基于所述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，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；