一种激光增材制造方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光增材制造的方法，包括如下步骤：提供待加工板材；提供夹具系统；提供激光加工系统；夹具系统夹紧第二待加工板材与第一待加工板材形成紧密叠接；启动激光加工系统，实施激光增材制造；完成一道加工后，关闭激光发生器，激光焊接头回到起始位置；打开激光发生器，实施激光切割，获得第一激光增材制造单元；夹具系统夹紧第三待加工板材与第一激光增材制造单元形成紧密叠接；进行多层激光增材制造，直至结束。本发明专利技术还提供一种激光增材制造的系统。本发明专利技术加工过程稳定性好，热传导效率高，有效控制激光增材制造的变形量，具有成本低，易进行焊前处理，适用性好等优点。适用性好等优点。适用性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造方法与系统


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体的说是一种激光增材制造方法与系统。

技术介绍

[0002]增材制造是一种通过材料逐层添加堆积、实现构件无模精确成形的数字化制造技术，将三维复杂形状构件制造为简单的二维平面形状的逐层往复叠加，避免了传统机加工精确成形制造中存在的大量材料和能源浪费，为高性能或超常性能关键构件的实现提供了全新的设计思路。同时该技术能大幅度缩短生产周期、降低生产成本和加工制造费用，使得其为制造业的变革提供了可能，具有广阔应用前景。
[0003]基于激光束的金属增材制造方法主要有选择性激光烧结和激光直接沉积，其主要填充材料形式为丝材和粉末。现阶段，上述工艺虽然能制备性能良好的构件，但仍存在增材制造过程易形成内部孔洞、裂纹等缺陷和效率低的问题。
[0004]以环形光斑光纤激光为代表的先进激光光源技术的发展，为高稳定性激光加工带来了机遇。环形光斑光纤激光可以实现高速高稳定性激光焊接过程。在材料宏观激光加工中具有广阔应用前景。

