[发明专利]复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统及方法

权利要求书

1.一种复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统，其特征在于：包括激光增材SiC电源、激光增材焊炬、送丝机构、机器人、保护气装置、压缩气装置和工控机；

所述激光增材SiC电源分别与激光增材焊炬、保护气装置、压缩气装置和送丝机构信号连接；所述工控机与机器人和激光增材SiC电源信号连接；

所述激光增材焊炬包括焊炬本体和保护装置；焊炬本体设置在机器人上；所述保护装置包括从内到外依次设置的内气罩、外气罩和挡水套；内气罩设有内通孔；所述内通孔中设有增透玻璃板，将内通孔分隔为上下设置的密封安装腔和透光腔；焊炬本体设有激光二极管的端部连接在密封安装腔中，焊炬本体的激光二极管朝向增透玻璃板发光；内气罩与外气罩之间构成开口向下、呈收敛形的收缩腔体；外气罩连接有至少一个进气管；所述压缩气装置通过进气管与收缩腔体连通；挡水套上设有导丝口；所述送丝机构通过送丝管与导丝口连通，以实现从送丝机构输出的焊丝经过送丝管和导丝口进入到激光增材制造区域；所述保护气装置通过送丝机构与送丝管连通，以实现保护气装置输出的保护气进入到激光增材制造区域；

所述激光增材SiC电源包括主电路和控制电路；

所述主电路包括依次连接的输入整流滤波电路、SiC MOSFETs全桥逆变电路、高频变压器和SiC SBDs全波整流滤波电路；所述输入整流滤波电路与三相交流电相连，SiC SBDs全波整流滤波电路与焊炬本体的激光二极管相连；

所述SiC MOSFETs全桥逆变电路由四个SiC功率开关管连接成全桥拓扑结构构成；四个SiC功率开关管的漏极和源极之间均并联有RC吸收电路；所述全桥拓扑结构的桥臂中点一通过隔直电容和高频变压器原边与全桥拓扑结构的桥臂中点二连接；

所述控制电路包括供电电路和微处理器，以及与微处理器信号连接的SiC MOSFET高频驱动电路、采样反馈电路和开关信号控制电路；SiC MOSFET高频驱动电路还与SiC MOSFETs全桥逆变电路连接；采样反馈电路还与SiC SBDs全波整流滤波电路连接；开关信号控制电路还分别与保护气装置和压缩气装置连接。

2.根据权利要求1所述的复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统，其特征在于：所述SiC SBDs全波整流滤波电路由SiC二极管DR1、SiC二极管DR2、输出滤波电抗Lf和输出滤波电容Cf连接成全波整流滤波拓扑结构构成。

3.根据权利要求1所述的复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统，其特征在于：所述开关信号控制电路包括达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN1和两路驱动单元；两路驱动单元均包括高速光耦U1、MOS管M1和二极管D1；

所述供电电路设有电源一和电源二，且电源一的供电电压≤电源二的供电电压；所述达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN1的输入端与微处理器连接；高速光耦U1的输入端分别与电源一和达林顿晶体管阵列驱动芯片ULN1的输出端连接；高速光耦U1的输出端一与电源二连接；高速光耦U1的输出端二通过串联的电阻R3和电阻R5与MOS管M1栅极连接；电阻R3和电阻R5连接处通过电阻R6与MOS管M1源极连接，MOS管M1源极接地；MOS管M1漏极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与电源二连接；高速光耦U1的输出端一与高速光耦U1的输出端二之间连接有电容C1；电源二和MOS管M1漏极共同作为开关信号控制电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统，其特征在于：所述供电电路与三相交流电相连； SiC MOSFET高频驱动电路一端与微处理器的PWM模块相连，另一端连接SiC MOSFETs全桥逆变电路的SiC功率开关管驱动侧；采样反馈电路一端与微处理器的ADC端口相连，另一端通过霍尔传感器与SiC SBDs全波整流滤波电路相连；微处理器的CAN通信接口分别与机器人的通信接口和送丝机构的通信接口连接；所述开关信号控制电路一端连接微处理器的通用I/O口，另一端连接压缩气装置和保护气装置。

5.根据权利要求1所述的复杂工况水陆两用原位激光增材制造系统，其特征在于：所述进气管为两个以上；各个进气管分别与外罩连接；各个进气管分别与收缩腔体相切，以使压缩气体进入收缩腔体后形成旋转气流。