[發明專利]基于三光束的復合激光增材制造方法及裝置

有效

• 申請號: 202011150042.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112207429B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張永康;金捷;李國銳;楊鈔
• 申請（專利權）人: 廣東鐳奔激光科技有限公司
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067;B23K26/342;B23K26/70
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 張鳳

本發明提供了基于三光束的復合激光增材制造方法，所述方法包括以下：步驟110：獲取成形零件的三維CAD模型，并對所述三維CAD模型進行分層處理，獲取相應的分層信息；步驟120、根據所述分層信息設置每層的工作臺移動路徑、第一激光、第二激光、第三激光以及送粉機構的初始參數；步驟130：根據每層的初始參數信息，按照所述分層信息通過三束激光對當前層進行熔覆成型；步驟140、通過計算機控制與監控系統對整個裝置進行調整控制完成單層的加工。本發明可以去除熔熔融態金屬中的氣孔、使晶粒均勻生長、固?液兩相時進行強制補縮。同時消除內部裂紋，層間更加致密、細化晶粒、消除內應力。最終提高金屬零件的內部質量和機械力學綜合性能。

技術領域

本發明涉及激光增材制造技術領域，具體涉及基于三光束的復合激光增材制造方法及裝置。

背景技術

激光增材制造是利用高能連續激光將金屬或者非金屬粉末進行熔化，凝固后形成熔覆層，控制激光的掃描路徑，實現熔覆層的逐層堆積，最終實現零件成形的一種先進制造技術。能夠解決鑄造、鍛造等傳統工藝難以加工的高性能和復雜結構零部件。

但是激光增材制造的成形過程是一個利用高能連續激光急速加熱后又快冷卻的熱力學過程，導致成形粉末出現粉末熔融不均勻、熔融態金屬液含有氣泡，同時熔融態金屬到固態急速冷卻時，又會產生冷縮現象且晶粒多為柱狀晶。激光增材制造是熔覆層逐層堆積成形零件，會導致熔覆層之間存在未熔合現象和裂紋缺陷，隨著熔覆層數的增加，還會出現殘余應力疊加效應，影響零件的尺寸和綜合機械性能，嚴重的還會導致零件變形和開裂。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的問題之一，本發明提供基于三光束的復合激光增材制造方法及裝置。

提出了基于三光束的復合激光增材制造方法，所述方法包括以下：

步驟110：獲取成形零件的三維CAD模型，并對所述三維CAD模型進行分層處理，獲取相應的分層信息；

步驟120、根據所述分層信息設置每層的工作臺移動路徑、第一激光、第二激光、第三激光以及送粉機構的初始參數；

步驟130：根據每層的初始參數信息，按照所述分層信息通過第一激光、第二激光、第三激光對當前層進行熔覆成型，

其中，第一激光為連續激光，用于利用激光的熱效應，熔化金屬粉末堆積成形，第二激光為光纖脈沖激光，用于利用激光的力效應，對熔融態金屬進行沖擊，第三激光為強脈沖激光，用于利用激光的沖擊波效應，對熔覆層中易塑性變形的中高溫區域進行沖擊強化；

步驟140、通過溫度傳感器的讀數確定最優的第二激光以及第三激光的作用區域，根據圖像采集系統獲取的三束激光的光斑的位置，利用計算機控制與監控系統對三束激光的光斑的入射角度的調節，始終使三束激光的光斑位于最優的作用區域，同時，通過圖像采集系統獲取熔融態金屬的飛濺情況，根據所述飛濺情況調節第二激光的脈沖能量以及送粉量，以對熔融態金屬的飛濺進行抑制；

步驟150、重復步驟130-140直至零件加工成型。

進一步，所述第二激光的光斑直徑小于所述第一激光的光斑直徑。

進一步，所述第三激光的光斑直徑大于第一激光的光斑直徑。

本發明還提出基于三光束的復合激光增材制造裝置，包括，

計算機控制與監控系統、工作臺移動機構、工作臺、基礎材料、圖像采集系統、溫度傳感器、第一激光器、第二激光器、第三激光器以及送粉機構，

其中，計算機控制與監控系統與工作臺移動機構、圖像采集系統、溫度傳感器、第一激光器、第二激光器、第三激光器以及送粉機構連接，用于根據輸入的初始參數以及圖像采集系統與溫度傳感器反饋的數據控制所述工作臺移動機構、第一激光器、第二激光器、第三激光器以及送粉機構運行；