[发明专利]一种金属增材制造过程中缺陷在线修复方法

说明书

本发明属于金属増材制造技术领域，并公开了一种金属增材制造过程中缺陷在线修复方法。该方法包括下列步骤：(a)在金属増材制造过程中对待成形对象的每个切片层成形时，同步进行缺陷检测，以此确定切片层中是否存在缺陷和缺陷所在的位置；(b)在缺陷所在的位置设定缺陷去除区域的尺寸，然后对缺陷去除；测量缺陷去除区域实际的尺寸，获得缺陷去除区域实际的三维结构，采用増材制造的方法重新成形缺陷去除区域；(c)对重新成形的缺陷去除区域的边界进行重熔，使其边界与相邻的部分衔接，以此实现缺陷的在线修复。通过本发明，实现对缺陷部分高效精准去除并保证重熔修复的质量，解决了现有金属增材制造过程中熔道缺陷的修复难题。

技术领域

本发明属于金属増材制造技术领域，更具体地，涉及一种金属增材制造过程中缺陷在线修复方法。

背景技术

金属增材制造技术是根据零件的三维模型，将材料熔化并采用逐层堆积的方法制造零件。金属增材制造技术无需工装和模具，可以根据零件三维模型直接成形，具有制造周期短、材料利用率高和加工成本低的特点。因此，金属增材制造技术适合航空航天领域中大型复杂钛合金、高温合金等难加工材料构件的制造，克服铸造或锻造结合机加工等传统制造方式存在的加工周期长、材料利用率低的问题。然而金属材料的熔融沉积是一个多物理场耦合的过程，成形中由于温度剧烈变化极易出现气孔、夹渣、裂纹等缺陷。金属零件中的缺陷一方面将严重降低零件的组织性能，另一方面零件内部的微小缺陷将在后期使用或交变载荷的作用下逐渐扩展，使零件失效从而引发事故。目前铸锻铣分离工艺质量检测方式主要是在零件制造成型后的不同加工工序中离线使用超声波、X光射线探伤等方式检测缺陷，通过不同工序间不断淘汰有缺陷零件，进行前续工序质量控制。而增材制造打开了设计想象空间，数字化逐层堆积进行整体制造，一旦有零件如复杂内腔、内流道等零件在制造过程中出现缺陷，由于其设计理念和整体制造工艺约束，限制了工具可达性，在零件完成后再离线检测修复已是不可能完成的任务，整个零件都将是一个废品，其经济损失和时间损失都不能接受，因此增材制造质量控制应该在制造过程中层间堆积时完成。

针对上述问题，需要在金属零件增材制造过程中检测缺陷并进行在线修复，从制造源头控制缺陷的产生。现有研究对金属增材制造过程中的缺陷控制主要集中在成形参数优化，对熔池参数进行在线检测并反馈控制到最优参数，以减少缺陷的形成。然而成形过程中仍不可避免产生缺陷，需要检测定位出缺陷并进行在线修复，再进行后续的堆积成形。现有研究多数集中在缺陷在线检测方法上，但是目前对于检测出的缺陷如何高效修复并保证修复后质量的相关研究较少。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种金属增材制造过程中缺陷在线修复方法，采用超声振动辅助铣削技术将局部含有缺陷的金属材料去除，通过线激光和相机得到零件轮廓信息，据此规划合理的路径，对被去除的缺陷部分重新熔融沉积至所需尺寸，其中借助高频感应加热线圈来控制成形温度，该方法在金属成形过程中对缺陷进行在线修复，可实现对缺陷部分精准去除和重熔修复，保证修复质量，解决了现有金属增材制造过程中熔道缺陷的修复难题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种金属増材制造过程中缺陷在线修复方法，该方法包括下列步骤：

(a)在金属増材制造过程中对待成形对象的每个切片层逐层成形时，同步对每个切片层进行缺陷的检测，以此确定每个切片层中是否存在缺陷，以及缺陷所在的位置；

(b)在所述缺陷所在的位置设定缺陷去除区域的尺寸，然后根据该尺寸对缺陷所在的位置进行缺陷去除；测量缺陷去除区域实际的尺寸，以此获得缺陷去除区域实际的三维结构信息，采用金属増材制造的方法，根据该三维结构信息在缺陷所在的位置重新成形缺陷去除区域；

(c)对重新成形的缺陷去除区域的边界进行重熔，使重新成形的缺陷去除区域的边界与其相邻的部分衔接，以此实现缺陷的在线修复。