一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法，包括平台其上设置具有第一部分和第二部分的构件；第一成形部利用第一种金属材料在平台上成形出第一部分；第二成形部利用第二种金属材料在平台上成形出第二部分；第三成形部利用过渡合金材料在平台上成形出第一部分与第二部分的结合部位；第一部分与第二部分的成形路径方向相同；第一成形部开始成形第一部分后，第二成形部与第三成形部同步成形第二部分及结合部位；使构成第一部分的金属材料还处于未烧结完成的状态，并在此状态下通过过渡合金材料使两种金属材料熔液能够充分混合相溶而实现结合，不仅能够有效避免在两个部分的结合界面造成界面损伤，两个部分成形时间大致相同

【技术实现步骤摘要】
一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法


[0001]本专利技术涉及双合金构件制造
，尤其涉及一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法
。

技术介绍

[0002]双金属材料，又称双合金材料，是把两种具有不同物理
、
化学以及力学性能的金属材料在界面上实现冶金结合的一种新型复合材料
。
由于双金属材料是用各自金属材料的性能优势进行复合而成的，所以它既可以克服两种金属材料本身的不足，又能发挥两种金属材料的优点
。
[0003]目前，双合金材料的制造方法主要采用焊接工艺，例如用于航天推进器的炎喷管道，其内管由高性能铜合金制成，而其外壳则由高强度不锈钢制成，内管和外壳可以通过焊接工艺成为一体；但内管和外壳的焊接部位会存在缺陷而影响焊接效果，且工艺难度极大
、
工期较长
。
因此，通过焊接工艺制造双合金普遍受限于工序复杂
、
加工周期长
、
零件形状结构设计
、
生产成本高等问题，难以制造形状复杂且高性能的构件
。
[0004]现在的增材制造技术能够不受限于零件复杂形状结构而实现形状复杂构件的制造，因此有些工艺选用激光定向能量沉积技术生产铜
‑
钢双金属结构，但由于两种金属热膨胀系数和晶体结构差异较大，铜与钢难以互溶，尤其是产品在高温下使用易在铜界面产生裂纹
。
采用激光定向能量沉积技术制造双合金材料构件同样受限于双金属材料的类型<br/>。
[0005]中国专利
CN109759588B
公开了一种大型双金属零件快速增材制造方法，先采用一种材料打印出外壳，然后在采用另一种材料打印内部件；但上述方法仍然存在两个问题：其一，在打印内部件并使内部件与外壳成为一体时，需要利用大功率激光照射外壳与内部件的结合界面使两种金属材料熔化并实现结合，但这样也会对外壳与内部件的连接部位造成损伤，产生界面缺陷而影响构件的强度；其二，整个制造工艺需要两步成形，导致工期仍然较长且效率降低
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法，用于解决目前的增材制造技术制造双金属材料构件时，需要利用大功率激光照射外壳与内部件的结合界面使两种金属材料熔化并实现结合，容易造成界面缺陷，而且整个制造工艺需要两步成形的问题
。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种双合金件的激光复合增材制造装置，包括平台，其上设置构件，构件包括第一部分和第二部分；第一成形部，利用第一种金属材料在平台上成形出第一部分；第二成形部，利用第二种金属材料在平台上成形出第二部分；第三成形部，利用过渡合金材料在平台上成形出第一部分与第二部分的结合部位；其中，第一部分与第二部分的成形路径方向相同；第一成形部开始成形第一部分后，第二成形部与第三成形部同步成形第二部分及结合部位
。
[0008]在以上技术方案的基础上，优选的，第一成形部包括激光器，用于发射主光束；第一送料机构，用于向平台上输送第一种金属材料；其中，主光束沿成形路径照射第一种金属材料，并使第一种金属材料成形为第一部分
。
[0009]更进一步优选的，第二成形部包括第一分光机构，用于从主光束中分割出第一分光束；第二送料结构，用于向平台上输送第二种金属材料；第三成形部包括第二分光机构；用于从第一分光束中分割出第二分光束；第三送料结构，用于向平台上输送过渡合金材料；其中，第一分光束沿成形路径照射第二种金属材料，并使第二种金属材料成形为第二部分；第二分光束沿成形路径照射过渡合金材料，并使过渡合金材料成形为结合部位
。
[0010]更进一步优选的，第一成形部还包括第三分光机构，用于从主光束中分割出第三分光束；其中，第三分光束用于对主光束照射形成的熔池进行激光整形
。
[0011]更进一步优选的，预设结合部位沿其成形路径上具有一预设位置，第一部分与第二部分也对应具有该预设位置；主光束在预设位置照射产生熔池后，第三分光束对熔池开始进行激光整形的5‑
10s
内，第一分光束与第二分光束也同步达到预设位置
。
[0012]更进一步优选的，主光束的激光功率为
1500W
‑
3000W
，第一分光束的激光功率为
500W
‑
1000W
，第二分光束与第三分光束的激光功率为
600W
‑
800W。
[0013]更进一步优选的，第一送料机构与第三送料机构通过送丝方式输送材料；第二送料机构通过下落铺粉方式输送材料
