[发明专利]基于激光局部电镀的金属增材制造装置及方法

说明书

本发明提供一种基于激光局部电镀的金属增材制造装置，装置底板上依次放置激光发生装置、激光处理装置，激光处理装置上方为电解池，电解池内放置有可延z轴上下移动的阴极基板，电源及开断控制器一端通过导线连接阴极基板，另一端通过导线连接有电源阳极，电源阳极置于所述电解池内，形成闭合回路。本发明解决现有技术精度差、表面粗糙的问题，同时满足微型部件的打印的需求。本发明另外提供一种基于激光局部电镀的金属增材制造方法。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，特别涉及一种基于激光局部电镀的金属增材制造装置及方法。

背景技术

增材制造技术(又称3D打印技术)，在近几年获得越来越多的关注，增材制造依据三维CAD设计数据，采用离散材料(液体、粉末、丝、片、板、块等)逐层累加原理制造实体零件，是一种集合了机、光、电、计算机、控制等技术的多学科交叉的先进制造技术。相比于传统制造工艺，增材制造技术可以直接利用CAD数据，无需模具、刀具直接制造出空间形状任意复杂结构，并且成形材料广泛，可以迅速地将设计转化为高性能的制件。增材制造可在航天航空、武器装备、汽车、模具及生物医疗等高端制造领域获得应用，直接成形复杂和高性能金属零部件，解决传统制造工艺难以加工甚至无法加工的制造难题。金属增材制造经过发展，逐渐形成了激光选区熔化、电子束选区熔化、激光立体成形等多种技术。但是，目前的金属3D打印技术都面临表面粗糙，精度差的问题，而且往往都需要二次加工才能满足使用。以激光选区熔化技术为例，成形精度为0.1mm，表面粗糙度通常大于6.4μm，难以满足高精度的要求。这些问题最主要是由于目前的金属3D打印技术多数基于粉末成形，粉末的颗粒大小受成形工艺等限制，在最终零部件表面存在一层金属粉末，严重影响了最终制件的精度和粗糙度。同时，随着技术的进步，对精密、微型部件的加工需求也越来越多，传统的金属增材制造技术无法满足要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种新的金属增材制造装置及方法，解决现有技术精度差、表面粗糙的问题，同时满足微型部件的打印的需求。

本发明采用的技术方案是：一种基于激光局部电镀的金属增材制造装置，装置底板上依次放置激光发生装置、激光处理装置，激光处理装置上方为电解池，电解池内放置有可延z轴上下移动的阴极基板，电源及开断控制器一端通过导线连接阴极基板，另一端通过导线连接有电源阳极，电源阳极置于所述电解池内，形成闭合回路。

激光发生装置可以是激光器、激光处理装置可以是扩束器、光学振镜及有聚焦物镜组合，扩束器位于所述激光器与所述光学振镜之间，光学振镜上方连接有所述聚焦物镜。

阴极基板通过z轴移动平台移动，z轴移动平台一端连接阴极基板，另一端连接在装置侧面上并可以延z轴方向运动。

电解池可以由透光玻璃面板固定在装置侧面上或者由电解池架固定在装置侧面上，使得电解池位于聚焦物镜上方，电解池底面材质为透光玻璃。

激光器的波长范围可以为100nm-2μm，激光发生频率为1Hz-100MHz，工作模式为脉冲工作或连续工作。

光学振镜控制激光扫描速度为100nm/s-10cm/s连续可调，使激光光束在100nm-10cm的范围内移动，z轴移动平台最小分辨率1μm，运动速度10nm/s-10cm/s连续可调，电源及开断控制器中电源的工作电压为0.1V-1kV，电流密度为1uA/cm²-100A/cm²。

阴极基板材质可以为不锈钢、钛合金、镍基合金、铝合金。

电解池中放置的电解液包含所要打印的金属材料经过电镀处理的金属离子溶液，金属材质为纯金属或合金。

一种基于激光局部电镀的金属增材制造方法，包括以下步骤：

1)将需要打印的零件获得三维模型，将三维模型导入计算机切片及路径规划软件中，选择需要打印的层厚及材料参数，计算机软件按照指定的参数生成打印路径文件；