[发明专利]一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法

说明书

本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种激光抛光‑激光增材复合的增材制造方法，该方法以金属粉末为原料，在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中，每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光，直至沉积完成。本发明采用激光抛光技术对增材制造沉积的表面进行清理，不仅可以消除表面形成的氧化层，还可以实现对表面层的缓慢冷却，降低了残余应力，改善了组织和应力状态；而且同其他操作方式相比较，具有操作方便和简便的优势。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，涉及送粉激光沉积增材制造金属材料，具体涉及一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法。

背景技术

激光增材制造成形金属部件，尤其是直接激光沉积技术，在制备和再制造高性能金属部件时具有不可比拟的优势，但由于激光直接沉积是在非密闭的环境下进行的层层堆积，其沉积过程中的保护气氛为在大气条件下所引入的氩气进行保护，此时的高温环境造成熔池表面在凝固后不可避免的形成带氧化物的表面，这对最终沉积的增材制造的显微组织和机械性能有一定的影响。如果能够在增材制造的过程中将这一表面形成的氧化物清除掉，将会极大的改善增材制造产品的显微组织和机械性能。

为此，人们研究了各种办法来进行改善提高，如发明专利“一种高精度激光增减材的复合制造装置”(专利申请号CN202010646377.X)为在激光增材制造的过程中引入减材的过程，减材的时候将表面的不平整和氧化膜利用机加工去掉了。这种操作方法由于引入了减材设备，对设备的集成要求高、成本高、而且减材还会带来新的污染物，使得操作复杂和控制起来比较困难。

发明内容

针对当前存在的问题，本发明提供了一种激光抛光-激光增材复合的增材制造方法，在激光增材制造的过程中，引入激光抛光设备，对刚刚沉积的金属表面进行激光抛光，不仅可以去除表面的氧化物，同时激光抛光时所造成的热量还具有缓冷以减少温度梯度的作用，减少了应力和缺陷，同时对后续的激光增材制造也起到了改善作用。

按照本发明的技术方案，所述激光抛光-激光增材复合的增材制造方法，以金属粉末为原料，在采用激光增材制造方法进行沉积的过程中，每沉积一层金属片层后进行一次激光抛光，直至沉积完成。

进一步的，包括以下步骤，

S1：将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置活动安装在激光器所在的工作系统上；

S2：调整激光增材辅助装置位置，启动激光器、送粉器、激光增材辅助装置和基材温控装置，以金属粉末为原料，进行激光沉积，形成金属片层；

S3：关闭送粉器和激光增材辅助装置，调整并启动激光抛光辅助装置，对所述金属片层的表面进行激光抛光；

S4：重复步骤S2和S3，直至完成整个制备过程。

具体的，将激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置固定在同座板于一体的工作操作系统上(该系统可以是机床系统，也可以是机器人系统)上；温控装置固定在数控机床工作台上，包括分机和主机；基板固定在温控装置主机和分机上，并通过连接试样进行连接。沉积试样位于基板上；温控装置主机和分机底部为恒温水冷模块或加热保温模块，外接冷却水循环机，冷却水可从装置中抽出；成形过程中，激光器发生激光由光纤输送至座板处，通过激光抛光辅助装置或激光增材辅助装置进行聚焦，粉末传输至激光增材辅助装置与激光耦合成形进行增材操作。其中激光增材辅助装置即激光增材激光头，激光抛光辅助装置即辅助的激光抛光所用的激光头，在成形过程中，根据沉积层的流量和类型不同，采用不同的激光工艺参数。制备完成后关闭激光器和激光抛光辅助装置，待工件表面冷却后关闭基材温控装置。

本发明引入温控装置，使得每一层在进行沉积的时候沉积层的温度可以快速的降低或者对某些材料进行预热和缓热处理，是冷却还是预热缓冷，依据具体的材料进行选择，从而使得激光抛光和激光增材制造易于进行。

进一步的，激光器所在的工作系统上设有横向滑槽，所述激光抛光辅助装置和激光增材辅助装置利用座板滑动安装在所述滑槽内。