[發明專利]一種中空結構的內壁激光增材制造方法

在審

• 申請號: 201810832006.3
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108889945A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 李俐群;陶汪;王憲
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F5/10;B33Y10/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

一種中空結構的內壁激光增材制造方法，涉及一種中空結構的內壁加工方法。本發明是要解決現有的中空結構類零件內壁加工方法人工操作受限、焊槍無法深入，機械減材加工設備復雜、零件加工成本高的技術問題。本發明：1、三維建模，生成激光掃描路徑數據；2、構件裝夾與預清洗處理；3、激光熔化沉積增材制造；4、后處理、機械打磨。本發明通過增材制造方法實現對內壁結構柔性快速制造，顯著提高效率、降低材料的消耗。并且，工藝方法可以實現內壁修復、熔覆和增材制造等不同功能。采用本發明制造的復雜內壁結構，僅需要簡單后續機械加工提高表面粗糙度即可，可顯著提高構件的制造靈活性與便捷性，也可用于異種材料的內壁結構激光增材制造。

技術領域

本發明涉及一種激光增材制造方法。

背景技術

在航空航天、船舶、汽車等軍用及民用領域中，為了使一些大型的筒體、艙體及箱體等中空結構類零件的抗變形能力更強，或是為了這些零件的裝配需要，亦或是因為一些流體動力學的原因，往往要在結構件的內壁中設計一些凸起、支架、筋板或筋條結構，這些設計為零件的制造帶來了很大的挑戰。

目前這些具有復雜內壁結構的零件，多是采焊接、機械加工的方法制造完成。采用焊接方法時，因為管道內部人工不好操作，也很難開發適用的通用的夾具，待焊接的結構的定位精確度很難保證；尤其當構件內部空間相對較窄，待加工結構位置又較深時，一般的焊槍無法深入，焊接方法無法實施。而采用機械加工的方法時，加工內壁結構的設備非常復雜，而且材料和時間浪費都極大，導致這種零件的加工成本很高。

發明內容

本發明是要解決現有的中空結構類零件內壁的焊接加工方法人工不好操作，焊槍無法深入，而機械加工的設備非常復雜，材料和時間浪費都極大，導致這種零件的加工成本很高的技術問題，而提供一種中空結構的內壁激光增材制造方法。

本發明的一種中空結構的內壁激光增材制造方法是按以下步驟進行的：

步驟一：通過計算機建模軟件對待加工的中空結構件的內壁結構進行三維實體模型的設計，然后采用增材制造分層軟件對所設計的三維實體模型進行分層并生成激光掃描路徑數據，將數據輸入到增材制造設備中；

步驟二：在機床上裝夾待加工的中空結構件，對待加工的中空結構件內壁中待激光增材制造或待激光增材修復的位置進行打磨、清洗；

步驟三：將激光內壁熔覆頭移動至待增材制造或待激光增材修復的位置，啟動增材制造設備，根據步驟一中輸入的數據，采用激光熔化沉積方法在中空結構件內壁進行局部結構的激光增材制造或局部位置的激光增材修復；

步驟四：對激光增材制造或激光增材修復的部位進行后處理，然后進行機械打磨。

本發明步驟一中所述的增材制造分層軟件是德國Fraunhofer ILT研究所的LMDCAM2軟件。

本發明步驟三中所述的激光內壁熔覆頭購買自德國IXUN公司的ICO，購買網址：http://www.ixun-lasertechnik.de/produkte/processing，其中的Internal claddingoptic(ICO)就是。

本發明的待加工的中空結構件的截面可以是任意形狀不局限于常規的圓形或長方形，且各處的橫截面形狀可以相同，也可以不同；激光增材制造的內壁結構可以是與基體相同的材料也可以是異種材料。

采用本發明的方法增材制造的待加工的中空結構件的內壁的徑向長度最小可達50mm；

本發明的增材制造設備包含運動機構、激光器、送粉器、水冷器、激光內壁熔覆頭等，同時可以包含如充氬艙、輔助監測系統等其他設備。

本發明的運動機構為數控或工業機器人，是移動激光內壁熔覆頭的，和激光內壁熔覆頭固定在一起。

本發明的有益效果是：