[發(fā)明專利]一種有級變光斑激光熔覆頭及零件制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811318409.2
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109175372B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李滌塵;黃勝;張連重;張曉宇;崔濱
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種有級變光斑熔覆頭及零件制造方法，有級變光斑熔覆頭包括粉末噴頭，粉末噴頭下方螺紋連接冷卻水套筒，粉末噴頭上方安裝激光頭支架，激光頭支架上安裝多個大光斑激光輸出頭與小光斑激光輸出頭，通過開啟與小光斑激光輸出頭連接的激光器的激光輸出，輸出小光斑激光束，成形零件的高精度小光斑輪廓熔覆道及零件精細(xì)結(jié)構(gòu)，通過開啟與大光斑激光輸出頭連接的激光器的激光輸出，輸出大光斑激光束，成形零件尺寸較大部分中大光斑填充熔覆道，本發(fā)明制造零件可以同時兼顧成形精度與效率，定位精度高，通過控制有級變光斑激光熔覆頭上激光輸出頭連接的激光器的激光輸出的啟停，易于實現(xiàn)自動化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有級變光斑激光熔覆頭及零件制造方法。

背景技術(shù)

激光熔沉積屬于一種個性化制造技術(shù)，其原理是采用高能激光束為熱源，在基材上形成的熔池，并由惰性氣體將金屬粉末送入熔池中，依據(jù)CAD數(shù)據(jù)，逐點逐線逐面堆積形成實體零件。在零件修復(fù)、涂層、復(fù)雜零件制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

激光熔覆頭作為激光熔覆沉積裝備的重要零部件，實現(xiàn)了激光、粉末以及基板的能量耦合。恒定光斑激光熔覆頭的優(yōu)點：激光與粉末具有精確的匯聚性，能夠形成尺寸穩(wěn)定、精確的熔覆道。恒定小光斑(如d＝0.5mm)的激光熔覆頭所成形的零件結(jié)構(gòu)精度高，但成形效率低(40mm³/min)，增加了零件制造成本，限制其工業(yè)應(yīng)用。恒定大光斑(如d＝4mm)的激光熔覆頭所成形的零件精度成形效率高(＞3000mm³/min)，但精度低，邊界處存在明顯的熔覆層臺階，需要較大余量的機加工才能使用，且無法成形精細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)類零件。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種有級變光斑激光熔覆頭及零件制造方法，能兼顧成形效率與精度,具有成形效率高、精度高的優(yōu)點。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種有級變光斑激光熔覆頭，包括粉末噴頭1，粉末噴頭1下方螺紋連接冷卻水套筒13，粉末噴頭1上方安裝激光頭支架2，激光頭支架2上安裝2個或2個以上的大光斑激光輸出頭3與小光斑激光輸出頭7，每一個大光斑激光輸出頭3中部安裝大光斑透鏡5，下部安裝大光斑保護鏡6；每一個小光斑激光輸出頭7中部安裝小光斑透鏡9，下部安裝小光斑保護鏡10；通過開啟與小光斑激光輸出頭7連接的激光器的激光輸出，輸出小光斑激光束8，成形零件的高精度小光斑輪廓熔覆道及零件精細(xì)結(jié)構(gòu)，通過開啟與大光斑激光輸出頭3連接的激光器的激光輸出，輸出大光斑激光束4，成形零件尺寸較大部分中大光斑填充熔覆道。

所述的粉末噴頭1上部設(shè)有保護氣孔11，下部設(shè)置粉末輸出孔12。

所述的大光斑激光輸出頭3、小光斑激光輸出頭7輸出的激光光斑尺寸均不相同，或輸出的激光光斑中一個為小尺寸光斑，其余為等尺寸大光斑，每個大光斑激光輸出頭3或小光斑激光輸出頭7連接一個激光器。

所述的粉末輸出孔12采用錐環(huán)式或針管式，當(dāng)采用針管式時，粉末輸出孔12數(shù)量與大光斑激光輸出頭3和小光斑激光輸出頭7的數(shù)量一致。

一種有級變光斑激光熔覆頭的零件制造方法，包括以下步驟：

1)開啟與小光斑激光輸出頭7連接的激光器的激光輸出，激光束經(jīng)小光斑透鏡9與小光斑保護鏡10，輸出小光斑激光束8，同時開啟送粉器，向粉末噴頭1的粉末輸出孔12輸送粉末流15，有級變光斑激光熔覆頭按照輪廓軌跡在基板21上成形一層高精度的小光斑輪廓熔覆道22，關(guān)閉與小光斑激光輸出頭7連接的激光器的激光輸出；

2)有級變光斑激光熔覆頭提升一層層厚高度，開啟與小光斑激光輸出頭7連接的激光器的激光輸出，輸出小光斑激光束8，有級變光斑激光熔覆頭按照輪廓軌跡在基板21上成形一層高精度的小光斑輪廓熔覆道22，關(guān)閉與小光斑激光輸出頭7連接的激光器的激光輸出；