[发明专利]一种三激光束智能增减材复合制造系统

说明书

本发明实施例公开了一种三激光束智能增减材复合制造系统及方法。本发明可有效减少激光熔化沉积增材制造中制件的裂纹、气孔、表面粗糙等缺陷，可应用在大型金属构件的增材制造工艺中，提高制造成品率，降低成本。本发明利用脉冲激光加工的特性对制件沉积层中出现的内部缺陷进行刻蚀以将其暴露出来，然后在其刻痕或微小缺口中进行脉冲激光熔化沉积以填充其缺失部分，且二次熔化沉积部分材料致密性高、原材料层与二次沉积材料粘结牢固，可有效提高制件性能质量。本发明结合图像采集与深度神经网络质量评估模型，系统鲁棒性高，准确率高。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种三激光束智能增减材复合制造系统。

背景技术

随着工业进程的加快，航空航天、核电、船舶等领域对零件结构的需求呈现大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化、结构功能一体化的发展趋势，传统的“铸锻造+机加”的加工方法已难以满足要求，增材制造技术则为其提供了全新的解决方案。

增材制造技术具有“多类型多工艺共存，材料体系众多”的特点，但目前存在着“制件精度低、制件稳定性差”等关键问题，限制了增材制造技术大规模工程应用。因此，迫切需要高精度智能化金属增材制造系统。

简述增减材制造专利特点如增材+铣削，提高精度但不能对零件内部的流道内表面进行处理。

目前，大型关键金属构件主要由激光熔化沉积（Laser Melting Deposition，LMD）和激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）方式进行加工，增材制造装备是典型的光机电一体的复杂系统，涉及高温、密闭、粉尘等复杂工况，如何实现其工艺过程的长时间、无间断、稳定运行是一个非常重要的问题。

增材制造与减材制造具有其各自的优点，目前关注的增减材复合制造技术主要集中在基于激光熔融沉积的增材制造与数控加工的复合，以及基于激光熔融沉积的增材制造与脉冲激光减材加工的复合，但对脉冲激光减材加工的应用止于修复制件毛刺、表面粗糙度等的表面缺陷，目前无法结合激光熔化沉积和脉冲减材技术，对气孔、裂缝等沉积层的内部缺陷进行修复，无法充分发挥脉冲激光加工的优势。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种三激光束智能增减材复合制造系统及方法。可解决大型关键金属构件制造过程中易出现裂纹、气孔、空隙等内部缺陷以及常见表面质量等问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种三激光束智能增减材复合制造系统，包括第一、第二、第三激光单元、图像采集系统、质量评估系统、增减材修复控制系统；

所述图像采集系统与所述第一激光单元同步运动，用于跟随获取熔化沉积过程中的工艺图像，实时地对所述工艺图像进行预处理，获得特征图像与熔池温度；

所述质量评估系统用于对所述特征图像与熔池温度输入制件质量评估模型，输出组成包括缺陷类型、评估准确可信度以及缺陷坐标、大小、走向分部信息至少其中之一，并在沉积过程中记录存储包括出现内部缺陷的坐标值、缺陷的分布区域和深度信息；

所述增减材修复控制系统用于对所述质量评估系统的评估结果与缺陷修复工艺的对应表放假行对照并制定修复计划；

所述第二激光单元用于对制件修复工艺参数对材料层进行减材加工；

所述第三激光单元用于对所暴露出的材料层内部缺陷进行增材修复。

进一步地，所述第一激光单元包括激光发生器、送粉器和同轴送粉喷头的送粉装置和运动系统，所述激光发生器与所述图像采集系统由所述运动系统同步驱动位移。

更进一步地，所述图像采集系统包括高速摄像机和红外热像仪，所述高速摄像机用于获取所述工艺图像，所述红外热像仪用于获取所述熔池温度。

更进一步地，所述特征图像包括反应熔池、羽流、飞溅物的形状、大小、及表面形貌。