[发明专利]一种基于现有激光增材设备的同步激光抛光方法

说明书

本发明涉及一种基于现有激光增材设备的同步激光抛光方法，属于激光增材制造技术领域，具体包括五大步骤：步骤一，增材成形前的材料准备；步骤二，增材成形前的模型构建；步骤三，增材成形；步骤四：激光抛光；步骤五：成品检测。与现有技术相比，本发明取得的技术突破在于可以在增材成形金属构件的同时，分别对第一层、第二层…、第N层的表面区域进行激光抛光处理，不仅可以根据构件结构得到最佳的激光抛光工艺参数，降低了最终增材成形件的表面粗糙度，而且还提高了表面质量，如：减少裂纹、孔洞、细化晶粒组织、提高表面力学性能等，真正达到了增材成形构件“控形控性”的目的。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种基于现有激光增材设备的同步激光抛光方法。

研究背景

激光增材制造技术已经成为当前世界主要制造大国实施技术创新、振兴本国制造业的最具潜力的先进制造技术之一，它以高能激光束为热源，通过逐层制造的加工方式，来实现三维实体零件的成形。经过近三十几年的发展，激光增材制造技术已经形成以以同步送粉为特征的激光金属沉积(Laser Metal Deposition,LMD)技术和以粉床铺粉为特征的选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术。

其中激光金属沉积(LMD)技术又被称为直接激光制造(Direct LaserFabrication,DLF)、激光自由成形制造(Laser Free-Form Fabrication,LFFF)、直接金属沉积(Direct Metal Deposition,DMD)、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)、激光立体成形(Laser Solid Forming,LSF)技术等，其基本原理是：通过CAD建模软件创建三维实体模型并导出*.STL模型文件，利用分层切片软件将*.STL模型切片并规划成形路径、成形速度等加工参数，最后通过生成的数控机床NC代码由运动控制系统控制工作台和激光轴，采用同步送粉的方式将金属粉末送到激光聚焦点或在基板上形成的熔池中，以此来实现三维实体加工。

然而由于激光金属沉积(LMD)技术的加工过程常包含材料熔凝、微观组织演变、熔池流动、元素偏析等复杂的物理化学变化。并且在同步送粉的成型过程中移动熔池凝固使增材件表面呈现涟漪状纹理，不可避免的粘结大量未完全熔化的粉末，粉末粘结不仅造成材料浪费，而且会使下一沉积层搭接不良而产生应力集中，这样层层累积不仅会产生精度较差的侧向台阶效应和较高的表面粗糙度，而且较大的应力集中常常会成为裂纹萌生点，这就限制了其在高精尖领域的应用。

因此，对成形后的LMD构件进行抛光已经成为一道必不可少的程序，实际工业生产中已有多种较为成熟的抛光工艺技术以满足工业制造的需要，如：机械抛光、电化学抛光、热化学抛光、流体抛光、等离子体抛光、磁研磨抛光和超声波抛光等。而作为一种新兴的抛光技术—激光抛光，由于具有非接触式、可微区、可选区、可实现精密或超精密、可细晶强化、可增加不同材料的抗腐蚀性能和抗疲劳性能、环保高效等优势，已经逐渐被众多科研院所和企业所重视。

为提高LMD构件的表面粗糙度和表面形貌，国内外学者采用激光抛光的方式对成形后的金属构件进行后处理，虽然表面粗糙度降低效果显著，但是这些抛光构件多集中在平面或者斜面上，而且并没有从根本上解决或缓解LMD成形时的粉末飞溅与粘附问题，严重的粉末飞溅与粘附不仅造成材料浪费，而且导致与下一沉积层搭接不良而产生缺陷。又由于LMD成形的往往是复杂金属构件，如：曲面内/外壁构件和具有悬臂结构的大拐点金属构件，此类构件不同于平面或者斜面，它们往往分别受到内外径尺寸或者高度的影响和抛光平台运动范围的影响，这就限制了激光抛光时的入射角或者降低了激光能量密度，不能形成最佳的抛光路径和加工参数，致使对于含有曲面内/外壁和悬臂结构的大拐点等复杂金属构件的研究工作严重不足。

因此开发一种方法简单，抛光效率高，自动化程度高，绿色环保且能提高LMD成形的复杂构件的表面粗糙度，并解决或缓解LMD成形时的粉末飞溅与粘附问题的制造工艺方法，成为目前科研工作者亟待解决的问题。

发明内容