[发明专利]一种激光增材-抛光一体化加工方法及其装置

说明书

一种激光增材—抛光一体化加工方法及其装置：本发明公开了一种用于激光增材—抛光一体化加工方法及其装置，该方法可用于激光增材制造零件的表面抛光，在增材制造过程中，增材与抛光同步进行，利用激光抛光，快速获得平整光滑的表面，从而实现增材—抛光加工的一体化。该装置主要由机械臂、筒体、反射镜、全息光学元件、冷却系统、送丝管组成，其特征在于：圆形入射激光束经反射镜反射至全息光学元件表面，由全息光学元件衍射成两束聚焦光束，聚焦光束Ⅰ与合金丝材用于增材成形；聚焦光束Ⅱ用于增材成形后续抛光。该发明的优点：(1)可以有效改善材料表面质量，提升材料表面的力学性能；(2)该装置采用合金丝材进行增材制造，不会造成粉末飞溅等问题。

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种用于激光增材-抛光一体化加工方法及其装置。

背景技术

激光增材制造技术是目前最具潜力的先进制造技术之一。该技术基于离散/ 堆积成形原理，将制件三维CAD模型进行切片分层处理，使其转换成厚度很薄的二维平面模型，采用大功率激光器，通过数控系统控制工作台按照分层软件给定的路径进行逐点、逐线、逐层扫描，使材料熔化并层层叠加，从而实现结构复杂零件的快速、全致密地成形，不仅在航空航天、生物医疗等领域得到了广泛的应用，而且对于我国制造业的发展具有十分重要的战略意义。

目前采用激光增材制造技术成形的零件致密度可达99％以上，其力学性能已优于铸件，但增材制造零件表面粗糙度却远远不足，而且在许多应用领域对增材制造零件表面粗糙度有较高的要求，故增材制造零件表面的抛光加工不可或缺。

激光抛光是20世纪80年代随着激光技术发展而产生的一种非接触式表面重熔、精密加工技术，通过激光辐射使表面张力驱动材料再分布，进而实现材料表面的平滑，具有非接触、高柔性、无污染、无残留等优点。例如，中国发明专利CN109926584A公开了一种增材制造和表面抛光同步加工方法及装置，如图 1所示。在增材制造零件的逐层成形加工过程中，当某一片层中选定空间的粉末被激光熔化成形为熔覆层后，先对该熔覆层的内轮廓面和/或外轮廓面进行超快激光扫描抛光处理，消除内轮廓面和/或外轮廓面上选定区域内的多余材料，再进行下一片层的熔覆层激光成形加工，直至整个增材制造零件的内轮廓面和/或外轮廓面上所有选定区域内的多余材料消除完毕。

上述方案存在以下不足：

(1)上述方案的激光抛光是在增材成形一个片层以后再进行的，没能实现激光增材制造和激光抛光的完全同步。

(2)结构相对复杂，成本高。

由于现有的激光增材-抛光一体化加工方案仍存在不足且都是在增材设备上增材成形完毕以后才进行激光抛光，不能形成边增材边抛光的同步加工方式。故为了实现激光增材-抛光一体化，进一步研究激光抛光对增材成形构件表面的影响，引进了全息技术。全息术是通过记录从被照射体反射光的强度和相位来记录图像，用以创建衍射图样、形成被照物的3D图像。因具有立体性、可分割性及信息存储能力强等特征，全息术已逐渐应用到成像、显微、干涉测量、信息存储等领域。全息衍射光束是通过全息光学元件记录从照射点反射光的强度及相位，经衍射形成任意指定能量密度分布、传统透镜和反射镜无法获得的光束，如图2所示。

因此，发明一种工艺简单，抛光效率高且能有效改善增材制造零件的表面精度，提高零件表面力学性能并在现有激光增材设备上实现同步激光抛光的方法及其装置，是一项重大的突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升加工效率，有效改善激光增材零件表面精度，提高零件表面力学性能的增材-抛光一体化加工方法及其装置，以解决现有技术中存在的问题。