[發(fā)明專利]一種基于激光銑削的激光熔覆快速精密制造方法及裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110288208.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102304712A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王明娣;宋成法;劉秀波;郭開(kāi)波;傅戈雁;石世宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;B23K26/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光熔覆制造，具體涉及一種基于激光銑削的激光熔覆快速精密制造方法及裝置。

背景技術(shù)

激光熔覆制造，是指金屬零件的激光加工直接成型，該技術(shù)采用中、大功率激光器熔化同步供給的金屬粉末，在沉積基板上逐層堆積而形成金屬零件。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)加工方法去除成型的概念，采用添加材料的方法成型零件，不存在材料浪費(fèi)問(wèn)題；可處理的材料十分廣泛，特別適用于傳統(tǒng)方法難以成型的材料；成型時(shí)工具和工件之間不存在干涉，零件的幾何形狀幾乎不受限制；成型時(shí)無(wú)需任何模具，可顯著縮短零件制造周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，特別有利于復(fù)雜形狀、多品種小批量零件的生產(chǎn)；所成型零件致密度高，具有快速凝固組織特征，能滿足直接適用要求，在航天器件、飛行發(fā)動(dòng)機(jī)零件及武器零件的制備上具有廣闊的應(yīng)用前景；此外還可以通過(guò)改變成型材料，很方便的制備功能梯度材料和不同部位由不同材料組成的零件。因此，高質(zhì)量低成本的制備、成形、加工一體化的短流程激光熔覆精密制造技術(shù)已成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。

現(xiàn)有激光熔覆成型零件一般均采用無(wú)支撐成型技術(shù)，由于支撐條件缺乏，成型件大都為直壁或小傾角件，大側(cè)斜或懸角的復(fù)雜形狀零件在成型過(guò)程中可能因重力造成流淌甚至坍塌，其次激光熔覆制造作為層疊添加式制造過(guò)程，每一個(gè)熔覆層的形貌是由激光功率、掃描速度、送粉速度、光束直徑、熔道及層間搭接率等多個(gè)工藝參數(shù)共同決定，任何一個(gè)因素的不穩(wěn)定性或?qū)盈B循環(huán)過(guò)程中可能產(chǎn)生的擾動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致熔覆層出現(xiàn)凹凸不平和掛渣，如果這些凹凸不平和掛渣不及時(shí)有效的處理掉，則容易導(dǎo)致制造過(guò)程出現(xiàn)不可控情況，導(dǎo)致最后成型困難。

為了保證激光熔覆制造過(guò)程能持續(xù)進(jìn)行，并達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用所需的尺寸和表面精度，一些技術(shù)人員利用閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)在線檢測(cè)零件高度，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)激光功率、掃描速度、送粉速度等工藝參數(shù)從而來(lái)消除零件成型過(guò)程中出現(xiàn)的凹凸不平和掛渣，但是由于控制系統(tǒng)不可避免的存在滯后性，因而并不能完全實(shí)現(xiàn)加工目的。還有一部分技術(shù)人員通過(guò)在成型過(guò)程中和成型完成后對(duì)零件進(jìn)行精整加工，然而，直接成型的金屬零件因急冷凝固使表面硬度增大，導(dǎo)致后期加工非常困難，形狀復(fù)雜的零件有時(shí)還需要夾具配合多次裝夾，致使加工時(shí)間較長(zhǎng)，甚至要占整個(gè)制造周期的60%以上，從而極大的限制了激光熔覆制造零件短流程、快速制造、高精度的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于激光銑削的激光熔覆快速精密制造方法及裝置，使用該方法及裝置，加快了激光熔覆制造的速度，縮短了制造流程，并且制造精度較高。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于激光銑削的激光熔覆快速精密制造方法，包括下列步驟：

⑴首先作出待制造零件的3D實(shí)體模型，利用控制計(jì)算機(jī)的分層軟件進(jìn)行預(yù)處理獲取零件各截面幾何信息，構(gòu)建零件形貌檢測(cè)系統(tǒng)；

⑵控制計(jì)算機(jī)控制激光器及送粉器將光束及粉束經(jīng)光內(nèi)同軸送粉噴頭噴射至工作臺(tái)上的基材表面形成熔覆層，進(jìn)行激光熔覆制造；

⑶CCD探測(cè)儀采集工作臺(tái)加工區(qū)域的數(shù)字圖像，并傳遞至控制計(jì)算機(jī)的零件形貌檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量零件高度和截面尺寸；

⑷零件形貌檢測(cè)系統(tǒng)將CCD探測(cè)儀采集的零件信息與預(yù)處理獲取的零件信息進(jìn)行比較，如果熔覆層高度和截面尺寸超出預(yù)期，則控制計(jì)算機(jī)關(guān)閉激光器及送粉器，熔覆層移動(dòng)至工作臺(tái)上激光銑削工位，控制計(jì)算機(jī)控制激光銑削頭對(duì)熔覆層超出部分進(jìn)行銑削，從而完成激光熔覆快速制造。

一種基于激光銑削的激光熔覆快速精密制造裝置，包括工作臺(tái)，設(shè)置于工作臺(tái)上方的光內(nèi)同軸送粉噴頭，所述光內(nèi)同軸送粉噴頭的輸入端分別經(jīng)送粉器及激光器與控制計(jì)算機(jī)連接，所述工作臺(tái)旁設(shè)有一CCD探測(cè)儀，所述CCD探測(cè)儀信號(hào)輸出端與控制計(jì)算機(jī)連接，所述控制計(jì)算機(jī)輸出端連接激光銑削機(jī)構(gòu)，所述激光銑削機(jī)構(gòu)設(shè)置于工作臺(tái)上方。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述激光銑削機(jī)構(gòu)包括光纖激光器，所述光纖激光器出光口下方設(shè)有擴(kuò)束鏡及掃描頭，所述光纖激光器、擴(kuò)束鏡及掃描頭的控制端分別與所述控制計(jì)算機(jī)連接。