[發明專利]激光增材與激光微納加工一體化裝置與方法

在審

• 申請號: 202010156197.3
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111390167A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 楊亮;吳文杰;馬紅林;范樹遷
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B23K26/359;B29C64/153;B29C64/20;B28B1/00;C03B19/01;B33Y10/00;B33Y40/10;B33Y40/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 蘭渝宏

1.一種激光增材制造與激光微納加工一體化裝置，其特征在于，所述一體化裝置包括雙光束同軸動態聚焦掃描系統，氣體控制系統，粉末鋪設系統，機械運動系統，激光選區熔化系統，激光微納加工系統和軟件控制系統；

所述氣體控制系統用于所述一體化裝置的打印機腔體抽真空及通入保護氣體；所述粉末鋪設系統用于在所述打印機腔體內鋪設粉末材料；所述機械運動系統通過控制升降臺的升降和刮粉裝置的運行來控制所述一體化裝置中其它系統的機械運動；

所述雙光束同軸動態聚焦掃描系統用于將兩束不同作用的激光束進行調控；所述激光選區熔化系統包括所述雙光束同軸動態聚焦掃描系統和激光選區熔化用激光器，用于對所述粉末材料進行分層成形，獲得成形零件；所述激光微納加工系統包括所述雙光束同軸動態聚焦掃描系統和激光微納加工用激光器，用于對所述成形零件側壁及表面加工形成預定的圖案化微納結構；

所述軟件控制系統用于控制整個一體化過程，包括控制所述抽真空、通入保護氣體及氧含量的監控；控制所述粉末鋪設系統攤鋪所述粉末材料及所述粉末材料層厚度的設置；控制所述激光選區熔化系統預定掃描路徑的規劃及掃描參數的設置；控制所述激光微納加工系統預定結構化圖案及加工參數的設置。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述雙光束同軸動態聚焦掃描系統可以將兩條光路上的激光分別經擴束鏡擴束后再由動態聚焦鏡聚焦，然后所述兩束激光再經過二向色鏡進行合束，最后經過二維掃描振鏡實現掃描。

3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光選區熔化系統還包括第一水冷機和第一光學組件。

4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述激光選區熔化用激光器為連續激光或脈寬大于1us以上的脈沖激光器，激光選區熔化用激光的波長范圍為300nm-10.6μm。

5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光微納加工系統還包括第二水冷機和第二光學組件。

6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述激光微納加工用激光器為脈寬為大于1fs和小于100ns的脈沖激光器，激光微納加工用激光的波長范圍為13.5nm-1080nm。

7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光選區熔化預定掃描路徑的規劃及掃描參數的設置包括激光選區熔化用激光功率、掃描速度和掃描間距；所述激光微納加工預定結構化圖案及加工參數的設置包括激光微納加工用激光功率、脈沖寬度、脈沖作用時間、速度和間距。

8.一種激光增材制造與激光微納加工一體化的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100:將粉末材料裝入儲粉器中，根據實體零件，建立其幾何模型，并對所述幾何模型切片使其離散化，生成STL格式文件；

S102:根據所述切片的結果規劃激光選區熔化或燒結的第一掃描路徑，以及激光微納加工結構化圖案的第二掃描路徑；

S104:對成形腔體抽真空，然后通入保護性氣體；

S106:在所述成形腔體內的基板上進行鋪設粉末材料，形成粉末層；

S108:利用激光選區熔化或燒結所述粉末材料，對所述粉末層按照所述第一掃描路徑進行掃描成形，獲得初步成形零件；

S110:利用脈沖激光按照所述第二掃描路徑對所述初步成形零件進行單層側壁的結構化處理，并在所述初步成形零件的頂層對整個所述初步成形零件的表面進行結構化處理，使所述初步成形零件獲得表面功能；

S112:在所述粉末層的基礎上，降低一層粉末的厚度，重復步驟上述步驟S106–S110，直至獲得側壁具有微納結構的完全成形零件；

S114:利用所述脈沖激光對所述完全成形零件的上表面按所述第二掃描路徑進行所述激光微納結構加工。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述一體化的方法是基于分層制造，交替進行所述步驟S108和所述步驟S110。