[发明专利]同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆方法

说明书

本发明提供一种同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆系统与方法，包括激光熔覆加工头、激光光斑控制器、送粉装置以及送粉控制器，被设置用于控制送粉；送粉装置采用阵列式独立粉管的双侧送粉方式，并可通过送粉控制信号调整粉斑长度和/或宽度，并将光斑与粉斑最佳适配，实现高效高质量的异种材料同步分区打印，其中两侧的粉管成一一对称的方式同步向激光光斑位置送粉，其中至少一对向同一位置送粉的粉管分别输送不同的粉末，两种粉末在粉末汇聚点区域实现熔化冶金反应，形成冶金结合区作为过渡区，从而实现宽带可调多管同步送粉，以利于进行高效率实现同一光斑下的同步分区旁轴送粉3D打印，提高熔覆效率和质量。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，具体而言涉及一种同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆系统与方法。

背景技术

激光熔覆增材制造，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基层表面形成与其为冶金结合的熔覆层。通过激光熔覆增材制造技术的应用，可在基体材料上制造出高性能的表面涂层，例如高强度、耐磨涂层，显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性，达到表面改性或者修复的目的。

在工业应用过程中，制约激光熔覆增材制造大规模推广的突出问题是熔覆效率和熔覆层的质量。较低的生产效率无法满足生产线产品的计划产能。

为了提高熔覆效率，现有技术中提出宽带激光熔覆技术，表现出较为明显的优势，与传统激光熔覆相比，宽带激光熔覆技术的熔覆效率得到显著的提升。但在在工业应用中，熔覆层的形貌难以有效控制，涂层截面成形形貌高宽比较大，容易出现中间高两边低且中间与两端高低差较大的问题，这种成形形貌带来的后续问题是机加工余量大、粉末材料浪费严重。

现有技术中尝试通过提高搭接量来减小机加工余量，但是却降低了单位时间的熔覆效率，同时由于搭接量的增加，降低的搭接区涂层的组织性能，导致表面不平度，内部组织裂纹、气孔的生成，从而影响熔覆层的成型质量和性能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中异种材料打印采用预混容易导致分层以及需要二次打印的效率问题，提出一种同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆系统与方法，可在同一打印层截面上不同位置成形不同的粉末材料，通过一个激光熔覆加工头可在一个单道宽度的不同区域内同时打印两种或两种以上的粉末材料(金属粉末材料)，而不需要进行分别打印，由此通过该实施可提高打印效率，而且可得到更好的涂层成形轮廓。

本发明的第一方面提出一种同一光斑异种材料同步分区送粉激光熔覆系统，包括：

激光熔覆加工头，被设置用于在工件表面形成激光光斑；

激光光斑控制器，被设置用于调节所述激光光斑；

送粉装置，被设置用以向所述激光光斑的位置输送粉末；以及

送粉控制器，被设置用于控制送粉；

其中，所述送粉装置包括：

至少一个送粉器，所述送粉器具有送粉桶；

分粉器组合，与所述至少一个送粉器连接；

第一侧向送粉组件和第二侧向送粉组件，位于激光熔覆加工头的两侧，并关于激光熔覆加工头的中心轴线成轴对称地设置；所述第一侧向送粉组件和第二侧向送粉组件内分别配置有多个独立分布的粉管；所述粉管的入口端连通至所述分粉器组合，出口端朝向激光熔覆加工头所形成的激光光斑位置；

所述送粉桶用于存储的粉末，所述送粉桶被设置成载气输送粉末至分粉器组合，并经由分粉器组合输送至所述第一侧向送粉组件的一个或者多个粉管，以及输送至第二侧向送粉组件的一个或者多个粉管；并且