[发明专利]激光同轴诱导多TIG电弧多丝快速增材制造方法及制造系统

说明书

本发明提出一种激光同轴诱导多TIG电弧多丝快速增材制造方法，采用多热源、多丝增材的制造方式，引入多TIG电弧热源和多焊丝，能够提高每根焊丝的送丝速度，显著提高沉积效率，进而能够实现大型复杂结构件的无模具、高自由度、定制化成形。该方法的具体步骤为：将预处理好的基板装夹固定在工作台上；利用激光热源和多个TIG电弧热源形成的对称型复合热源，按照设定的工艺参数对送入熔池的多根焊丝进行融化并在基板上铺展，并按照预设的加工路径进行增材制造，得到目标金属零件；所述对称型复合热源中，激光热源位于中心，多个TIG电弧热源和多根焊丝沿所述激光热源的周向交替均匀间隔分布。

技术领域

本发明涉及一种增材制造方法，具体涉及一种激光同轴诱导多TIG电弧多丝的快速增材制造方法，属于金属增材制造技术领域。

背景技术

对于大型复杂构件，传统的制造工艺包括整体铸造、锻造；铸造工艺不可避免的存在缩孔和粗晶偏析等缺陷，力学性能较差，锻造可以避免较大缺陷，但生产成本高、效率较低、大型复杂构件制造困难，且两者均需要经过毛坯粗加工+样件精加工等切削处理，工序较繁琐、生产周期长。增材制造技术(AM)是一种基于离散-堆积原理的制造技术，通过计算机辅助设计模型，按照规划路径，采用材料逐层堆积制造金属构件的成形方法。与传统减材或等材制造技术相比，增材制造技术具有快速近净成形技术优势，材料利用率高、制造成本低、生产周期短，特别是能够实现大型复杂结构件的无模具、高自由度、定制化成形。

根据热源不同，金属增材制造主要分为激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造等单一热源增材制造；其中激光增材制造具有精度高、对难熔金属可以近净成形的优点，但也存在生产成本高、多用于精密构件的制造；电子束增材制造具有可以成形活性金属、效率较高的优点，但其制造条件苛刻(真空)很难实现大规模生产应用；电弧增材制造技术具体包括熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊；其中熔化极电弧增材制造具有成形效率高、焊接效率高等优点，但存在熔滴飞溅大、电弧稳定性差、力学性能较差等缺点。TIG电弧增材制造技术是较为成熟的非熔化极电弧增材制造技术之一，具有电弧稳定性高、飞溅小、成形质量好及力学性能优良的特点。然而，TIG电弧增材制造过程熔覆效率低，沉积效率仅为1.8kg/h～2.8kg/h，在制造大型零件方面受到限制。

为进一步提高电弧增材制造沉积率，近几年来相关学者提出了激光诱导电弧增材制造技术，仍是以单电弧为主(如申请号为201910238420.6的专利中公开的基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢机构件增材制造方法及制造系统)，低功率激光旁轴诱导电弧的非对称型的复合热源，一定程度上提升了电弧的稳定性及增材制造效率，但在制造大型零件仍受到限制。

综上，现有增材制造均采用的为单一热源或仅单低功率激光旁轴诱导单电弧的非对称型复合热源，存在沉积效率低，制造大型零件受限的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种激光同轴诱导多TIG电弧多丝快速增材制造方法，采用多热源、多丝增材的制造方式，引入多TIG电弧热源和多焊丝，能够提高每根焊丝的送丝速度，显著提高沉积效率，进而能够实现大型复杂结构件的无模具、高自由度、定制化成形。

激光同轴诱导多TIG电弧多丝快速增材制造方法，该方法的具体步骤为：将预处理好的基板装夹固定在工作台上；

利用激光热源和多个TIG电弧热源形成的对称型复合热源，按照设定的工艺参数对送入熔池的多根焊丝进行融化并在基板上铺展，并按照预设的加工路径进行增材制造，得到目标金属零件；

所述对称型复合热源中，激光热源位于中心，多个TIG电弧热源沿所述激光热源的周向均匀间隔分布；沿周向分布的多个TIG电弧热源所形成的多个间隔中，至少在两个间隔中设置焊丝。

作为本发明的一种优选方式，在每个间隔中均设置焊丝，即多个TIG电弧热源、多根焊丝沿激光热源的周向交替均匀间隔分布。