[发明专利]一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法

说明书

一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法，装置包括超声波换能器、变幅杆、锤击头、随动连接架、固定套及回转套；固定套与激光头固连，回转套相对于固定套具有转动自由度，两者之间具有锁紧结构；随动连接架一端固连在回转套上，另一端固装超声波换能器，变幅杆安装在超声波换能器下部，锤击头固定在变幅杆底部。方法步骤为：旋转回转套，使锤击头位于激光头扫描路径上，锁紧回转套；激光头进行沉积作业，启动超声波换能器，将超声振动传递到锤击头，通过锤击头对沉积层进行超声振动锤击；激光头移动到成形件边界时，回转套锁紧解除，回转套旋转180°后重新锁紧，继续对沉积层进行超声振动锤击；如此往复，直到完成成形件的制造。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，特别是涉及一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法。

背景技术

激光增材制造技术(Laser Additive Manufacturing，简称LAM，俗称3D打印技术)，是以合金粉末为原料，通过高功率激光对合金粉末进行原位熔化，并使熔融状态的合金粉末快速凝固并逐级沉积来制造实体零件。

激光增材制造技术的原理为：首先利用计算机三维软件设计出零件的三维模型，然后在计算机中对三维模型进行分层切片处理，使三维模型离散化为一系列的二维层面，最后利用激光进行逐层扫描并逐层添加合金粉末，最终将三维模型零件转换成实体零件。

从复杂形状的零件制造来看，激光增材制造技术与传统制造技术相比具有无法比拟的优点，其可实现近净成形，更加节约材料，无需模具和专用夹具，生产周期短且效率高，所制造的零件具有优异的力学性能，因此，在航空航天领域内，被越来越频繁的用于钛合金零件的快速制造。

但是，在合金的快速熔化和凝固过程中，熔池的凝固是依靠向成形件基体和已沉积层进行热传导实现的，在微观层面上，熔池顶部界面类似椭球体，熔池底部界面近似水平，熔池界面温度从熔池底部到熔池顶部是变化的，且温度梯度变化很大，这会导致已凝固成形的部分存在较大的热应力，且材料相变也存在着组织应力，并导致随时可能出现气孔、缝隙和裂纹，而且成形件表面平整度较差，进而导致成形件的制造质量下降。

为此，有必要采取一定的应力释放措施，以抑制气孔、缝隙和裂纹的出现，并提高成形件表面平整度，改善成形件的制造精度和力学性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法，能够有效抑制气孔、缝隙和裂纹的出现，提高成形件表面平整度，改善成形件的制造精度和力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置，包括超声波换能器、变幅杆、锤击头、随动连接架、固定套及回转套；所述固定套固连在激光头上，回转套套装在固定套上，回转套相对于固定套具有转动自由度，回转套与固定套之间具有锁紧结构，回转套的回转中心线与激光头的轴向中心线相重合；所述随动连接架一端固连在回转套上，超声波换能器固装在随动连接架另一端，所述变幅杆竖直安装在超声波换能器下部，锤击头固定设置在变幅杆底部。

所述回转套的转动角度调节方式为自动调节方式。

所述回转套与固定套之间采用自动锁紧方式。

所述的激光增材制造用辅助超声振动锤击装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：激光头在进行当前道次的沉积前，使回转套旋转，带动随动连接架、超声波换能器及变幅杆一同旋转，直到锤击头位于激光头的扫描路径上，且锤击头位于激光头前进方向的后方，然后锁紧回转套；

步骤二：开始激光增材制造，激光头在扫描路径上进行当前道次的沉积作业，此时启动超声波换能器，通过超声波换能器输出超声振动，超声振动通过变幅杆传递到锤击头，随着激光头在扫描路径上的移动，已经凝固但仍处于高温的沉积层将与锤击头接触，通过锤击头对沉积层进行超声振动锤击；