[发明专利]原位激光冲击强化复合增材制造系统及方法、打印件

说明书

本发明提供一种原位激光冲击强化复合增材制造系统及方法、打印件，系统包括增材制造模块、原位激光冲击强化模块、成形腔；成形腔包括腔体，在腔体上方开设的窗口(11)，设置在腔体内部的送粉装置(12)、底板(13)、升降装置(14)；原位激光冲击强化模块包括脉冲激光器(M2)、第一扩束镜(1)、第一动态聚焦镜(2)、反射镜(3)、第一振镜(8)；增材制造模块包括连续激光器(M1)、第二扩束镜(4)、第一二向色镜(5)、第二动态聚焦镜(6)、第二振镜(7)。使用该系统进行增材制造不需要移动底板，即可完成增材制造以及打印件的激光冲击强化，提高加工效率及精度；该系统尤其适用于光内送丝以及大型增材制造的设备上。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种原位激光冲击强化复合增材制造系统及方法、打印件。

背景技术

增材制造技术，又称为3D打印技术，对于高熔点、传统难加工材料及复杂形状零部件的加工具有十分明显的优势。目前打印技术普遍存在的问题是打印的快速熔化和快速凝固过程中温度梯度及热应力较大，导致了打印件中存在裂纹等微观缺陷，容易翘曲变形及开裂，对于硬脆性材料如钨及其合金尤为严重；另一方面打印件近表面区域普遍存在残余拉应力。

激光冲击强化可以细化材料的晶粒组织，使近表面区域的残余拉应力转变为残余压应力，提高材料的疲劳性能、耐腐蚀以及耐磨损性能，广泛应用于航空航天等高端零件的表面处理。若激光冲击强化只作用于增材制造样件的表面，其对于打印件内部的作用效果有限。复合增材制造技术又称为三维激光冲击强化技术，其通过对每层或者每隔几层增材制造的打印件进行激光冲击强化，区别于只有表面冲击强化的效果，能显著减少打印件中的微裂纹，细化晶粒组织，提高打印件的力学性能。N.Kalentics的发明专利涉及一种增材制造过程中进行激光冲击强化的方法与装置，但是由于该装置需要将打印底板在增材和冲击系统中来回移动，降低了打印的效率与精度(US Patent20170087670)。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种原位激光冲击强化复合增材制造系统，该系统可在一个系统中实现增材制造及冲击强化过程。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种原位激光冲击强化复合增材制造系统，包括：增材制造模块、原位激光冲击强化模块、成形腔；其中，

所述成形腔包括腔体，在所述腔体上方开设的窗口11，设置在腔体内部的送粉装置12、底板13、升降装置14、刮刀15；所述送粉装置12将材料送到底板13平面上，升降装置14固定设置在底板下部，用于控制底板13的高度，所述刮刀设置在所述送粉装置12下面，能够横向移动使所述底板13表面的材料铺散均匀；

所述原位激光冲击强化模块包括脉冲激光器M2、第一扩束镜1、第一动态聚焦镜2、反射镜3、第一振镜8，所述脉冲激光器的脉冲能量分别经第一扩束镜1、第一动态聚焦镜2到达反射镜3，再被反射至第一振镜8，所述第一振镜8调整角度将脉冲能量通过窗口11并对整个底板13范围进行扫描；

所述增材制造模块包括连续激光器M1、第二扩束镜4、第一二向色镜5、第二动态聚焦镜6、第二振镜7，所述连续激光器发出的能量源分别经第一二向色镜5、第二动态聚焦镜6到达第二振镜7，所述第二振镜7调整角度将能量源通过窗口11并对整个底板13范围进行扫描。

优选地，所述第一动态聚焦镜2与所述反射镜3间呈45°±3°角；

所述第二扩束镜4与所述第一二向色镜5间呈45°±3°角。

进一步地，还包括用于监测熔池温度与形貌与所述底板(13)上铺粉状态的监测模块；所述监测模块包括监测设备、第二二向色镜9、第二反射镜10、对腔体进行照明的光源M3，熔池表面的温度与形貌与铺粉状态由所述腔体内能量源和脉冲能量输出至第二振镜7，通过所述第二振镜7输出至第一二向色镜5再透过所述第二二向色镜9到达第二反射镜10，通过第二反射镜10反射至所述监测设备M4。