[发明专利]一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的方法及装置

说明书

本发明提供了一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的方法及装置，装置包括移动平台系统、激光金属沉积系统、辅助成形系统、主动冷却系统和中央控制系统。其成形方法是激光金属沉积系统熔覆成形薄壁件时，辅助成形系统实时控制薄壁厚度和成形方向，在沉积多层薄壁件时，可以克服层间堆积引起熔池流淌问题，解决薄壁成形由于层间堆积表面粗糙度过大的问题，实现可变厚度直面、曲面薄壁的加工。同时，主动冷却系统实时对沉积层冷却降温。本发明解决了激光熔覆成形表面质量低、连续多层沉积时由于温度升高带来沉积层热应力堆积开裂、微观组织粗大和缓冷导致成形效率低等问题，实现了复杂薄壁件的高质量、高效成形。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的方法及装置。

背景技术

目前，金属增材制造技术主要包括电子束丝材熔化技术、电子束选区熔化技术、激光选区熔化技术和激光熔覆成形技术。电子束丝材熔化技术和电子束选区熔化技术对环境真空度要求高、成形空间小，从而限制成形零件的尺寸，且对于复杂精细、薄壁形状的零件，由于其弧柱较粗，成形精度较差，成形的精细度、精度和薄壁程度不及激光熔覆成形法，难以获得比激光熔覆成形更精细和壁薄的零件。激光选区熔化技术是以铺粉方式进行熔覆，粉末利用率不高，而且对成形零件的尺寸要求不能过大。而激光熔覆成形技术采用送粉的方式进行熔覆成形，粉末利用率高，而且成形空间不受限制可应用于大尺寸、复杂零件的熔覆成形，因此，激光熔覆成形技术已经成为当前研究的热点。(参见文献：Huang C,Lin X,Liu F,et al.Effects of cooling condition on microstructure and mechanicalproperties in laser rapid forming of34CrNiMo6thin-wall component[J].TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2016,82(5):1269-1279)。在航空发动机、汽轮机、压缩机上使用的大型薄壁叶片，由于其曲面形状复杂、精度要求高，现阶段通常采用传统的铣削加工制造，不仅造价十分昂贵，而且制造效率低、材料浪费严重(参见文献：Gasser A,Backes G,Kelbassa I,et al.Laser AdditiveManufacturing:Laser Metal Deposition(LMD)and Selective Laser Melting(SLM)inTurbo-Engine Applications[J].Laser Technik Journal,2010,7(2):58-63)。而激光熔覆成形技术依据成形构件的三维数字模型，通过激光熔覆金属粉末逐层沉积成形出构件，大大缩短了设计、制造的周期，且无需模具、材料利用率高，在制造复杂薄壁件方面具有广阔的应用前景(参见文献：Qiu C,Ravi G A,Dance C,et al.Fabrication of large Ti–6Al–4V structures by direct laser deposition[J].Journal of Alloys&Compounds,2015,629:351-361)。