。
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，第一种金属材料为
S06
不锈钢材料，第二种金属材料为铬青铜材料，过渡合金材料为铜钒合金材料
。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种双合金件的激光复合增材制造方法，采用上述的激光复合增材制造装置，包括以下步骤，步骤一，通过激光扫描获得构件的第一部分与第二部分的外轮廓三维模型并根据增材制造原理进行分层，同时根据单层模型绘制第一部分
、
第二部分及结合部位的成形路径；步骤二，第一成形部对第一部分进行成形；步骤三，在第一成形部对第一部分开始进行成形后且完成第一层的成形前，第二成形部及第三成形部开始同步对第二部分及结合部位进行成形，直至最终完成构件的成形
。
[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，在步骤二中，在每层成形过程中，主光束在第一部分上的预设位置照射材料形成熔池，第三分光束紧跟随主光束路径对熔池进行激光整形；在步骤三中，在第三光束开始进行激光整形的5‑
10s
内，第一分光束与第二分光束同步达到第二部分与结合部位对应的预设位置
。
[0017]本专利技术的一种双合金件的激光复合增材制造装置及制造方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0018](1)
本专利技术通过第一成形部先行开始成形第一部分，并在第一部分并未完成成形过程前，使第二成形部后续开始成形第二部分，并使第三成形部与第二成形部同步开始成形结合部位，使构成第一部分的金属材料还处于未烧结完成的状态，并在此状态下通过过渡合金材料使两种金属材料熔液能够充分混合相溶而实现结合，不仅能够有效避免在两个部分的结合界面造成界面损伤，而且两个部分的成形时间大致相同，因此效率较高
。
[0019](2)
本专利技术通过高功率和次高功率的激光光束分别照射两个部分，通过低功率的激光光束照射结合部位，在两个部分与二者的结合部位上形成了合理的熔融梯度有助于两种金属材料结合过渡合金材料进行充分的混合相溶，同时通过低功率的激光光束对第一部
位上的熔池进行激光整形，不仅能够提高第一部分的成形效果，而且对第一部分上形成的熔池进行保温，使后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双合金件的激光复合增材制造装置，其特征在于，包括：平台
(1)
，其上设置构件，构件包括第一部分
(10)
和第二部分
(20)
；第一成形部
(2)
，利用第一种金属材料在所述平台
(1)
上成形出第一部分
(10)
；第二成形部
(3)
，利用第二种金属材料在所述平台
(1)
上成形出第二部分
(20)
；第三成形部
(4)
，利用过渡合金材料在所述平台
(1)
上成形出第一部分
(10)
与第二部分
(20)
的结合部位
(30)
；其中，所述第一部分
(10)
与第二部分
(20)
的成形路径方向相同；所述第一成形部
(2)
开始成形第一部分
(10)
后，所述第二成形部
(3)
与第三成形部
(4)
同步成形第二部分
(20)
及结合部位
(30)。2.
根据权利要求1所述的一种双合金件的激光复合增材制造装置，其特征在于：所述第一成形部
(2)
包括，激光器
(21)
，用于发射主光束
(101)
；第一送料机构
(22)
，用于向所述平台
(1)
上输送第一种金属材料；其中，所述主光束
(101)
沿成形路径照射第一种金属材料，并使所述第一种金属材料成形为第一部分
(10)。3.
根据权利要求2所述的一种双合金件的激光复合增材制造装置，其特征在于：所述第二成形部
(3)
包括，第一分光机构
(31)
，用于从主光束
(101)
中分割出第一分光束
(102)
；第二送料结构
(32)
，用于向所述平台
(1)
上输送第二种金属材料；所述第三成形部
(4)
包括，第二分光机构
(41)
，用于从所述第一分光束
(102)
中分割出第二分光束
(103)
；第三送料结构
(42)
，用于向所述平台
(1)
上输送过渡合金材料；其中，所述第一分光束
(102)
沿成形路径照射第二种金属材料，并使所述第二种金属材料成形为第二部分
(20)
；所述第二分光束
(103)
沿成形路径照射过渡合金材料，并使所述过渡合金材料成形为结合部位
(30)。4.
根据权利要求3所述的一种双合金件的激光复合增材制造装置，其特征在于：所述第一成形部
(2)
还包括，第三分光机构
(23)
，用于从所述主光束
(101)
中分割出第三分光束
(104)
；其中，所述第三分光束
(104)
用于对主光束
(101)
照射形成的熔池进行激光整形
。5.
根据权利要求4所述的一种双合金件的激光复合增材制造装置，其特征在于：所述结合部位
(30)

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫旺，姚俊卿，王湘平，郑伟，单飞虎，吴伟峰，王亚松，高妞，施洋，尹正豪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：