一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，可对成形工件实施在线质量监测来及时发现内部缺陷，并通过减材

【技术实现步骤摘要】
一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置


[0001]本技术涉及增材制造
，具体为一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置。

技术介绍

[0002]激光选区熔化技术（Selective laser melting, SLM）是一种典型的金属增材制造技术，其通过高能激光束选择性地熔化粉末床上的金属粉末，再经过层层叠加而最终成形出高致密度、力学性能优良的复杂构件，SLM技术突破了传统制造工艺的局限，可生产出空间结构复杂的构件，深受汽车工业、航空航天和医疗器械等领域的青睐，然而，在SLM成形过程中在成形件内部中产生的未熔合孔隙、裂纹和气孔等缺陷影响了其可靠性，而且，由于热变形、粉末粘附/球化、层间台阶效应等问题，SLM成形件的表面精度也难以满足实际应用需求，缺陷与表面精度问题限制了SLM技术在汽车工业、航空航天和医疗器械等领域的进一步应用。
[0003]激光超声检测技术作为一种新型的无损检测技术，可以在非常高的温度下工作，可应用于复杂的表面及结构，此外，激光超声具有长距离非接触、频带宽、分辨率高等优点，可实现现场的快速检测，对材料的表面缺陷检测灵敏，且不需要耦合剂,从而避免了耦合剂对测量范围和精度的影响，因此，激光超声检测技术十分适合用于SLM成形过程的在线质量监测，可以有效检测出成形件中的缺陷。
[0004]此外，为了提高SLM成形件的表面质量，超快脉冲激光近年来逐渐被用于进行SLM成形过程的减材切割或材料去除，超快脉冲激光下的高温作用可让材料瞬间汽化，以达到激光刻蚀去除材料的作用。不同于连续光纤激光与材料作用会产生热影响区，超快脉冲与金属材料作用时持续作用时间极短，消除了热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤，具有极高的加工精度，因此，已有研究人员提出了连续光纤激光与超快脉冲激光结合的方式进行激光增减材加工，如（CN201911030470.1，CN202010646377.X，CN202010646340.7等），但是现有的激光增减材加工方式都集中在提高成形件的表面质量和成形精度上，却忽略了对内部成形质量的调控，而且缺乏在线监测系统以对激光减材加工效果进行闭环控制，此外，一些激光增减材加工系统还采用多工位的方式，这往往会带来其它问题，例如工位切换时需要耗费一定时间而导致效率降低；工位切换前后难以保证振镜坐标与移动工位之间的精度，这会使零件的加工精度降低等。
[0005]因此，面向高新领域对零部件的高精度、高性能、结构复杂化需求，有必要开发一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本技术提供了一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，具备高表面质量、高精度、高性能的复杂、精细金属零件
的高效率成形等优点，解决了零件的加工精度低的问题。
[0007]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，包括超快脉冲激光减材加工装置、粉末吸附放置装置、激光超声检测装置、连续激光器、第一准直器、第一扫描振镜、密封工作腔、落粉槽、成形缸、粉料缸、铺粉车和第一导轨，所述连续激光器产生的激光经过第一准直器射入第一扫描振镜，在经过振镜组反射后射出作用在成形缸内的零件加工区域，所述第一导轨安装于密封工作腔内侧壁，所述铺粉车与第一导轨滑动连接，所述铺粉车沿着第一导轨轨迹移动；
[0008]所述超快脉冲激光减材加工装置包括超快脉冲激光器、第二准直器、第二扫描振镜；所述超快脉冲激光器产生的激光经过第二准直器射入第二扫描振镜，在经过振镜组反射后射出作用在成形缸内的零件加工区域；
[0009]所述粉末吸附放置装置包括置粉器、真空吸粉器、第二导轨和第一Y轴导轨；所述第二导轨安装于密封工作腔内侧壁，所述第一Y轴导轨与第二导轨滑动连接，所述第一Y轴导轨沿着第二导轨轨迹移动；所述置粉器和真空吸粉器安装在第一Y轴导轨上，并沿着第一Y轴导轨轨迹移动；
