[发明专利]石蜡保护激光增减材加工无夹杂复杂内通道的工艺方法

说明书

本发明涉及一种石蜡保护激光增减材加工无夹杂复杂内通道的工艺方法，属于激光加工技术领域。该方法包括如下步骤：S1、模型分层；S2、激光增材并实时检测：S2‑1无缺陷时继续增材加工；S2‑2、有缺陷时减材精加工之后增材下一层；S3、石蜡保护：重复步骤S2，直至复杂内通道内部当前待保护增材高度达到临界高度,喷射熔化的石蜡液体保护；S4、石蜡去除得到复杂内通道结构。本发明中增材、检测、减材和防护一体化，大大提高复杂内通道增减材加工精度和加工效率。

技术领域

本发明涉及一种石蜡保护激光增减材加工无夹杂复杂内通道的工艺方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

由于整体构件可以省去零部件之间的连接件，减少零件数量，显著减轻构件重量，使产品的综合性能大大提高。因此，整体构件在航空航天领域、汽车领域、武器装备等领域得到越来越多的应用。然而，对于一些具有复杂内部通道的整体构件，如火箭发动机喷嘴，由于其通道狭窄而弯曲，常规加工难度大，效率低。所以设计出能实现整体构件的高效、快捷加工的工艺方法，已成为先进制造技术研究的热点之一。

增材制造技术，是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造三维实体零件的一种“自下而上”材料累加的制造方法。与传统制造技术相比，该技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，应用广泛，是目前实现整体构件高效、快捷加工的不错选择。

激光选区熔化利用扫描振镜输出一定能量密度激光束对逐层铺置的金属粉末层实施选区熔化，可以在不借助工装夹具和模具的情况下完成复杂金属整体构件的近净成形，是一种新兴的增材制造技术。然而，通过增材制造技术（特别是激光增材）制备的零件内壁、表层都存在粘附层，而且构件表面的粗糙度很难满足工程要求，因此，如何对增材制造后的复杂构件内部通道进行光整加工，成为促进增材制造技术推广和应用的关键技术之一。

申请公布号CN107414151A的专利公开了3D打印和铣削的增减材复合加工装置，利用四轴机械臂切换3D打印增材和铣削减材复合加工。申请公布号CN108581397A的专利公开了增减材复合制造涡轮叶片的加工方法，通过先增材后端铣侧铣的方法加工涡轮叶片。申请公布号CN109048365A的专利公开了一种大型复杂金属结构件增减材制造装置，先电弧焊接增材再铣削减材最后抛光，三步骤加工集成在一台设备上。以上专利都是增材结束后再进行传统的机械精加工，能提高表面加工精度，改善表面质量，但是受其刀具形式及运动方式的限制，对于复杂构件内部通道，传统机械加工刀具无论采取怎样的加工路径都难以保证达到通道上的所有点，加工可达性差，尤其是三维异形扭曲通道，传统的机械精加工更是无法加工。

授权公告号CN106735216B的专利公开了一种金属零件的增减材复合制造装备及方法，激光每熔化一层材料冷却固结后就利用铣削精加工。申请公布号CN107102061A的专利公开了金属材料高能束增减材在线激光超声检测复合加工方法，高能束熔化金属材料每成形几层就利用激光超声无损检测然后铣削减材，成形、检测、铣削交替配合。以上专利是将增材与铣削减材交替进行。虽然能保证机械精加工到每个点，但交替过程中等待材料冷却固结会浪费大量时间。而且刀具受增材粉末材料的限制较大，对于硬度较高、导热率较差的材料刀具无法铣削，而未熔化冷却固结的粉末，会在机械加工的刀具转动时，飞散摩擦，造成不确定的损害。申请公布号CN110369725A的专利公开了基于激光增减材复合制造精细工件的近净成形方法及装置，提出激光增材每一层或每几层后都使用激光减材来精细处理，通过激光增材和激光减材不断地交替循环加工出实体。虽然用激光减材精加工代替了传统的机械精加工，但却忽略了激光减材精加工完成后，循环的激光增材产生的多余的熔融粉末球会因为重力等原因移动粘附到之前下层精加工后的表面，二次破坏已精加工表面质量。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计了一种石蜡保护激光增减材加工无夹杂复杂内通道的工艺方法，对激光增材后的壁面实时在线检测并利用飞秒激光减材实时快速去除，而后对激光减材精加工后的复杂内通道注入熔融石蜡液体，保护已精加工的内通道壁。