[發(fā)明專利]原位激光沖擊強(qiáng)化復(fù)合增材制造系統(tǒng)及方法、打印件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011064820.9
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112264618B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)麗娜;曹洪忠;范樹遷;劉基權(quán);張祺;楊亮;吳文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/20;B33Y50/02;B33Y80/00
• 代理公司: 北京元本知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11308
• 代理人: 黎昌莉

本發(fā)明提供一種原位激光沖擊強(qiáng)化復(fù)合增材制造系統(tǒng)及方法、打印件，系統(tǒng)包括增材制造模塊、原位激光沖擊強(qiáng)化模塊、成形腔；成形腔包括腔體，在腔體上方開設(shè)的窗口(11)，設(shè)置在腔體內(nèi)部的送粉裝置(12)、底板(13)、升降裝置(14)；原位激光沖擊強(qiáng)化模塊包括脈沖激光器(M2)、第一擴(kuò)束鏡(1)、第一動(dòng)態(tài)聚焦鏡(2)、反射鏡(3)、第一振鏡(8)；增材制造模塊包括連續(xù)激光器(M1)、第二擴(kuò)束鏡(4)、第一二向色鏡(5)、第二動(dòng)態(tài)聚焦鏡(6)、第二振鏡(7)。使用該系統(tǒng)進(jìn)行增材制造不需要移動(dòng)底板，即可完成增材制造以及打印件的激光沖擊強(qiáng)化，提高加工效率及精度；該系統(tǒng)尤其適用于光內(nèi)送絲以及大型增材制造的設(shè)備上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位激光沖擊強(qiáng)化復(fù)合增材制造系統(tǒng)及方法、打印件。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)，又稱為3D打印技術(shù)，對于高熔點(diǎn)、傳統(tǒng)難加工材料及復(fù)雜形狀零部件的加工具有十分明顯的優(yōu)勢。目前打印技術(shù)普遍存在的問題是打印的快速熔化和快速凝固過程中溫度梯度及熱應(yīng)力較大，導(dǎo)致了打印件中存在裂紋等微觀缺陷，容易翹曲變形及開裂，對于硬脆性材料如鎢及其合金尤為嚴(yán)重；另一方面打印件近表面區(qū)域普遍存在殘余拉應(yīng)力。

激光沖擊強(qiáng)化可以細(xì)化材料的晶粒組織，使近表面區(qū)域的殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力，提高材料的疲勞性能、耐腐蝕以及耐磨損性能，廣泛應(yīng)用于航空航天等高端零件的表面處理。若激光沖擊強(qiáng)化只作用于增材制造樣件的表面，其對于打印件內(nèi)部的作用效果有限。復(fù)合增材制造技術(shù)又稱為三維激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)，其通過對每層或者每隔幾層增材制造的打印件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，區(qū)別于只有表面沖擊強(qiáng)化的效果，能顯著減少打印件中的微裂紋，細(xì)化晶粒組織，提高打印件的力學(xué)性能。N.Kalentics的發(fā)明專利涉及一種增材制造過程中進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化的方法與裝置，但是由于該裝置需要將打印底板在增材和沖擊系統(tǒng)中來回移動(dòng)，降低了打印的效率與精度(US Patent20170087670)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種原位激光沖擊強(qiáng)化復(fù)合增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)增材制造及沖擊強(qiáng)化過程。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種原位激光沖擊強(qiáng)化復(fù)合增材制造系統(tǒng)，包括：增材制造模塊、原位激光沖擊強(qiáng)化模塊、成形腔；其中，

所述成形腔包括腔體，在所述腔體上方開設(shè)的窗口11，設(shè)置在腔體內(nèi)部的送粉裝置12、底板13、升降裝置14、刮刀15；所述送粉裝置12將材料送到底板13平面上，升降裝置14固定設(shè)置在底板下部，用于控制底板13的高度，所述刮刀設(shè)置在所述送粉裝置12下面，能夠橫向移動(dòng)使所述底板13表面的材料鋪散均勻；

所述原位激光沖擊強(qiáng)化模塊包括脈沖激光器M2、第一擴(kuò)束鏡1、第一動(dòng)態(tài)聚焦鏡2、反射鏡3、第一振鏡8，所述脈沖激光器的脈沖能量分別經(jīng)第一擴(kuò)束鏡1、第一動(dòng)態(tài)聚焦鏡2到達(dá)反射鏡3，再被反射至第一振鏡8，所述第一振鏡8調(diào)整角度將脈沖能量通過窗口11并對整個(gè)底板13范圍進(jìn)行掃描；

所述增材制造模塊包括連續(xù)激光器M1、第二擴(kuò)束鏡4、第一二向色鏡5、第二動(dòng)態(tài)聚焦鏡6、第二振鏡7，所述連續(xù)激光器發(fā)出的能量源分別經(jīng)第一二向色鏡5、第二動(dòng)態(tài)聚焦鏡6到達(dá)第二振鏡7，所述第二振鏡7調(diào)整角度將能量源通過窗口11并對整個(gè)底板13范圍進(jìn)行掃描。

優(yōu)選地，所述第一動(dòng)態(tài)聚焦鏡2與所述反射鏡3間呈45°±3°角；

所述第二擴(kuò)束鏡4與所述第一二向色鏡5間呈45°±3°角。

進(jìn)一步地，還包括用于監(jiān)測熔池溫度與形貌與所述底板(13)上鋪粉狀態(tài)的監(jiān)測模塊；所述監(jiān)測模塊包括監(jiān)測設(shè)備、第二二向色鏡9、第二反射鏡10、對腔體進(jìn)行照明的光源M3，熔池表面的溫度與形貌與鋪粉狀態(tài)由所述腔體內(nèi)能量源和脈沖能量輸出至第二振鏡7，通過所述第二振鏡7輸出至第一二向色鏡5再透過所述第二二向色鏡9到達(dá)第二反射鏡10，通過第二反射鏡10反射至所述監(jiān)測設(shè)備M4。