[发明专利]对柱状金属零件沿流线方向激光熔覆成形的方法及设备

摘要

本发明涉及激光熔覆增材制造技术，其特指对柱状金属零件沿流线方向激光熔覆成形的方法及设备，方法基于待加工零件中轴线处，激光熔覆形成一个承重件和内核作为基底，通过软件设计模拟流线并加以优化得到最佳激光扫描路径。承重件和内核所在的轴能够在底座上360°回转；激光头，金属粉末喷头和保护气喷头同轴固定在三轴联动机械手上，沿着最佳激光扫描路径从内向外分层进行激光熔覆成形，并辅以计算机控制熔覆速度和熔覆区域宽度。本方法在空间上最大化模拟了零件内部的流线最优分布，以达到柱状金属零件的力学性能接近甚至达到锻件水平的目的。

主权项

1.对柱状金属零件沿流线方向激光熔覆成形的方法，其特征在于，在待加工零件中轴线处，激光熔覆形成一个承重件和内核作为基底，通过软件设计模拟流线并加以优化得到最佳激光扫描路径；承重件和内核所在的轴能在底座上360°回转；激光头，金属粉末喷头和保护气喷头同轴固定在三轴联动机械手上，沿着最佳激光扫描路径从内向外分层进行激光熔覆成形，并辅以计算机控制熔覆速度和熔覆区域宽度；具体操作步骤为：(1)设计模拟并优化柱状金属零件的三维流线模型，并对该模型从内向外切分成层层包覆的切片，最后规划适合加工的激光扫描路径以及待加工的内核和承重件；内核为柱状金属零件内部一组密集流线构成的棒状结构，承重件为连接内核和底座并承受零件重量不至于断裂倒下的部件；(2)根据设计的柱状金属零件三维实体模型，选取零件中轴线处，并在底座上确定相应位置作为承重件熔覆成形的基点；(3)在基点处，三轴联动机械手沿着底座的垂直方向进行激光熔覆成形，获得承重件和内核；(4)从内核的顶端开始作为起点，调节激光扫描速度，从内核顶端向末端来回扫描，沿着内核表面切线方向激光熔覆成形第一层切片，直至将内核完全包裹；(5)以上一层切片为新的基底并作为下一层切片的支撑，上一层扫描路径终点为下一层切片扫描的起点，沿着上一层切片表面切线方向激光熔覆形成下一层切片，直至将上一层切片完全包裹，重复这一步操作直至最终完成零件的激光熔覆。