[0010]所述激光超声检测装置包括脉冲激光器、激光超声发生装置、激光测振仪、第三导轨和第二Y轴导轨；所述脉冲激光器发出的激光经过激光超声发生装置作用于成形缸内的零件加工区域；所述第三导轨安装于密封工作腔内侧壁，所述第二Y轴导轨与第三导轨滑动连接，所述第二Y轴导轨沿着第三导轨轨迹移动；所述激光超声发生装置和激光测振仪安装在第二Y轴导轨上，并沿着第二Y轴导轨轨迹移动。
[0011]进一步，所述连续激光增材制造装置、超快脉冲激光减材加工装置的光路装置皆安装于密封工作腔外部上方，两个激光光路中振镜的轴线均平行或垂直于成形面的X轴并形成“一”型。
[0012]进一步，所述连续激光器发出的激光束的波长为1064nm，所述超快脉冲激光器发出的激光束的波长为1030nm，脉冲宽度为100ns～100fs，频率为1kHz～1MkHz；所述脉冲激光器发出的激光束的波长为1064nm，脉冲宽度为5～20ns,频率为1～10Hz。
[0013]与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：
[0014]1、该具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，采用激光超声检测技术对成形过程中每一成形层进行在线质量监测，及时发现每一层的缺陷并获取其定位信息，为激光减材
‑
激光重熔的缺陷修复方式提供依据，并对修复后效果进行核验以形成对成形质量的闭环控制。通过保证每一层的无缺陷成形，最终成形出无缺陷的零部件。
[0015]2、该具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，中的激光减材模式可用于零件轮廓多余材料的直接去除，保证外形精度与表面质量；激光抛光模式可用于零件表面的抛光，提高表面的光洁度。
[0016]3、该具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，过采用具有共同工作幅面的连续激光光路装置和超快脉冲激光光路装置，避免多工位带来的效率、精度降低的问题。
附图说明
[0017]图1为具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置的示意图；
[0018]图2为具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材方法的流程示意图；
[0019]图3为激光检测阶段的工作示意图；
[0020]图4为缺陷去除阶段的工作示意图；
[0021]图5为缺陷修复阶段的工作示意图。
[0022]图中：1、连续激光器；2、第一准直器；3、第一扫描振镜；4、超快脉冲激光器；5、第二准直器；6、第二扫描振镜；7、脉冲激光器；8、激光超声发生装置；9、激光测振仪；10、置粉器；11、真空吸粉器；12、落粉槽；13、成形缸；14、粉末缸；15、铺粉车；16、第一导轨；17、第二导轨；18、第三导轨；19、第一Y轴导轨；20、第二Y轴导轨；21、密封工作腔。
具体实施方式
[0023]下面将结合本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备缺陷监控与表面精整功能的双激光复合同幅面金属增减材装置，包括超快脉冲激光减材加工装置、粉末吸附放置装置、激光超声检测装置、连续激光器（1）、第一准直器（2）、第一扫描振镜（3）、密封工作腔（21）、落粉槽（12）、成形缸（13）、粉料缸（14）、铺粉车（15）和第一导轨（16），其特征在于：所述连续激光器（1）产生的激光经过第一准直器（2）射入第一扫描振镜（3），在经过振镜组反射后射出作用在成形缸（13）内的零件加工区域，所述第一导轨（16）安装于密封工作腔（21）内侧壁，所述铺粉车（15）与第一导轨（16）滑动连接，所述铺粉车（15）沿着第一导轨（16）轨迹移动；所述超快脉冲激光减材加工装置包括超快脉冲激光器（4）、第二准直器（5）、第二扫描振镜（6）；所述超快脉冲激光器（4）产生的激光经过第二准直器（5）射入第二扫描振镜（6），在经过振镜组反射后射出作用在成形缸（13）内的零件加工区域；所述粉末吸附放置装置包括置粉器（10）、真空吸粉器（11）、第二导轨（17）和第一Y轴导轨（19）；所述第二导轨（17）安装于密封工作腔（21）内侧壁，所述第一Y轴导轨（19）与第二导轨（17）滑动连接，所述第一Y轴导轨（19）沿着第二导轨（17）轨迹移动；所述置粉器（10）和真空吸粉器（11）安装在第一Y轴导轨（19）上，并沿着第一Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，张宝彤，邓国威，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：