[發明專利]一種三維空間任意方向熔覆成型方法

在審

• 申請號: 201811549682.6
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109351973A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 石拓;石世宏;蔣偉偉;傅戈雁
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y70/00
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明涉及了三維空間任意方向熔覆成型方法，包括如下步驟：提供基體，該基體具有需熔覆堆積或被熔覆修復的表面，熔覆材料經由噴頭主體的熔覆通道從噴嘴口噴射至基體的表面，同時，激光通過聚焦鏡聚焦至基體的表面以將熔覆材料熔覆在基體表面上；在所述噴嘴口和聚焦鏡之間形成有將聚焦鏡與噴嘴口之間的未被熔覆的熔覆材料吹散/隔離的防護氣簾。本發明提供的三維空間任意方向熔覆成型方法，當激光熔覆裝置在大角度傾斜和立仰面熔覆或空間連續變換方位時，由噴嘴口送出的熔覆材料不會濺落到聚焦鏡上而損壞聚焦鏡，保障了熔覆的穩定與可靠性，實現了±180°三維空間全方位任意方向熔覆。

技術領域

本發明涉及一種三維空間任意方向熔覆成型方法，屬于激光加工領域。

背景技術

同步送料激光熔覆是金屬合金增材制造的一種主要方法。激光熔覆一般將激光束聚焦并投射到加工基面上形成工作光斑，同時將熔覆材料同步投送到工作光斑中，隨著熔覆噴頭作掃描運動，投入到加工基面上移動的工作光斑中的熔覆材料不斷熔化、凝固并形成連續的熔道。

在激光熔覆過程中，熔覆噴頭一般要求始終向下垂直于加工基面，當基面的傾斜角越大，熔覆噴頭的傾斜角也就越大，熔覆噴頭在空間噴射出的熔覆材料與聚焦光束的耦合效果會變差，傾斜的高溫熔池也越容易流淌甚至滴落，另外，同步噴射的熔覆材料一般只有一部分進入熔池熔化，一部分被熔池表面反彈，還有一部分噴射在熔池以外的熔覆材料在加工基面上被反彈，一般熔覆噴頭的工作傾斜角越大，反彈飛濺的熔覆材料就越容易進入位于熔覆噴頭下方的支撐架的內腔中，特別對于處在大傾斜角加工位和仰面位置進行熔覆作業的熔覆噴頭，飛濺的熔覆材料將直接進入支撐架的內腔中，當熔覆材料接觸到聚焦鏡或者粘附到聚焦鏡上后，會污染鏡面并發熱使聚焦鏡損壞，從而使聚焦性能降低或喪失，造成嚴重的后果。

由于激光熔覆熔池內的高溫熔體當加工基面傾斜角太大時會流淌或滴落以及熔覆材料濺落會污染并損壞聚焦鏡，故至今激光熔覆的基面通常都只能處于水平面或小角度傾斜面。然而，在實際應用中，復雜零構件的成形，大懸垂、扭曲、封閉件的3D成形，不便搬移和拆卸的大型裝備零構件在線原位修復等，都會出現不同的空間傾斜面甚至立仰面，需要熔覆噴頭有更大的傾斜角和空間自由度，實現±180°任意方位無死角熔覆、3D成形或修復作業。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種三維空間任意方向熔覆成型方法，當激光熔覆裝置連續變換方位時，熔覆材料不會落到聚焦鏡上而損壞聚焦鏡，保障了熔覆的穩定與可靠性，實現了±180°三維空間全方位任意方向熔覆。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種三維空間任意方向熔覆成型方法，包括如下步驟：

提供基體，該基體具有需熔覆堆積或被熔覆修復的表面，

熔覆材料經由噴頭主體的熔覆通道從噴嘴口噴射至基體的表面，同時，激光通過聚焦鏡聚焦至基體的表面以將熔覆材料熔覆在基體表面上；

在所述噴嘴口和聚焦鏡之間形成有將聚焦鏡鏡面與噴嘴口之間的未被熔覆的熔覆材料吹散/隔離的防護氣簾。

進一步地，所述防護氣簾與所述噴嘴口的中心軸線之間的夾角大于零。

進一步地，所述防護氣簾與所述噴嘴口的中心軸線趨向于垂直或垂直。

進一步地，所述防護氣簾為以所述噴頭主體為中心在所述噴頭主體的外圍形成輻射狀的防護氣簾。

進一步地，所述聚焦鏡固定在支撐架上，所述防護氣簾為從所述支撐架的一端向其相對的另一端輻射的防護氣簾。

進一步地，所述激光同聚焦鏡聚焦形成用以熔覆熔覆材料的聚焦光束，所述聚焦光束的數量至少為兩條。

進一步地，所述激光同聚焦鏡聚焦形成用以熔覆熔覆材料的聚焦光束，所述聚焦光束為環錐形。