技术实现思路

[0005]针对传统激光金属增材制造的不足之处，本专利技术提供一种激光增材制造方法与系统，以提升金属增材制造质量和效率。
[0006]本专利技术提供一种激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：提供待加工板材，对待加工板材的上下表面进行打磨清洗；
[0008]步骤2：提供夹具系统，夹具系统包括夹具座、支撑垫块、第一感应加热组件、第二感应加热组件和压紧盖板；<br/>[0009]步骤3：提供激光加工系统，激光加工系统包括激光发生器、第一传输光纤、第二传输光纤、激光焊接头、激光切割头、第一机械手、第二机械手和保护气喷嘴；
[0010]步骤4：夹具系统将第二待加工板材置于第一待加工板材正上方，第一感应加热组件和第二感应加热组件与第一待加工板材底部贴合，夹具系统夹紧第二待加工板材与第一待加工板材形成紧密叠接；
[0011]步骤5：启动激光加工系统，打开激光发生器，激光焊接头输出第一激光束，第一激光束辐照第二待加工板材上表面，保护气喷嘴吹送保护气体，激光焊接头按加工路径运动，实施激光增材制造；
[0012]步骤6：完成一道加工后，关闭激光发生器，激光焊接头回到起始位置；
[0013]步骤7：打开激光发生器，激光切割头输出第二激光束，第二激光束辐照第二待加工板材上表面，实施激光切割，获得第一激光增材制造单元；
[0014]步骤8：将第三待加工板材置于第一激光增材制造单元正上方，第一感应加热组件和第二感应加热组件与第三待加工板材底部和第一激光增材制造单元侧面贴合，夹具系统
夹紧第三待加工板材与第一激光增材制造单元形成紧密叠接，重复步骤6
‑
步骤8；
[0015]步骤9：依次将第N+2待加工板材置于第N激光增材制造单元正上方，重复步骤5
‑
步骤8，进行多层激光增材制造，直至结束；
[0016]步骤10：重复上述步骤7
‑
9，进行多层焊，直到焊接完成。
[0017]可选地，步骤1中，待加工板材可以为镁合金、铝合金等。
[0018]可选地，待加工板材厚度为1
‑
5mm。
[0019]可选地，待加工板材分为第一待加工板材、第二待加工板材、
…
、第N待加工板材、第N+1待加工板材、第N+2待加工板材。
[0020]可选地，步骤3中，激光发生器为环形光斑光纤激光器。
[0021]可选地，步骤3中，激光焊接头为摆动激光焊接头。
[0022]可选地，步骤3中，激光切割头为振镜式激光切割头。
[0023]可选地，步骤5中，激光焊接头移动速度为5
‑
20m/min。
[0024]可选地，步骤5中，第一激光束摆动振幅为1
‑
3mm。
[0025]可选地，步骤5中，第一激光束摆动频率为50
‑
200Hz。
[0026]本专利技术还提供一种激光增材制造系统，包括激光加工系统和夹具系统，所述激光加工系统包括激光发生器、第一传输光纤、第二传输光纤、激光焊接头、激光切割头、第一机械手、第二机械手和保护气喷嘴。其中激光焊接头与第一机械手末端固连，激光切割头与第二机械手末端固连；保护气喷嘴通过固定支架与激光焊接头固连。所述夹具系统包括夹具座、支撑垫块、第一感应加热组件、第二感应加热组件和压紧盖板。第一感应加热组件和第二感应加热组件可以上下和左右移动；压紧盖板具有夹紧作用，在压紧盖板上开设有加工窗口。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028](1)本专利技术方案通过夹具系统将待加工板材上下垂直紧密叠接，类似于焊接中的叠接接头，可以获得具有小孔效应的激光深熔加工模式，加工过程稳定性好，热传导效率高。此外，结合激光切割获得去除待加工板材的未加工区域(类似传统增材制造的支撑材料)，获得已加工的激光增材制造单元；而后设置第一感应加热组件和第二感应加热组件，使得激光增材制造区与待加工板材的母材和已加工的激光增材制造单元之间的温度梯度进一步减小，有效控制激光增材制造的变形量。
[0029](2)与填丝和填粉式激光增材制造相比，本专利技术方案的激光增材制造具有待加工板材制作成本低，易进行焊前处理，适用性好等显著特点。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例中激光增材制造的总体布置示意图。
[0031]图2为本专利技术实施例中第一待加工板材和第二待加工板材布置示意图。
[0032]图3为本专利技术实施例中激光切割过程示意图。
[0033]图4为本专利技术实施例中第三待加工板材与第一激光增材制造单元布置示意图。
[0034]图5为本专利技术实施例中激光增材制造流程图。
[0035]图6为本专利技术实施例中激光增材制造获得的毛坯件示意图。
[0036]图中，1
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夹具座，2
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第一感应加热组件，3
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第二感应加热组件，4
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支撑垫块，5
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第一
待加工板材，6
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第二待加工板材，7
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压紧盖板，8
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激光发生器，9
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第一传输光纤，10
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第二传输光纤，11
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激光焊接头，12
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激光切割头，13
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第一机械手，14
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第二机械手，15
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第一激光束，16
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第二激光束，17
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保护气喷嘴，18
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固定支架，19
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第一焊缝，20
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第三待加工板材，21
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第二焊缝，22
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第四待加工板材，23
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第五待加工板材，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：提供待加工板材，对待加工板材的上下表面进行打磨清洗；步骤2：提供夹具系统，夹具系统包括夹具座、支撑垫块、第一感应加热组件、第二感应加热组件和压紧盖板；步骤3：提供激光加工系统，激光加工系统包括激光发生器、第一传输光纤、第二传输光纤、激光焊接头、激光切割头、第一机械手、第二机械手和保护气喷嘴；步骤4：夹具系统将第二待加工板材置于第一待加工板材正上方，第一感应加热组件和第二感应加热组件与第一待加工板材底部贴合，夹具系统夹紧第二待加工板材与第一待加工板材形成紧密叠接；步骤5：启动激光加工系统，打开激光发生器，激光焊接头输出第一激光束，第一激光束辐照第二待加工板材上表面，保护气喷嘴吹送保护气体，激光焊接头按加工路径运动，实施激光增材制造；步骤6：完成一道加工后，关闭激光发生器，激光焊接头回到起始位置；步骤7：打开激光发生器，激光切割头输出第二激光束，第二激光束辐照第二待加工板材上表面，实施激光切割，获得第一激光增材制造单元；步骤8：将第三待加工板材置于第一激光增材制造单元正上方，第一感应加热组件和第二感应加热组件与第三待加工板材底部和第一激光增材制造单元侧面贴合，夹具系统夹紧第三待加工板材与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪凝，张明军，张健，程波，毛聪，蔡金虎，唐伟东，罗源嫱，张航，戴隆州，彭和思，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：