[发明专利]激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置和方法

权利要求书

1.一种激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置，其特征在于，所述的装置包括增材制造装置、增材沉积头(1)、激光清洗装置、激光清洗头(5)、连接机构(13)；所述激光清洗头(5)通过连接机构(13)与增材沉积头(1)连接，激光清洗头(5)固定于增材沉积头(1) 运动方向的前方；所述连接机构(13)用于调整激光清洗头(5)与增材沉积头(1)之间的相对位置关系以及激光清洗头(5)的工作角度，并实现激光清洗头(5)与增材沉积头(1)的同步运动；

所述的增材制造装置包括增材沉积热源(12)、保护气喷嘴(2)、增材保护气罐(11)、送料喷嘴(3)、增材金属(10)；所述的送料喷嘴(3)将增材金属(10)输送至增材沉积头(1)，在高热作用下将构件(6)熔融沉积成形在基板(7)上，保护气喷嘴(2)与增材保护气罐(11)相连；所述送料喷嘴(3)的送料方式为同轴送料或旁轴送料，保护气喷嘴(2)的形式为同轴保护气或侧吹保护气；所述的增材沉积热源(12)与增材沉积头(1)连接；

所述的激光清洗装置包括激光器(8)、清洗气喷嘴(4)、清洗保护气罐(9)；所述清洗气喷嘴(4)与清洗保护气罐(9)相连，激光器(8)与激光清洗头(5)相连，激光通过激光清洗头(5)照射在沉积点之前，将已沉积表面的氧化皮剥离或蒸发，惰性气体从清洗气喷嘴(4)中喷出，将剥离的氧化皮或者蒸发的气体吹走，为后续的沉积提供良好的附着面；

所述的连接机构(13)包括竖直移动结构(13-1)、水平移动结构(13-2)、旋钮转动结构(13-3)；所述竖直移动结构(13-1)和水平移动结构(13-2)组成直线移动机构，所述增材沉积头(1)与竖直移动结构(13-1)或与水平移动结构(13-2)连接：

当增材沉积头(1)与竖直移动结构(13-1)连接时,水平移动结构(13-2)与旋钮转动结构(13-3)连接，旋钮转动结构(13-3)与激光清洗头(5)相连；所述竖直移动结构(13-1)利用螺母丝杠原理带动水平移动结构(13-2)，调节激光清洗头(5)与增材沉积面之间的高度；所述水平移动结构(13-2)利用螺母丝杠原理调节激光清洗头(5)与增材沉积头(1)之间的距离，旋钮转动结构(13-3)调整激光束与增材沉积头(1)轴线之间的角度；

当增材沉积头(1)与水平移动结构(13-2)连接时,竖直移动结构(13-1)与旋钮转动结构(13-3)连接，旋钮转动结构(13-3)与激光清洗头(5)相连；所述水平移动结构(13-2)利用螺母丝杠原理带动竖直移动结构(13-1)，调节激光清洗头(5)与增材沉积头(1)之间的距离；所述竖直移动结构(13-1)利用螺母丝杠原理调节激光清洗头(5)与增材沉积面之间的高度，旋钮转动结构(13-3)调整激光束与增材沉积头(1)轴线之间的角度。

2.根据权利要求1所述的一种激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置，其特征在于，所述的增材沉积热源(12)包括激光、电子束、等离子束、电弧或为其中多种热源复合。

3.根据权利要求1所述的一种激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置，其特征在于，所述的增材金属(10)的形态为粉末或丝材。

4.根据权利要求1所述的一种激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的装置，其特征在于，所述清洗保护气罐(9)内为惰性气体；增材保护气罐(11)内为惰性气体。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的装置进行激光实时去除金属构件增材制造过程中表面氧化皮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过连接机构(13)的丝杠螺母调整激光清洗头(5)与增材沉积头(1)的距离以及激光清洗头(5)与增材沉积面的高度；通过连接机构(13)的旋钮调整激光束与增材沉积头(1)轴线之间的角度；激光清洗头(5)固定于增材沉积头(1)运动方向的前方，并与增材沉积头(1) 同步运动；

步骤二：设置激光清洗装置和增材制造装置的参数；

步骤三：开始增材制造构件，沉积第一层；送料喷嘴(3)将增材金属(10)输送至增材沉积头(1)，在高热作用下将金属熔融沉积成形；

步骤四：在沉积一层后，继续沉积第二层；已沉积的部位由于得不到增材保护气的充分保护而在表面产生一层氧化皮；在新一层的沉积时，激光作用于沉积点之前，将表面的氧化皮剥离，清洗气喷嘴(4)喷出的清洗保护气将氧化皮吹走，紧接着增材沉积头(1) 将增材金属(10)熔融沉积在已经去除氧化皮的表面上；

步骤五：如此往复沉积，得到无氧化金属增材构件。