[发明专利]基于多轴联动的钛合金螺旋桨电弧激光复合增材制造方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于多轴联动的钛合金螺旋桨电弧激光复合增材制造方法及应用，对三维模型文件进行切片处理得到每一层三维模型文件；对每一层的三维模型文件进行路径规划，得到执行机构能够识别并成形基体的程序代码；利用成形基体的程序代码，利用执行机构实现焊枪沿悬钛合金螺旋桨规划路径轨迹平滑运动，通过多轴联动保证焊枪与变曲率、变角度的桨叶切平面实时共面实现螺旋桨的成形制造；采用冷金属过渡的电弧激光复合增材工艺，每打印1层，重复以上步骤，完成钛合金螺旋桨电弧‑激光复合增材打印成形。本发明能够利用冷金属过渡电弧‑激光复合增材工艺在多轴联动的轨迹基础上制备出外部尺寸及内部质量满足要求的螺旋桨等悬臂结构。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于多轴联动的钛合金螺旋桨电弧激光复合增材制造方法及应用。

背景技术

螺旋桨为异形复杂曲面结构，外型精度要求很高，传统钛合金铸造工艺存在充型难、材料利用率低、成本高和周期长等问题，而且受制造设备限制，无法实现大规格船用螺旋桨的整体建造。增材制造技术能够实现构件近净成形，特别适合复杂曲面结构的一体化成形，能够缩短周期、提高性能、控制缺陷，从而制备优质的钛合金复杂结构件，增材制技术是钛合金螺旋桨的制备工艺重要发展方向之一。

目前，国内针对钛合金螺旋桨的增材制造内容较少，现有的螺旋桨桨叶采用的是柱面切片和偏置填充的方式进行路径规划，然后采用电弧熔丝增材制造工艺进行成形。该工艺能初步实现小倾角桨叶的增材制造，但对大倾角的悬臂螺旋桨结构增材制造过程中，无支撑情况下的工艺可行性差，而实际建造过程中大倾角悬臂结构的轨迹规划及匹配工艺是关键技术。

螺旋桨为异形复杂曲面结构，外型精度要求很高，传统钛合金铸造工艺存在充型难、材料利用率低、成本高和周期长等问题，而且受制造设备限制，无法实现大规格船用螺旋桨的整体建造。增材制造技术能够实现构件近净成形，特别适合复杂曲面结构的一体化成形，能够缩短周期、提高性能、控制缺陷，从而制备优质的钛合金复杂结构件，增材制技术是钛合金螺旋桨的制备工艺重要发展方向之一。

钛合金螺旋桨的增材制造过程中，现有的螺旋桨增材制造技术，在轨迹规划中主要采用圆柱切面和偏置填充，在无支撑情况下无法实现大倾角螺旋桨的增材制造，而实际建造过程中大倾角悬臂结构的轨迹规划及匹配工艺是关键技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于多轴联动的钛合金螺旋桨电弧激光复合增材制造方法及应用，适用于螺旋桨，但不拘泥螺旋桨的大倾角悬臂结构，能够实现无支撑增材制造，工艺可达性高，过程稳定，显著提高悬臂结构增材制造的效率、降低成本，有效推动技术革新。

本发明采用以下技术方案：

基于多轴联动的钛合金螺旋桨电弧激光复合增材制造方法，包括以下步骤：

S1、建立钛合金螺旋桨的三维模型，获得三维模型文件，对三维模型文件进行切片处理，得到每一层的三维模型文件；

S2、对步骤S1切片处理后每一层的三维模型文件进行路径规划，得到执行机构能够识别并成形基体的程序代码；

S3、利用步骤S2成形基体的程序代码，利用执行机构实现焊枪沿悬钛合金螺旋桨规划路径轨迹平滑运动，通过多轴联动保证焊枪与变曲率、变角度的桨叶切平面实时共面实现螺旋桨的成形制造；

S4、采用冷金属过渡的电弧激光复合增材工艺，每打印1层，重复步骤S2至步骤S3，完成钛合金螺旋桨电弧-激光复合增材打印成形。

具体的，步骤S1中，三维模型文件为通用文件。

具体的，步骤S2中，成形处理包括外轮廓部分处理和内部填充部分处理；在外轮廓成形处理中，采用直线形式实现悬出结构成形；在内部填充部分成形处理中，采用Z形线轨迹进行填充。

进一步的，内部Z字形填充过程中采用恒定的成形工艺参数。