[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

说明书

本发明公开了一种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。本发明通过在等离子束增材区域先沉积上一层激光熔覆层，解决了等离子束增材制造异种材料界面结合问题，提高了等离子束增材制造的界面结合强度和零件性能。本发明还采用了六轴焊接机器人与两轴变位机协同工作，工作范围大，能够实现大尺寸零件的快速成型或修复和复杂空间曲面等复杂零件的制造，并且通过引进增材监控系统，实现对成形过程的在线监控、对成型尺寸的反馈调节，提高了成型质量。

技术领域

本发明涉及金属零件增材制造技术领域，尤其涉及一种激光预熔覆辅助等离子增材制造设备与方法。

背景技术

增材制造技术又称为3D打印技术，该技术将三维模型数据处理、切片后能够在相应的成型设备上进行快速、精准地逐层制造出形状复杂的零件，实现快速自由的制造，解放了设计思路，给人们提供了一种几乎可以成型任意复杂形状零件的方法。

等离子束增材制造技术是一种利用高能的等离子束作为热源对金属粉末或者丝材进行熔融沉积的3D打印技术。利用高能等离子束进行增材制造时可令单熔道达到宽5mm和高3mm，具有高效快速的优点，在大型零件的快速、大型模具的制造与修复方面具有广阔的应用前景。

随着等离子束增材制造技术的实际应用，人们发现其界面结合强度有所不足，容易出现界面结合强度低、打印过程中与基板分离，甚至难以与基板结合的情况。特别是存在异种材料之间难以结合的问题。这些情况的存在严重影响了等离子束增材制造技术的工程应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光预熔覆辅助等离子增材制造设备。本发明能够解决异种材料结合问题，提高界面结合强度和零件性能。

本发明的目的能够通过以下技术方案是实现：

一种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。

具体地，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°。