[發明專利]一種超聲波輔助激光沉積增材制造方法及裝置

有效

• 申請號: 201910100812.6
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109604603B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 張洋;郭玉奇;楊紹普;齊海波;曹雅彬;趙晉津;劉永強
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 王朝

1.一種超聲波輔助激光沉積增材制造裝置，其特征在于，包括：

基板(1)，固定于支架(11)上，用于固定基材(8)；

激光沉積單元(2)，具有位于所述基板(1)上方的移動激光沉積頭(21)；

激光頭定位單元，設于所述支架(11)上，用于監測所述移動激光沉積頭(21)在平行于所述基板(1)的平面上的位置；

平移機構，與所述支架(11)連接，平移端在平行于所述基材(8)的平面上平移；

超聲振動單元，具有設于所述平移端上并與所述基板(1)下板面貼合的振動頭(5)；

同步控制器(6)，輸入端與所述激光頭定位單元的信號輸出端電連接，輸出端與所述平移機構電連接，用于根據所述激光頭定位單元的移動激光沉積頭(21)位置信號控制所述平移端的平移；以及

升降機構，升降端在垂直于所述基板(1)的方向上升降，所述平移機構設于所述升降端上，所述升降機構用于使所述振動頭與所述基板的下板面緊密接觸。

2.如權利要求1所述的超聲波輔助激光沉積增材制造裝置，其特征在于：所述激光頭定位單元包括，

多個激光發射端(31)，位于所述移動激光沉積頭(21)一側且沿平行于所述基板(1)的直線排列；以及

多個激光接收端(32)，位于所述移動激光沉積頭(21)另一側，沿平行于所述基板(1)的直線排列并與所述激光發射端(31)一一對應；

多個所述激光發射端(31)和多個所述激光接收端(32)之間形成覆蓋所述移動激光沉積頭(21)移動范圍的檢測區。

3.如權利要求1所述的超聲波輔助激光沉積增材制造裝置，其特征在于：

所述同步控制器(6)的輸出端與所述升降機構電連接用于控制升降端的升降。

4.如權利要求1所述的超聲波輔助激光沉積增材制造裝置，其特征在于：所述升降機構包括：

兩個導桿(71)，與支架(11)連接，垂直于基板(1)；

升降臺(72)，位于基板(1)下方，兩端分別與兩個導桿(71)滑動連接，形成升降端；

升降絲杠，與導桿(71)平行設置，一端設有升降驅動電機；以及

升降絲母，套設于升降絲杠外并與升降臺(72)連接；

同步控制器(6)的輸出端與升降驅動電機電連接。

5.一種超聲波輔助激光沉積增材制造方法，其特征在于，采用如權利要求1至4任一項所述的超聲波輔助激光沉積增材制造裝置，包括：

清理基材(8)加工面；

在所述加工面上形成沉積熔池；

利用超聲振動頭(5)通過振動傳導對所述沉積熔池施加超聲振動；

使所述沉積熔池移動，移動所述超聲振動頭(5)并保持所述超聲振動頭(5)到所述沉積熔池的振動傳導距離不變，使所述沉積熔池的振幅保持不變；

所述沉積熔池內的熔液冷卻后形成沉積層。

6.如權利要求5所述的超聲波輔助激光沉積增材制造方法，其特征在于：所述移動超聲振動頭(5)并保持所述超聲振動頭(5)到所述沉積熔池的振動傳導距離不變包括：

移動超聲振動頭(5)并保持所述超聲振動頭(5)與所述沉積熔池的相對位置保持固定。

7.如權利要求5所述的超聲波輔助激光沉積增材制造方法，其特征在于：在所述沉積熔池經過處冷卻后形成沉積層之后，還包括：

將所述沉積層的溫度保持在預設范圍內，利用所述激光沉積裝置在所述沉積層上沿與所述沉積層的掃描路徑不同的另一掃描路徑沉積下一層沉積層。

8.如權利要求5所述的超聲波輔助激光沉積增材制造方法，其特征在于：所述基材(8)為鑄造鋁合金構件，所述清理基材(8)加工面包括：

利用NaOH堿液清洗所述加工面，去除所述加工面上的氧化膜；

清水沖洗所述加工面，除去NaOH堿液；

利用HNO₃酸溶液清洗所述加工面，除去殘余的NaOH堿液；

清水沖洗所述加工面，除去HNO₃酸溶液；

吹干所述加工面。