[发明专利]一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的方法及装置

摘要

本发明提供了一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的方法及装置，装置包括移动平台系统、激光金属沉积系统、辅助成形系统、主动冷却系统和中央控制系统。其成形方法是激光金属沉积系统熔覆成形薄壁件时，辅助成形系统实时控制薄壁厚度和成形方向，在沉积多层薄壁件时，可以克服层间堆积引起熔池流淌问题，解决薄壁成形由于层间堆积表面粗糙度过大的问题，实现可变厚度直面、曲面薄壁的加工。同时，主动冷却系统实时对沉积层冷却降温。本发明解决了激光熔覆成形表面质量低、连续多层沉积时由于温度升高带来沉积层热应力堆积开裂、微观组织粗大和缓冷导致成形效率低等问题，实现了复杂薄壁件的高质量、高效成形。

主权项

1.一种提高激光增材制造薄壁件成形质量的装置实现薄壁件激光熔覆沉积的方法，其特征在于，所述提高激光增材制造薄壁件成形质量的装置，包括移动平台系统、激光金属沉积系统、辅助成形系统(5)、主动冷却系统和中央控制系统(13)，/n所述移动平台系统包括固定工作台(1)、三轴移动平台(2)和高精度机械手臂(4)，三轴移动平台(2)和高精度机械手臂(4)安装在固定工作台(1)上，三轴移动平台(2)上安装有工件夹具(3)；/n所述激光金属沉积系统包括激光器(12)、激光头(11)、送粉器(10)和粉末喷嘴(9)，粉末喷嘴(9)通过送粉铜管与送粉器(10)相连，粉末喷嘴(9)和激光头(11)都安装在高精度机械手臂(4)上；/n所述辅助成形系统(5)包括两片陶瓷块，所述陶瓷块由纳米氧化铝材料制成，两片陶瓷块通过抓手夹具(15)固定在机械抓手上，且两片陶瓷块相对设置，机械抓手装在高精度机械手臂(4)上；/n所述主动冷却系统包括液氮喷射嘴(6)、电磁控制阀(7)、液氮罐(8)，液氮喷射嘴(6)安装在激光头(11)的后方、且与液氮罐(8)连接，所述液氮喷射嘴(6)与液氮罐(8)之间设置有电磁控制阀(7)；/n三轴移动平台(2)、高精度机械手臂(4)、送粉器(10)、激光器及电磁控制阀(7)均与中央控制系统(13)连接；中央控制系统(13)通过控制高精度机械手臂(4)和机械抓手的联动配合能够实现陶瓷块开合大小、角度的调整，通过调节电磁控制阀(7)的开合控制液氮的喷射，主动对激光熔覆沉积层快速冷却，同时还实时调整送粉量、激光功率、扫描速度的大小；/n包括以下步骤：/n步骤一：根据预期薄壁件的三维形状和尺寸建立构件CAD几何模型，提取薄壁件的STL模型，然后根据构件的形状和尺寸选择分层厚度，利用分层切片软件对STL模型进行分层处理；/n步骤二：根据步骤一的分层确定本层激光沉积层的激光功率、送粉量、扫描速度和沉积高度h_n，通过高精度机械手臂(4)调整两块陶瓷块之间的间距大小与薄壁件宽度一致、并根据薄壁件弯曲形状实时调整两块陶瓷块的旋转角度，保证激光沉积熔池始终在两块陶瓷块之间凝固；/n步骤三：根据步骤二沉积高度h_n以及薄壁件预期下层沉积层高度、弯曲角度的要求，通过中央控制系统(13)预定程序重新调整激光功率、送粉量、扫描速度、沉积高度h_n+1以及两块陶瓷块之间的间距大小、旋转角度，进行下层熔覆成形，逐层激光熔覆沉积，直到整个薄壁件成形符合要求为止；在每一层激光熔覆沉积过程中，中央控制系统(13)通过控制电磁阀的开合，来控制液氮的喷射量，对每层激光熔覆沉积层进行实时主动冷却，避免下次沉积时温度升高带来沉积层热应力堆积开裂、微观组织粗大问题。/n