[发明专利]一种金属薄板叠加制造复杂形状零件的方法和设备

权利要求书

1.一种金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，包括密封加工仓、光学加工系统和工控机(22)，其特征在于：所述密封加工仓的底部轴向依次设置有升降式焊接仓(10)、切割仓(11)和升降式材料仓(12)；密封加工仓还设置有由工控机(22)控制的材料传送机构，该材料传送机构包括设置在密封加工仓内侧壁的可伸缩的移动杆(19)、设置在可伸缩的移动杆(19)端部的吸盘(20)和设置在密封加工仓外部的用于给吸盘(20)提供吸力的空压机(21)；

所述升降式焊接仓(10)、切割仓(11)和升降式材料仓(12)的上部端口位置，分别设有连接空压机(21)的工件吸附机构。

2.根据权利要求1所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述密封加工仓设置有气体循环过滤装置(7)，气体循环过滤装置(7)用于过滤加工过程中产生的烟尘和杂质。

3.根据权利要求1所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述光学加工系统包括依次连接的光纤激光器(1)、扩束镜(2)、振镜、聚焦镜(6)；所述振镜为激光切割振镜(4)或者激光焊接振镜(5)。

4.根据权利要求1所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述工件吸附机构为吸管(16)，吸管(16)通过管路连接空压机(21)，通过吸管(16)的吸附力将工件进行固定。空压机(21)是为工件提供气体压力，并控制气压的间歇性开闭。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述密封加工仓内部设有惰性气体喷气口(19)，惰性气体喷气口(19)连通设置在密封加工仓外部的惰性气体储存罐(8)。

6.根据权利要求3所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述光纤激光器(1)波长为1064nm，激光功率20～100W可调，光束质量M²＜1.1。

7.根据权利要求3所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述激光切割振镜(4)入射光孔径为30mm，响应时间低于1微秒，扫描范围为350×350mm；所述激光焊接振镜(5)入射光孔径为20mm，响应时间低于0.5微秒，扫描范围为250×250mm。

8.根据权利要求3所述的金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，其特征在于：所述聚焦镜(6)为F-θ聚焦镜。

9.采用权利要求1至8中任一项所述金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备制备复杂形状零件的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：三维模型数据处理

首先，在金属薄板底部添加高度为2mm的竖直支撑杆，作为成型基板和薄板的连接部分，方便加工结束后将成型后的零件从成型基板上切割下来；然后，在水平方向为薄板添加三根方形定位连接杆，使薄板在加工过程中能够精确定位，使零件成型过程更加稳固；最后，以成型的薄板厚度作为层厚，为三维零件分层，然后计算出每一层的轮廓数据和关键焊接点位；

步骤二：激光叠层加工

升降式材料仓(12)将金属薄板(17)向上推一层，吸盘(20)将该金属薄板(17)吸住，并将其传送到切割仓(11)上方，通过吸管(16)将金属薄板(17)的边缘吸附固定，切割的产生的金属粉末被惰性气体喷气口(19)吹走；工控机(22)控制光纤激光器(1)发出连续激光，通过扩束镜(2)、激光切割振镜(4)和聚焦镜(6)的控制，对金属薄板(17)进行激光扫描切割，切割出该层的轮廓形状；切割结束后，金属薄板(17)切割余料18落入切割仓(11)底部，得到单层零件外形；关闭切割仓吸管的吸力，吸盘(20)将切割好的单层零件外形传送到升降式焊接仓(10)中，吸管将定位连接杆吸住，光纤激光器(1)切换为脉冲模式，采用激光焊接振镜(5)对该单层零件外形的截面内的关键点进行焊接，保证上下层贴合紧密；激光焊接加工过程中，对单层零件外形的加工面进行惰性气体保护，防止加工面产生氧化；气体循环净化装置7过滤掉加工过程中产生的烟尘和杂质；激光焊接完一层后，成型基板下降一层的高度；如此循环，不断叠加制造，直至得到成型零件(15)后结束。

10.根据权利要求9所述金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备制备复杂形状零件的方法，其特征在于包括成型零件后处理步骤：

去除成型零件表面的支撑和定位连接杆，对成型零件进行高压高温热扩散焊接；然后对成型零件进行热处理，释放成型零件内部残余应力。