[發(fā)明專利]一種納皮飛秒合束激光并行精整和拋光加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110481286.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113199140A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐國(guó)建;徐諾;王文博;劉占起;張國(guó)瑜;井志成;尚純;杭爭(zhēng)翔;郭志強(qiáng);鄭文濤;鄭黎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/12
• 分類號(hào): B23K26/12;B23K26/082;B23K26/073;B23K26/354;B23K26/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;王聰耀

本發(fā)明涉及一種納皮飛秒合束激光并行精整和拋光加工方法，步驟為：將金屬增材制造零部件通過(guò)逆向工程建模軟件建立金屬增材制造零部件的數(shù)字模型，并通過(guò)模型處理軟件確定金屬增材制造零部件的加工余量；通過(guò)CAM路徑規(guī)劃軟件將金屬增材制造零部件的加工余量路徑通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)納秒激光器、皮秒激光器及飛秒激光器同時(shí)發(fā)光，光束合三為一形成納皮飛秒合束激光束，納皮飛秒合束激光束傳輸給三維掃描振鏡；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使納皮飛秒合束激光束沿著CAM路徑規(guī)劃軟件的規(guī)劃加工路徑照射到金屬增材制造零部件表面。本方法解決以往加工方法所存在的效率低、質(zhì)量差及成本高的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬增材制造零部件后續(xù)納皮飛秒合束激光并行精整和拋光加工方法。

背景技術(shù)

隨著增材制造技術(shù)的飛速發(fā)展，在航空航天等領(lǐng)域零部件傳統(tǒng)制造方法（如鑄造、鍛造及機(jī)加等）逐漸被近凈成形的增材制造方法替代。與傳統(tǒng)制造方法比較，增材制造結(jié)構(gòu)件的制造周期縮短、質(zhì)量提高、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件制造及減重明顯等特點(diǎn)，深受航空航天等制造領(lǐng)域的歡迎。但是，金屬增材制造零部件后續(xù)加工效率低和成本高等瓶頸問(wèn)題，嚴(yán)重制約了增材制造技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種納皮飛秒合束激光并行精整和拋光加工方法，其目的是解決以往加工方法所存在的效率低、質(zhì)量差及成本高的問(wèn)題。

技術(shù)方案：

一種納皮飛秒合束激光并行精整和拋光加工方法，步驟為：

步驟（一）將金屬增材制造零部件安裝到二軸帶裝夾工作臺(tái)上，并整體置于氬氣惰性氣體密封艙室中，通過(guò)逆向工程建模軟件建立金屬增材制造零部件的數(shù)字模型，金屬增材制造零部件的數(shù)字模型與實(shí)際零部件形狀尺寸比對(duì)做差，并通過(guò)模型處理軟件確定金屬增材制造零部件的加工余量；

步驟（二）通過(guò)CAM路徑規(guī)劃軟件將金屬增材制造零部件的加工余量路徑通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)傳輸給掃描振鏡和二軸帶裝夾工作臺(tái)；

步驟（三）通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)納秒激光器、皮秒激光器及飛秒激光器同時(shí)發(fā)光，其各自光束通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的納秒激光束整形器、皮秒激光束整形器、飛秒激光束整形器后入射到光束合束器中，通過(guò)光束合束器將納秒激光束、皮秒激光束及飛秒激光束合三為一形成納皮飛秒合束激光束，納皮飛秒合束激光束傳輸給三維掃描振鏡；

步驟（四）通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制三維掃描振鏡和二軸帶裝夾工作臺(tái)，使納皮飛秒合束激光束沿著CAM路徑規(guī)劃軟件的規(guī)劃加工路徑照射到金屬增材制造零部件表面，納皮飛秒合束激光對(duì)金屬增材制造零部件表面加工余量的三維空間進(jìn)行精整和拋光加工，共循環(huán)精整和拋光加工n層，n≥1，直至達(dá)到精整深度滿足客戶技術(shù)要求或者金屬增材制造零部件的表面粗糙度≤Ra0.4。

步驟（三）中納秒激光器平均功率≥ 2000W，最大單脈沖能量≥100mJ, 脈沖寬度120-160ns，重復(fù)頻率20-50kHz，波長(zhǎng)1064±5；皮秒激光器激光平均功率≥120W，最大單脈沖能量≥2mJ，脈沖寬度≤15ps，重復(fù)頻率20kHz，波長(zhǎng)1064±0.2nm；飛秒激光器激光平均功率≥40W，最大單脈沖能量≥0.2mJ，脈沖寬度≤350fs，重復(fù)頻率50-1000kHz，波長(zhǎng)1030-1045nm。

納皮飛秒合束激光束焦點(diǎn)直徑為3.5-4.5mm。

密封艙室中氧和水含量≤50ppm。

通過(guò)調(diào)整三維掃描振鏡使納皮飛秒合束激光束的激光束焦點(diǎn)置于金屬增材制造零部件表面的制高點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)效果：