[发明专利]一种激光预熔覆辅助等离子增材制造设备与方法

权利要求书

1.一种基于激光预熔覆辅助等离子增材制造设备的增材制造方法，激光预熔覆辅助等离子增材制造设备包括成型密封腔、保护气气瓶、集成控制系统、集尘器、两轴变位机、监控系统、增材机器人、焊炬架、等离子束熔融沉积系统以及激光沉积预熔覆系统；成型密封腔设有接口，保护气气瓶通过接口向成型密封腔内通入保护气，提供惰性气体进行气氛保护；两轴变位机用于提供C轴和A轴方向的转动；两轴变位机布置有预热用的加热垫；加热垫通过电缆与加热装置相连；焊炬架用于放置等离子束焊炬和激光熔覆头；两轴变位机、增材机器人、监控系统、集尘器和焊炬架均位于成型密封腔内部，其中增材机器人和监控系统位于两轴变位机一侧，集尘器位于变位机另一侧；所述监控系统搭载有高速摄像机和光二极管，用于在增材过程中实时获取熔池图像和零件图像；所述等离子束熔融沉积系统包括等离子束焊炬、送粉器、等离子发生器、水冷机；所述送粉器用于在增材过程中向等离子束焊炬提供金属粉末材料；所述等离子发生器与等离子束焊炬相连接，用于在加工过程中产生等离子束；所述激光沉积预熔覆系统包括激光熔覆头和激光器；激光熔覆头分别与激光器和送粉器相连接；所述水冷机分别与激光头和激光器相连接，用于提供冷却水冷却；

所述保护气气瓶与等离子发生器相连接，提供电离气体；保护气气瓶与送粉器相连接，用于气载送粉；保护气气瓶分别与等离子束焊炬和激光熔覆头相连接，提供加工过程中的保护气；所述焊炬架、成型密封腔、增材机器人、两轴变位机、监控系统、等离子束熔融沉积系统以及激光沉积预熔覆系统均与集成控制系统相连接，由集成控制系统进行协同控制；

其特征在于，包括步骤：

（1）将预先处理好的模型数据导入集成控制系统；

（2）向成型密封腔中通入保护气体并开启加热装置，令预热基板达到设定温度；

（3）增材机器人前往焊炬架装夹激光熔覆头，并回到增材起点；

（4）启动水冷机、送粉器、激光器、集尘机和监控系统，按照程序设定在增材区域先沉积一层激光熔覆层；

（5）关闭激光器，增材机器人切换等离子束焊炬，并回到增材起点；

（6）启动等离子发生器，按照设定路径进行等离子束增材制造过程；

（7）增材制造若干层后，暂停增材制造过程，通过监控系统扫描实际增材制造得到的零件与设计的零件进行比较，得到尺寸的差异反馈到集成控制系统，并在接下来若干层进行补偿；

（8）循环步骤（6）和（7），直到零件制造完成；

（9）将等离子束焊炬放回焊炬架，增材机器人返回到设备原点；

（10）待样件降至室温后，打开成型密封腔取出零件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两轴变位机提供的C轴转角范围不受限制，A轴转角范围为±110°。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器为中低功率激光器，用于提供激光束；其中，中低功率激光器指1000W以下的连续激光器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增材机器人为六轴焊接机器人，通过快接法兰盘进行等离子束焊炬和激光熔覆头的装夹切换。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若干层为5-8层。