【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料增材制造，尤其涉及一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法。
技术介绍
1、增材制造技术由于具有设计自由度高、研发效率高、装配步骤少、产品开发周期短以及原材料利用率高等特点，极大程度改变了加工效率、成本和生产周期，受到了业界的广泛关注。与传统的铸造或锻造工艺相比，使用增材制造技术生产的金属零件具有极高的硬度和屈服强度，因此广泛应用于航空航天，医疗和能源等领域。
2、针对金属材料而言，根据所用高能束热源的不同，增材制造技术主要可分为激光增材制造、电弧增材制造以及电子束增材制造技术。高能束热源的差异导致高能束微区熔凝增材制造技术在成形精度、沉积效率以及对复杂零件敏感程度等方面存在差别。增材制造部件的几何精度和表面质量通常无法满足高性能金属零件的应用要求，需要经过后处理才能得到更高表面质量的增材制造部件。减材制造，包括精加工、研磨、铣削、激光抛光、磨粒流抛光以及电化学抛光等手段可以有效提高增材制造部件的表面光洁度和机械性能，是当前增材制造部件表面处理的主要手段。
3、现有申请公布号为cn112372142a的专利技术专利申请提出了一种3d打印金属表面飞秒激光清扫方法，采用飞秒脉冲激光与扫描振镜系统结合清扫利用3d打印获得的金属构件复杂表面，以此来降低其外表面粗糙度，提高表面质量。
4、但是，由于工具的可达性不足，复杂的增材制造部件结构对于传统的减材技术来说是具有挑战性的，甚至难以通过单一的减材技术处理。此外，后处理不可避免地会导致生产步骤和成本的增加。因此，对减材制造
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其使用双热源进行金属丝材熔丝沉积和表面处理，使用切片软件确定连续激光的扫描路径，使用路径规划算法确定飞秒脉冲激光的切割路径，实现高效高精度的增材制造。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，包括以下步骤：
4、s1、设置双热源，所述双热源包括连续激光和飞秒脉冲激光；
5、s2、利用计算机辅助设计软件建立增材制造构件的三维几何模型，并使用切片软件对三维几何模型进行分层切片；
6、s3、将所述三维几何模型离散成二维轮廓数据，并规划连续激光的扫描路径与飞秒脉冲激光的切割路径；
7、s4、设置连续激光焊枪的打印参数与飞秒脉冲激光焊枪的切割参数；
8、s5、根据所述连续激光焊枪的打印参数将金属丝材按照扫描路径进行熔丝沉积，同时所述飞秒脉冲激光焊枪按照切割路径对增材制造构件的表面进行减材处理；
9、s6、重复步骤s4-s5，完成增材制造构件的逐层堆积，直到得到三维实体构件。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3具体包括：
11、s31、将所述三维几何模型离散成二维轮廓数据；
12、s32、根据所述二维轮廓数据对切片所得的多边形轮廓进行内轮廓区域与外轮廓区域的区分；
13、s33、对外轮廓进行向外偏置，对内轮廓进行向内偏置；
14、s34、将偏置后的轮廓作为飞秒脉冲激光的切割路径。
15、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s34具体包括：
16、s341、将偏置后的轮廓作为切割路径的一部分，得到多个相同间距的偏置路径集合；
17、s342、计算所述偏置路径集合中每个切割路径上的飞秒脉冲激光切割偏差；
18、s343、将所述飞秒脉冲激光切割偏差与第一设定阈值进行比较，若所述飞秒脉冲激光切割偏差大于第一设定阈值，则调整切割路径；
19、s344、输出优化后的最优切割路径。
20、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s343具体包括：
21、在激光切割时，记录每次切割的理论待切割横截面宽度以及实际已切割横截面宽度；
22、将所述理论待切割横截面宽度与实际已切割横截面宽度进行比较，计算出飞秒脉冲激光切割偏差；
23、将飞秒脉冲激光切割偏差与第一设定阈值进行比较，若飞秒脉冲激光切割偏差大于第一设定阈值，则进行切割路径的调整；
24、所述切割路径调整后，重新进行激光切割，直到飞秒脉冲激光切割偏差小于第一设定阈值。
25、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s33具体包括：
26、使用偏置工具，在外轮廓的每个点上向外偏移指定距离，生成新的外轮廓；
27、使用偏置工具，在内轮廓的每个点上向内偏移指定距离，生成新的内轮廓；
28、对外轮廓和内轮廓的偏置距离进行调整，得到新的外轮廓与内轮廓的尺寸和形状。
29、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s5具体包括：
30、使用所述连续激光焊枪，将金属丝材沿着切割路径进行熔丝沉积；
31、根据增材制造构件的形状和表面精度要求，对所述飞秒脉冲激光焊枪进行切割路径规划；
32、使用飞秒脉冲激光焊枪对增材制造构件的内表面和外表面进行减材处理。
33、在以上技术方案的基础上，优选的，所述飞秒脉冲激光焊枪波长1000～1050nm，脉冲频率为10～1000khz，功率为5～200w。
34、在以上技术方案的基础上，优选的，所述连续激光焊枪激光功率为1000w～10000w，激光扫描速度为10～15m/min，送丝速度为10～20m/min。
35、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s6中增材制造构件的逐层堆积过程中，在激光-材料作用区域倾斜通入惰性保护气体。
36、第二方面，本专利技术提供了一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的系统，采用如上述所述的方法，包括：
37、路径规划模块，用于将利用计算机辅助设计软件建立增材制造构件的三维几何模型离散成二维轮廓数据，并规划连续激光的扫描路径与飞秒脉冲激光的切割路径；
38、参数设置模块，用于设置连续激光焊枪的打印参数与飞秒脉冲激光焊枪的切割参数；
39、连续激光焊枪，用于将金属丝材按照扫描路径进行熔丝沉积；
40、飞秒脉冲激光焊枪，用于对增材制造构件的表面进行减材处理。
41、本专利技术的飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法相对于现有技术具有以下有益效果：
42、(1)通过连续激光增材和飞秒脉冲激光进行同步减材，其中连续激光用于金属丝材的熔丝沉积，飞秒脉冲激光用于表面减材处理，使用切片软件确定连续激光的扫描路径，使用路径规划算法确定飞秒脉冲激光的切割路径，通过规划连续激光和飞秒脉冲激光的扫描和切割路径指导激光束的移动，可以实现高效高精度的增材制造。
43、(2)通过将所述三维几何模型离散成二维轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
3.如权利要求2所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S34具体包括：
4.如权利要求3所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S343具体包括：
5.如权利要求2所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S33具体包括：
6.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
7.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光焊枪波长1000～1050nm，脉冲频率为10～1000kHz，功率为5～200W。
8.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，所述连续激光焊
9.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤S6中增材制造构件的逐层堆积过程中，在激光-材料作用区域倾斜通入惰性保护气体。
10.一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的系统，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
3.如权利要求2所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤s34具体包括：
4.如权利要求3所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤s343具体包括：
5.如权利要求2所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤s33具体包括：
6.如权利要求1所述的一种飞秒同步减材提高激光熔丝沉积构件表面精度的方法，其特征在于，步骤s5具体包括：
7.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫旺，王亚松，姚俊卿，高妞，施洋，尹正豪，郑开魁，向红亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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