[发明专利]激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置及方法，将激光选区熔化增材制造技术和激光冲击强化技术相结合，装置结构设计合理，操作简单，适用性强；通过铺粉器和两个粉末存储室以及铺粉导轨，实现均匀铺设金属粉末，通过扫描振镜系统和激光扫描发生器实现激光束多角度扫描，即进行激光选区熔化增材制造过程，能够高效快速地生产预设形状的增材构件；在热态下对增材表面进行激光冲击强化，消除增材构件内部的气孔、裂纹缺陷和调控增材构件的表面应力状态，有效消除了激光选区熔化增材过程中由于产生的拉伸残余应力导致的降低零件疲劳寿命、扭曲零件几何结构、材料中的裂纹生成，从而达到改善构件性能的目的。

技术领域

本发明涉及激光增材制造和激光冲击强化技术领域，更具体的说是涉及一种激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置及方法。

背景技术

激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)又称激光粉末床熔，是目前研究最为广泛和成熟的增材制造技术之一。随着技术的不断进步，SLM的可靠性、零件密度、生产率和材料加工范围都有了显著提升，SLM的一个众所周知的优点是能够生产传统加工方式不可获得的复杂几何形状零件。

但是，SLM技术在进行打印时，最大的弊端在于残余拉应力的积累，由于残余拉应力会显著降低疲劳寿命，扭曲零件几何结构，促进材料(如镍基高温合金)出现裂纹，甚至在SLM制造阶段导致分层和工艺失效。故经SLM加工后的零件存在开裂等隐患，难以适用于制备高可靠性的激光增材构件。

因此，如何提供一种可靠性更高的激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置及方法，通过在激光选区熔化增材过程中进行激光冲击强化，有效地解决了传统增材制造工艺得到的增材构件残余拉应力积累导致的疲劳性能下降的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种激光选区熔化与激光冲击强化复合增材制造装置，该装置包括：

基座，所述基座水平布置；

铺粉组件，所述铺粉组件设置于所述基座上；

运动成型缸，所述运动成型缸沿所述铺粉组件的铺粉路径布置，并设于所述铺粉组件的底部；

激光扫描组件，所述激光扫描组件一端设于所述基座的一旁，所述激光扫描组件的另一端延伸至所述铺粉组件的上方并在所述铺粉组件的上方水平移动；

扫描支撑导向组件，所述扫描支撑导向组件设于所述基座上，所述激光扫描组件的另一端与所述扫描支撑导向组件的顶部水平滑动连接；

所述激光扫描组件用于对所述铺粉组件铺设的粉末交替进行激光选区熔化增材制造和激光冲击强化处理。

进一步地，所述铺粉组件包括铺粉器、第一粉末存储室、第二粉末存储室和工作平台，所述工作平台架设于所述基座上，所述工作平台上设有铺粉导轨，所述铺粉器与所述铺粉导轨滑动连接，所述第一粉末存储室和所述第二粉末存储室分别设于所述铺粉导轨上靠近两侧位置，所述运动成型缸设于所述铺粉导轨的下方。

进一步地，所述运动成型缸包括成型缸体、活塞和基板，所述成型缸体顶部开口，所述活塞和所述基板均设于所述成型缸体内部，所述基板水平布置，所述活塞与所述基板垂直连接。

其中，激光选区熔化通过高功率的激光束熔化金属基材和金属粉末，由两个粉末存储室对金属粉末进行存放，并分别置于铺粉导轨两端，通过铺粉器实现金属粉末均匀铺设，成形缸内基板通过活塞升降实现平稳升降，由控制系统控制随沉积层高度的增加而逐层下降。