[发明专利]一种激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置及方法

权利要求书

1.一种激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置，包括可旋转的搅拌头，所述搅拌头下方设置有基板，所述基板上设有增材层和增材材料，其特征在于，包括：

设置在搅拌头下端的裙式轴肩，所述裙式轴肩为锥形裙摆式结构；所述裙式轴肩与已固结的增材材料接触，并对增材材料进行碾压、搅拌形成增材层；

激光组件，包括激光通道、平面反射镜和环形反射镜；所述激光通道设在搅拌头内部，外部激光束经过所述激光通道、平面反射镜和环形反射镜的反射作用后，冲击焊接增材材料，使得增材材料固结在上一增材层上。

2.根据权利要求1所述的激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述搅拌头内设置有贯穿裙式轴肩和连接端上部的通孔，所述通孔的轴线与搅拌头的轴线重合；

所述环形反射镜设置在裙式轴肩的内壁上，所述平面反射镜设置在裙式轴肩的中部与环形反射镜配合；所述连接端的上方依次设置有调焦聚焦镜、准直镜和激光发射器，所述激光发射器透过准直镜和调焦聚焦镜向平面反射镜发射激光，所述激光的线束经过通孔的轴线，所述激光通过平面反射镜和环形反射镜反射作用于裙式轴肩下方的增材材料。

3.根据权利要求2所述的激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述平面反射镜安装在旋转电机上，所述旋转电机通过三叉支撑架设置在裙式轴肩的底部，所述平面反射镜的旋转平面与裙式轴肩的轴线垂直。

4.根据权利要求2所述的激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置，其特征在于，所述裙式轴肩的下端边沿设置有向下开口的环形凹槽，所述环形凹槽的截面为弧形结构。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的激光冲击固结复合搅拌摩擦增材加工装置对增材层进行加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将需要增材的基板放置在加工平台上，搅拌头设置在基板的上方，并且使裙式轴肩倾斜；

S2：利用送料装置将增材所需的增材材料送至基板与搅拌头之间，激光发射器发射激光，透过准直镜和调焦聚焦镜后形成可以用于冲击焊接的激光，通过平面反射镜和环形反射镜的作用，激光高速冲击搅拌头下方的增材材料，驱动增材材料贴合基板并与基板发生冶金结合形成增材材料激光固结区；

S3：旋转驱动装置驱动搅拌头以设定的速度V旋转，裙式轴肩接触增材材料固结区的上表面并挤压搅拌增材材料形成增材层；

S4：利用激光2D传感器沿增材层长度方向进行扫描，并且使激光2D传感器发出的直线激光与增材材料激光固结区长度方向垂直，检测增材材料激光固结区表面的平整度；

S5：建立平整度扫描图，在平整度扫描图上标记出不平整区域；

S6：筛选出位于激光固结轨迹内的凸出区域，以凸出区域的中心作为不紧密连接点；

S7：以增材层的加工起始点作为坐标原点，在平整度扫描图上建立平面坐标系xoy，增材材料激光固结区的延伸方向为x轴的正方向，在平面坐标系xoy中标记出不紧密连接点的坐标（x1，y1）；

S8：搅拌头根据坐标（x1，y1）进行定位，调节转速V和对增材材料的顶锻力和增材时间，对不紧密连接点进行参数实时调节加工，形成稳定、平整的增材层。