[发明专利]一种激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置及方法，该装置通过将激光器的输出光束通过分光镜系统分成两激光束，构成两个不同的导光系统，第一导光系统又分为第三激光束和第四激光束，分别用于激光3D打印与激光切割，第二激光束用于激光冲击锻打。根据零部件个性化设计要求，建立三维模型，分层切片处理获取切片轮廓信息，确定激光切割零件分层轮廓及腔室、管道、冷配管等内部复杂结构，第三激光束3D打印第N层切片，同时第二激光束在最佳温度区同步激光冲击锻打，每一层切片或切片层厚度达到要求时第四激光束工作，保证了尺寸精度和表面质量，实现高刚度、刚精度和高效率的3D打印，同时具有加工效率高、质量好、寿命长的优点。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置及方法。

背景技术

3D打印技术可以快速加工出传统方法难以制造的零件，对于复杂零部件而言具有极大的优势。但是目前3D打印机的实际使用仍属于快速成型范畴，据统计，3D打印生产的产品中，80％依旧是产品原型，仅有20％是最终产品。目前存在的主要问题是打印效率和加工精度之间的矛盾，要获得高精度的打印质量，需要切片较薄，这导致打印效率很低。而提高打印效率，则打印精度和表面光洁度较差，还需要进行后续的表面处理。另外，具有复杂结构的3D打印物品的内腔在打印完毕后难于做进一步处理，其表面质量难于保证，目前这些存在的缺陷严重限制了3D打印的实际应用。

中国专利CN104493492A激光选区熔化与铣削复合加工设备及加工方法，立铣铣削加工装置置于密封成型室内侧，设备采用光路传输系统，成型范围分为四工位，系统协同工作，每一光路单元熔化一个工位内的金属粉末。本设备扫描若干层金属粉末后，转为铣削，高速精密切削零件的分层轮廓和内部孔洞，并切去成型面凸起部分，提高下一次激光成型的铺粉的质量。其存在如下问题：(1)沿着固定导轨移动的铣削成型范围有限，难以加工大尺寸复杂金属零部件。(2)SLM成型件的最终表面会有很多凹凸不平的条纹状，表面粗糙度一般为Ra15-50um,光斑越大，成型精度越差，很难保证大尺寸零件的高效率、高精度同步进行。(3)大尺寸复杂曲面零件需要二次加工，仍需要换刀机构更换增材制造模块与减材制造模块。(4)铣刀铣削大尺寸复杂金属零部件塑性变形小，很难消除熔敷层内部的空洞、缩松、微裂纹等内部缺陷。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种加工效率高、质量好的激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述装置的制造方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置，包括用于产生及控制激光光束的激光发生系统、激光冲击锻打系统、3D打印系统、激光切割系统、用于监测零件内部结构性能、表面性能和形状尺寸的在线监测系统、以及将数据反馈给各激光束功率调节装置的实时跟踪反馈系统。所述激光发生系统分别与激光冲击锻打系统、3D打印系统、激光切割系统和实时跟踪反馈系统连接；所述在线监测系统与实时跟踪反馈系统连接。

具体的，所述激光发生系统包括计算机、激光器、激光器功率调节装置、将激光束分成第一激光束和第二激光束的分光镜、用于控制第一激光束的第一导光系统、第一功率调节装置、以及将第一激光束分成第三激光束和第四激光束的可调分束器；所述计算机、激光器功率调节装置、激光器、分光镜依次连接；所述第一功率调节装置的一端与第一导光系统连接，另一端与可调分束器连接。

具体的，所述激光冲击锻打系统包括用于控制第二激光束的第二导光系统、激光冲击锻打功率调节装置、激光冲击锻打激光头、以及激光冲击锻打控制系统；所述第二导光系统、激光冲击锻打功率调节装置、激光冲击锻打控制系统和激光冲击锻打激光头依次连接，所述第二导光系统与分光镜连接。