[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

本發明屬于3D打印和精細加工制造領域，特別涉及一種激光增材與激光微納加工一體化的裝置與方法。本發明讓激光增材與表面結構化處理同時在線進行，一體化解決零件的成形和表面功能化問題，不僅簡化了工序；而且使增材和微納加工均基于分層技術在二維平面上進行的，讓整個加工過程處于開放空間中，可以不受實體三維空間的限制。進一步地，本發明設計的同軸動態聚焦掃描系統實現了增材制造與微納加工處于同一個坐標系，可以進行精準定位及操控，并且具有較好的兼容性，易于調控。

該申請將可能作為后續專利申請(包括，但不限于，中國發明專利申請、中國實用新型申請、PCT申請、基于巴黎公約的國外申請)的優先權基礎。

技術領域

本發明屬于3D打印和精細加工制造領域，特別涉及一種激光增材與激光微納加工一體化的裝置與方法。

背景技術

增材制造由于其復雜的結構及個性化制造方面的獨特優勢，在航空航天、生物醫療等領域引起了越來越多的關注。但目前的增材制造技術主要關注的問題是零件的成形，很難兼顧零件表面的功能，如：潤濕性能、光學性能、電磁性能的需求。當對零件表面功能有特殊要求時，通常需要在增材制造結束后，通過離線后處理的方式對零件表面進行特殊功能化處理。但現有技術存在難以精準定位、效率較低、工序復雜、成本較高等技術問題沒有解決。

激光微納加工是制造功能性表面的重要方法之一，但其加工的主要對象是實物無遮擋的表面，對于復雜結構的表面及內側的加工，由于受限于空間而具有極大的難度。

為了解決上述技術問題，本發明將激光微納加工結合到增材制造的分層制造技術中，提出了創新的技術方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種激光增材制造與激光微納加工一體化裝置。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種激光增材制造與激光微納加工一體化裝置，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。

進一步，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。

進一步，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。

進一步，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。

進一步，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。

進一步，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。