[發明專利]一種激光增材-拋光一體化加工方法及其裝置

在審

• 申請號: 202011370400.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112620943A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 趙彥華;杜傳彬;孟偉;王家明;田文浩;路來驍
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/352;B23K26/064;B33Y30/00
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一種激光增材—拋光一體化加工方法及其裝置：本發明公開了一種用于激光增材—拋光一體化加工方法及其裝置，該方法可用于激光增材制造零件的表面拋光，在增材制造過程中，增材與拋光同步進行，利用激光拋光，快速獲得平整光滑的表面，從而實現增材—拋光加工的一體化。該裝置主要由機械臂、筒體、反射鏡、全息光學元件、冷卻系統、送絲管組成，其特征在于：圓形入射激光束經反射鏡反射至全息光學元件表面，由全息光學元件衍射成兩束聚焦光束，聚焦光束Ⅰ與合金絲材用于增材成形；聚焦光束Ⅱ用于增材成形后續拋光。該發明的優點：(1)可以有效改善材料表面質量，提升材料表面的力學性能；(2)該裝置采用合金絲材進行增材制造，不會造成粉末飛濺等問題。

技術領域

本發明屬于激光加工領域，具體涉及一種用于激光增材-拋光一體化加工方法及其裝置。

背景技術

激光增材制造技術是目前最具潛力的先進制造技術之一。該技術基于離散/ 堆積成形原理，將制件三維CAD模型進行切片分層處理，使其轉換成厚度很薄的二維平面模型，采用大功率激光器，通過數控系統控制工作臺按照分層軟件給定的路徑進行逐點、逐線、逐層掃描，使材料熔化并層層疊加，從而實現結構復雜零件的快速、全致密地成形，不僅在航空航天、生物醫療等領域得到了廣泛的應用，而且對于我國制造業的發展具有十分重要的戰略意義。

目前采用激光增材制造技術成形的零件致密度可達99％以上，其力學性能已優于鑄件，但增材制造零件表面粗糙度卻遠遠不足，而且在許多應用領域對增材制造零件表面粗糙度有較高的要求，故增材制造零件表面的拋光加工不可或缺。

激光拋光是20世紀80年代隨著激光技術發展而產生的一種非接觸式表面重熔、精密加工技術，通過激光輻射使表面張力驅動材料再分布，進而實現材料表面的平滑，具有非接觸、高柔性、無污染、無殘留等優點。例如，中國發明專利CN109926584A公開了一種增材制造和表面拋光同步加工方法及裝置，如圖 1所示。在增材制造零件的逐層成形加工過程中，當某一片層中選定空間的粉末被激光熔化成形為熔覆層后，先對該熔覆層的內輪廓面和/或外輪廓面進行超快激光掃描拋光處理，消除內輪廓面和/或外輪廓面上選定區域內的多余材料，再進行下一片層的熔覆層激光成形加工，直至整個增材制造零件的內輪廓面和/或外輪廓面上所有選定區域內的多余材料消除完畢。

上述方案存在以下不足：

(1)上述方案的激光拋光是在增材成形一個片層以后再進行的，沒能實現激光增材制造和激光拋光的完全同步。

(2)結構相對復雜，成本高。

由于現有的激光增材-拋光一體化加工方案仍存在不足且都是在增材設備上增材成形完畢以后才進行激光拋光，不能形成邊增材邊拋光的同步加工方式。故為了實現激光增材-拋光一體化，進一步研究激光拋光對增材成形構件表面的影響，引進了全息技術。全息術是通過記錄從被照射體反射光的強度和相位來記錄圖像，用以創建衍射圖樣、形成被照物的3D圖像。因具有立體性、可分割性及信息存儲能力強等特征，全息術已逐漸應用到成像、顯微、干涉測量、信息存儲等領域。全息衍射光束是通過全息光學元件記錄從照射點反射光的強度及相位，經衍射形成任意指定能量密度分布、傳統透鏡和反射鏡無法獲得的光束，如圖2所示。

因此，發明一種工藝簡單，拋光效率高且能有效改善增材制造零件的表面精度，提高零件表面力學性能并在現有激光增材設備上實現同步激光拋光的方法及其裝置，是一項重大的突破。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提升加工效率，有效改善激光增材零件表面精度，提高零件表面力學性能的增材-拋光一體化加工方法及其裝置，以解決現有技術中存在的問題。