[發明專利]雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復合增材制造方法

在審

• 申請號: 201710413348.7
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107475709A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 張永康;張崢;關蕾;楊青天;楊智帆
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D10/00;B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

1.雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復合增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

所述雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復合增材制造是指兩束不同功能的激光束同時且相互協同制造金屬零件的過程；第一束連續激光利用熱效應對金屬粉末進行熔敷，與此同時第二束短脈沖激光直接作用在鍛造溫度范圍內的熔敷金屬表面，金屬表層吸收激光束能量后氣化電離形成沖擊波，利用第二束短脈沖激光沖擊波力學效應對處于鍛造溫度范圍內的熔敷層進行沖擊鍛打；

同軸送粉量由送粉器監測與控制，同軸送粉量決定了熔敷區厚度與面積，同時影響第一束連續激光束移動速度和第二束短脈沖激光鍛打參數；如送粉量超出/未達到第一束連續激光處理量，則降低/升高第一束連續激光束移動速度，形成耦合控制；

第二束短脈沖激光鍛打參數由光束質量檢測儀器或裝置監測與控制，由熔敷區材料厚度確定脈沖激光的脈沖寬度，使整個熔敷層深度材料獲得充分鍛打透徹；由熔敷區材料面積確定脈沖激光鍛打頻率和光斑大小，確保激光沖擊鍛打移動速度與激光熔敷速度匹配，并保證鍛打區溫度始終處于最容易塑性變形的溫度范圍內；如熔敷區材料面積/厚度超出第二束短脈沖激光處理極限，則降低第一束連續激光束移動速度，形成閉環控制，反之亦然；

雙激光束同時且相互協同地逐層堆疊熔敷區材料形成工件，使得加工效率提高1～2倍；通過調整激光沖擊鍛打頻率及脈沖功率密度，解決了不同材料冷卻速率及鍛造溫度區間大小的差異，使熔敷層在較高的塑性及低變形抗力下完成沖擊強化并通過激光沖擊鍛打頻率與壓力參數調控激光熔敷速度與送粉參數；激光沖擊鍛打使熔敷層晶粒顯著細化，不同材料熔敷成形后的強度和疲勞壽命可提高幾倍到幾十倍不等；上述各工藝參數的穩定性保證了逐層晶粒尺寸可控，從而實現整個熔敷層晶粒尺寸的均勻性；消除了熔敷層的氣孔等內部缺陷和熱應力，提高了金屬零件的內部質量和綜合力學性能，并有效控制宏觀變形與開裂問題。

2.如權利要求1所述的雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復合增材制造方法，其特征在于，根據不同熔敷金屬材料的鍛造溫度特性，建立所述第一束連續激光束鍛造溫度場模型與在線檢測及控制方法；通過檢測鍛打熔敷層的晶粒尺寸、殘余應力分布和微觀組織等試驗，完善鍛打溫度場模型，使材料熔敷-冷卻后處于最適合金屬塑性成形溫度區間(鍛造溫度)，由第二束短脈沖激光進行沖擊鍛打，形成閉環控制。

3.如權利要求1所述的雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復合增材制造方法，其特征在于，雙激光束復合制造工藝參數實行在線檢測和控制，第二束短脈沖激光可對熔敷層進行正面或者側面15°～165°內任意角度或者位置的沖擊鍛打，具有激光脈沖能量、激光脈沖寬度、重復頻率、光斑尺寸和形狀等參數精確可控可調，可處理不同結構特點的熔敷成形零件。