[發(fā)明專利]一種應(yīng)力控制3D打印再制造裝置及再制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510549746.2
• 申請(qǐng)日: 2015-09-01
• 公開（公告）號(hào): CN105239080A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永康;顧永玉;羅紅平;黃志剛;張永俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23F17/00
• 分類號(hào): C23F17/00;C23C24/10;C21D10/00
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司 44228
• 代理人: 劉媖;沈悅濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，具體涉及激光融覆再制造裝置。

背景技術(shù)

機(jī)械零件長(zhǎng)期使用后易產(chǎn)生疲勞裂紋、磨損、點(diǎn)蝕、斷裂剝落等形式的失效，導(dǎo)致機(jī)械零件使用性能下降或報(bào)廢。為降低損失，減少金屬資源浪費(fèi)，節(jié)約企業(yè)運(yùn)行成本，常對(duì)失效零件進(jìn)行修復(fù)再制造。一般再制造方法有堆焊、激光融覆、激光沖擊、電弧沉積等，激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

申請(qǐng)?zhí)枮?01110326721.8的的中國(guó)發(fā)明專利，公開一種硬齒面齒輪及硬齒面齒輪修復(fù)工藝，提供了一種硬齒面齒輪修復(fù)方法，在經(jīng)過預(yù)處理的齒輪融覆合金材料，然后加工到設(shè)計(jì)尺寸。而申請(qǐng)?zhí)枮?01310054557.9的中國(guó)發(fā)明專利，公開一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷的修復(fù)方法，介紹了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片損傷的修復(fù)方法，該方法依據(jù)待修復(fù)葉片表面尺寸形狀特征進(jìn)行分段處理，設(shè)定各段脈沖等離子熱輸入?yún)?shù)和脈動(dòng)送絲控制參數(shù)，分段進(jìn)行等離子焊接修復(fù)。

激光沖擊修復(fù)是利用激光沖擊波沖擊修復(fù)部位，使該部位材料發(fā)生改性或使填充材料與本體材料融合，如任旭東等的“金屬損傷葉片激光沖擊修復(fù)裝置與方法“（中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?00610161352.0）介紹了一種修復(fù)葉片裂紋的裝置，該裝置包括定位機(jī)械手、儲(chǔ)裝頭、清理刷和控制器，在激光沖擊修復(fù)過程中，通過儲(chǔ)裝頭將高聚物材料補(bǔ)丁提供到修復(fù)部位，定位機(jī)械手將葉片移動(dòng)到激光光斑處，利用激光沖擊波使補(bǔ)丁材料擠入裂紋中并與本體材料結(jié)合，激光沖擊修復(fù)后用清理刷清理修復(fù)表面。

常規(guī)再制造裝置修復(fù)與檢測(cè)分離，需在不同設(shè)備上進(jìn)行，修復(fù)后的零件往往需要后續(xù)進(jìn)行加工；而且修復(fù)后零件的表面產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力需進(jìn)行熱處理消除，零件的變形大，修復(fù)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)力控制3D打印再制造裝置，修復(fù)與檢測(cè)同步進(jìn)行，修復(fù)后的零件抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能高，延長(zhǎng)再制造零件使用壽命，且修復(fù)后的零件不需后續(xù)加工，修復(fù)成本低。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)力控制3D打印再制造裝置,其特征在于：包括機(jī)身、安裝在機(jī)身上的工作臺(tái)、與工作臺(tái)連接的工作臺(tái)控制器、安裝在機(jī)身上圖像采集裝置、激光系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、打印頭和計(jì)算機(jī)；激光系統(tǒng)包括小功率高頻率的打印激光器、大功率低頻率的沖擊激光器和激光系統(tǒng)控制器，送料系統(tǒng)由送料裝置、送料管道和與送料裝置相連接的送料控制器組成；計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線分別與工作臺(tái)控制器、激光器控制器、送料控制器和圖像采集裝置連接；激光器控制器分別與打印激光器、沖擊激光器和打印頭連接；送料裝置通過送料管道與打印頭相連接。

進(jìn)一步地，所述打印頭由送料嘴、反射鏡和透鏡組組成，所述送料裝置通過送料管道與送料嘴相連接。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)內(nèi)置有圖像采集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種利用上述應(yīng)力控制3D打印再制造裝置的再制造方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）將清洗好的待修復(fù)零件安裝通過夾具安裝在工作臺(tái)上；

2）通過圖像采集系統(tǒng)采集待修復(fù)零件的三維圖像，并通過計(jì)算機(jī)建立三維CAD模型與工件原始設(shè)計(jì)模型比對(duì)確定修復(fù)區(qū)域和修復(fù)余量；

3）送料裝置將融覆材料送至打印頭，涂布在零件待修復(fù)處，激光器控制器控制打印激光器發(fā)出融覆激光束，掃描融覆層材料，使融覆層材料熔化并與底層材料融合，再通過控制工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)工件，完成所有待修復(fù)部位；

4）通過激光器控制器控制打印激光器發(fā)出消融激光束，采用消融激光束對(duì)工件表面進(jìn)行修整使其達(dá)到原始設(shè)計(jì)的尺寸精度和表面精度；

5）通過激光器控制器啟動(dòng)沖擊激光器發(fā)出去應(yīng)力激光束，利用去應(yīng)力激光束沖擊工件修復(fù)區(qū)域消除工件修復(fù)因受熱不均產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力；

6）通過激光器控制器控制沖擊激光器產(chǎn)生強(qiáng)化激光束對(duì)工件表面進(jìn)行沖擊強(qiáng)化，使工件表面形成殘余壓應(yīng)力層。

本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。零件的修復(fù)與檢測(cè)同步進(jìn)行，零件的修復(fù)與修復(fù)后的應(yīng)力控制使用同一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行處理，修復(fù)后的零件抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能高，延長(zhǎng)再制造工件使用壽命，且修復(fù)后的工件不需后續(xù)加工，修復(fù)成本低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。