[发明专利]一种激光冲击强化点阵晶格结构的方法和装置

说明书

本发明涉及一种激光冲击强化点阵晶格结构的方法和装置，属于材料表面工程与激光技术应用领域。将可移动伸缩振镜组通过搭载平台置于点阵晶格结构件空隙中，延展臂打开，通过支撑杆将全反镜支撑起45度；高功率脉冲激光通过聚焦镜照射在折叠全反镜上，再反射通过全反镜反射在点阵晶格支撑骨架上，诱导等离子体爆炸产生冲击波作用在支撑骨架上，达到支撑骨架表面强化的目的。

技术领域

本发明涉及点阵晶格结构内部骨架表面强化和改性领域，特指一种激光冲击强化点阵晶格结构的方法和装置，特别适用于选择性激光烧结成型的点阵晶格结构内部骨架的表面冲击强化。

背景技术

点阵晶格结构是目前新兴快速成型工艺-选择性激光烧结(SLM)实现产品轻量化设计的重要结构，但是其成型件强度不够、残余应力不易去除，使用时容易发生晶格支撑断裂、疲劳时效和疲劳裂纹的萌生等问题；传统热处理后晶格内部氧化层不便于处理且整体结构易变形。

激光冲击强化(又叫激光喷丸)是一种新型的材料表面强化技术，属于冷加工技术领域，其加工柔性高，表面形貌好，利用强激光诱导的冲击波力学效应对材料进行加工，处理后零件表面晶粒得到细化，强度和韧性得到极大提高，其形成的残余压应力层能有效地消除材料内部的应力集中和抑制裂纹的萌生和扩展，能够显著提高金属零件的疲劳寿命，大量的研究证明激光冲击强化技术是延长裂纹萌生时间，降低裂纹扩展速度提高材料寿命的有效手段。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光冲击强化点阵晶格结构的方法和装置，对点阵晶格结构内部骨架进行表面冲击强化，实现骨架晶粒细化，增加其强度，同时形成高幅残余压应力层，大幅延长点阵晶格结构件的使用寿命。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

1、一种激光冲击强化点阵晶格结构的方法，其特征在于：将可移动伸缩振镜组通过搭载平台置于点阵晶格结构件空隙中，延展臂打开，通过全反镜下方的支撑杆将全反镜支撑起45度；高功率脉冲激光通过聚焦镜照射在折叠全反镜上，再反射通过全反镜反射在点阵晶格支撑骨架上，诱导等离子体爆炸产生冲击波作用在支撑骨架上，达到支撑骨架表面强化的目的，具体步骤如下：

a、根据点阵晶格结构件点阵之间的距离D制作相应尺寸的可移动伸缩振镜组的伸缩臂，伸缩臂最大长度为L，直径为d，延展臂长S，使其能够在点阵晶格空隙之间自由移动；

b、将聚焦镜固定在半回形固定架上端，可移动伸缩振镜组安装在半回形固定架下端滑轨上，搭载平台固定在半回形固定架下端上方1/4处；整个半回形固定架平台置于水槽内；固定卡盘安装在水槽壁滑轨上；将点阵晶格结构件置于搭载平台上，并用固定卡盘进行固定，在水槽中加水没过点阵晶格结构件并且水面位于固定卡盘上方20mm；

c、调节高功率脉冲激光器参数，使参数满足实验要求，其中高功率脉冲激光器参数包括：激光脉冲能量为5-20J、激光脉宽为10-30ns、发射频率为10-50Hz；

d、高功率脉冲激光器输出的激光通过光斑调节装置输出高功率脉冲激光，经过聚焦镜照射在折叠全反镜上，再反射通过全反镜反射在点阵晶格支撑骨架上，诱导等离子体爆炸产生的冲击波使点阵晶格支撑骨架表面得到强化；

e、将可移动伸缩振镜组向上移动到一个新位置，重复步骤a-d，直至z轴当前列方向冲击结束；

f、再将水槽整体在xy平面上按照晶格结构逐点进行移动，同时将可移动伸缩振镜组在xy平面上按照晶格结构逐点进行移动，调节聚焦镜，实现激光光源与可移动伸缩振镜组中的折叠全反镜的实时对焦，重复步骤a-e；

g、最后将点阵晶格结构件反转180°，重复步骤a-f，实现整个点阵晶格结构件的晶格骨架表面冲击强化。

所述步骤a中，点阵晶格结构件最大高度为H，伸缩臂直径d＝3D/5，伸缩臂总长L＝H+20mm，延展臂长S＝D；