[實用新型]一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721140225.2
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN207386797U
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王波;朱訓(xùn)明;張洪濤;金偉;桑健;王云峰;高丙路;劉旦
• 申請（專利權(quán)）人: 威海萬豐鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B33Y40/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜;李新欣

本實用新型公開了一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置，該裝置包括工作臺，和位于工作臺上的超聲滾焊壓頭以及安裝在所述超聲滾焊壓頭兩端的超聲換能器一和超聲換能器二，所述超聲滾焊壓頭的后方設(shè)有掃描激光頭和保護(hù)氣裝置，所述掃描激光頭和保護(hù)氣裝置與超聲換能器一和超聲換能器二的水平進(jìn)給速度相同，工作臺上位于超聲滾焊壓頭下方放置金屬箔帶，所述金屬箔帶側(cè)面上方設(shè)有紅外線測溫儀，所述紅外線測溫儀通過控制系統(tǒng)與掃描激光頭信號連接。本實用新型通過激光束跟隨超聲波滾焊壓頭對焊接部位進(jìn)行二次固結(jié)，以激光固結(jié)技術(shù)輔助超聲波快速成型，促進(jìn)金屬箔帶在結(jié)合界面處的原子擴散，以實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能環(huán)保的超聲波増材制造過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及超聲焊接增材制造領(lǐng)域，特別涉及一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置及制造方法。

背景技術(shù)

増材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)俗稱3D打印、快速原型制造(RapidPrototyping)或者實體自由制造(Solid Free-form Fabrication)，是基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系，被譽為制造領(lǐng)域的突破性成果。超聲增材制造(Ultrasonic Additive Manufacturing，UAM)技術(shù)于1999年由密西根大學(xué)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化并成立公司，在經(jīng)歷不斷的技術(shù)更新后，在鋁、銅、鎳、鈦等多種金屬及合金中的增材制造中取得了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)通過金屬箔片間的高頻振動摩擦實現(xiàn)材料的高強度的原子間固相結(jié)合，同時配合精密的數(shù)控機械加工等減材制造技術(shù)實現(xiàn)零件的近凈成形。

在實際應(yīng)用中該技術(shù)存在以下缺陷：一是超聲波發(fā)生器和換能器功率受限，單個換能器功率一般在6KW以下且價格昂貴，可連接箔片厚度較小，一般在0.5mm以下且寬度不超過20mm。其次，在現(xiàn)有設(shè)備功率的限制下，部分金屬材料如鋁、銅等導(dǎo)熱系數(shù)較大，在超聲波焊接過程中易產(chǎn)生能量不足，連接強度下降的現(xiàn)象。

綜上所述，目前超聲波増材制造技術(shù)主要受限于換能器最大功率和材料本身的熱力學(xué)性質(zhì)和材料熱傳導(dǎo)方式以及散熱條件的差異，超聲増材制造零部件的結(jié)合質(zhì)量和效率仍然制約著該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置及制造方法，以達(dá)到促進(jìn)金屬箔帶在結(jié)合界面處的原子擴散，以實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能環(huán)保的超聲波増材制造過程的目的。

為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置，包括工作臺，和位于工作臺上的超聲滾焊壓頭以及安裝在所述超聲滾焊壓頭兩端的超聲換能器一和超聲換能器二，所述超聲滾焊壓頭的后方設(shè)有掃描激光頭和保護(hù)氣裝置，所述掃描激光頭和保護(hù)氣裝置與超聲換能器一和超聲換能器二的水平進(jìn)給速度相同，所述工作臺上位于超聲滾焊壓頭下方放置金屬箔帶，所述金屬箔帶側(cè)面上方設(shè)有紅外線測溫儀，所述紅外線測溫儀通過控制系統(tǒng)與掃描激光頭信號連接。

上述方案中，所述金屬箔帶包括鋁、銅、鎳、鈦金屬及其合金。

上述方案中，所述超聲換能器一和超聲換能器二的功率為4000W。

上述方案中，所述掃描激光頭的激光發(fā)生器為1064nm波長的連續(xù)光纖激光器，最大功率為200W，光斑直徑0.06mm，掃描激光頭光斑輻射最大寬度為40mm。

一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置的制造方法，超聲滾焊壓頭對放置在工作臺上的金屬箔帶進(jìn)行滾焊加工，掃描激光頭對滾焊后的金屬箔帶進(jìn)行二次固結(jié)，增加連接界面處擴散層厚度，改善疊層零件質(zhì)量。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述紅外線測溫儀通過控制系統(tǒng)來控制掃描激光頭與金屬箔帶接觸位置的溫度。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述金屬箔帶之間通過并列平鋪多層疊加和垂直平鋪多層疊加的方式進(jìn)行連續(xù)堆積成型，也可以為其他任意方式的層疊。