[发明专利]一种抗真空蒸镀金属增材制造装置及其工作和制造方法

权利要求书

1.一种高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，包括激光器、高速光闸、低速光闸和光开关控制器，其特征在于，所述激光器和光开关控制器连接，所述高速光闸和低速光闸依次设置在激光器后面；所述高速光闸由两道以上做相反方向等速率匀速旋转运动的机械快门构成；所述低速光闸由一道做匀速旋转运动的机械快门构成；所述光开关控制器可以控制激光器出光和关闭。

2.根据权利要求1所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述装置还包括机械传动结构，所述机械传动结构可以使高速光闸的开关频率为低速光闸的整数倍，保证两者在同一时刻完全打开。

3.根据权利要求1所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述激光器的脉冲频率可以与低速光闸开关频率一致或采用其整数倍分频。

4.根据权利要求3所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述高真空环境防蒸镀金属增材制造装置可以采用光电传感器加分频电路来实现激光器的脉冲频率为低速光闸开关频率的整数倍分频。

5.根据权利要求1所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述激光器射出的脉冲激光束通过高速和低速两种机械光闸以后到达金属材料表面并将其熔化，与此同时在金属熔融体表面产生高速喷射的金属蒸汽和相对低速飞溅的金属液滴。

6.根据权利要求5所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述金属蒸汽沿出射激光束反方向到达激光聚焦头表面之前被高速光闸截断。

7.根据权利要求5所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置，其特征在于，所述金属液滴沿出射激光束反方向到达激光聚焦头表面之前被低速光闸截断。

8.一种基于如权利要求1~7任一项所述的高真空环境防蒸镀金属增材制造装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：t₀时刻，高速光闸的两道高速光闸和低速光闸的一道低速光闸同时完全打开；

步骤2：激光器随即受控开始出光并持续时间dt后关闭，dt满足

dtt₁-t₀；

其中，t₁时刻，两道高速光闸已经完全关闭，但低速光闸还未产生明显的关闭动作，此时刻有大量金属蒸汽在熔融体表面产生并向激光聚焦头方向高速喷射过去且金属蒸汽即将到达高速光闸的外侧表面；

步骤3：t₂时刻，金属蒸汽开始撞击两道高速旋转的闸门外表面并沉积在上面，该过程持续时长为t₃- t₂，并且t₃-t₂≤dt；

步骤4：t₄时刻，两道高速光闸再次完全打开，低速光闸处于半开状态，此时，t₄和t₅满足以下关系：

t₄-t₀t₅-t₀；

其中，t₅时刻，低速光闸已经完全关闭，金属液滴即将到达低速光闸的外侧表面；

步骤5：t₆时刻，金属液滴开始陆续撞击低速旋转的低速光闸外表面并沉积在上面，该过程持续时长度约为t₇- t₆；其中t₇时刻，飞溅到低速光闸外侧的金属液滴已经完全被拦截；

步骤6：t₈时刻，两道高速光闸和一道低速光闸再次同时完全打开，整个制造装置经历了一个完整的工作周期，激光器准备再次出光，重复步骤1~5。

9.根据权利要求8所述的一种高真空环境防蒸镀金属增材制造装置的工作方法，其特征在于，所述高速光闸的开关频率是低速光闸开关频率的整数倍，以保证两者在同一时刻完全打开。