本申請(qǐng)涉及一種材料激光加工裝置，屬于材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

擇性激光熔化技術(shù)(Select Laser Melting)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成形，但成形精度低、表面光潔度差、分辨率低，一般需要后續(xù)加工來(lái)提高表面的光潔度。后續(xù)加工一般選擇兩種方式，一種是在增材制造中引入機(jī)加減材，這種方法可提高宏觀(guān)尺度光潔度，但刀具可靠性和耐久性差，分辨率低，特別對(duì)于微通道的加工能力不足；另一種是把超快激光減材技術(shù)引入激光增材制造中，這種方法可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)件微通道的精密成形、加工。這兩種方式都面臨著微通道內(nèi)部有粉體殘留，通道上壁面粘粉、懸垂面加工困難的問(wèn)題，影響到成形工件的最終使用效果，特別是在對(duì)加工質(zhì)量要求嚴(yán)苛的航空航天關(guān)鍵零部件的制造上，該方法難以滿(mǎn)足高光潔度、高潔凈度、高精度的要求，另外，這兩種方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸垂面的加工，限制了技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種全激光復(fù)合增材制造裝置，把激光選區(qū)熔化、激光精密去除、激光精密封裝融合在一起，解決材料內(nèi)部微通道、尤其是懸垂面的成型問(wèn)題，解決微通道粉體殘留的問(wèn)題，滿(mǎn)足航空航天關(guān)鍵零部件加工高精度、高光潔度、高潔凈度的要求。該全激光復(fù)合增材制造裝置包括激光部、控制部和成型部，所述激光部與所述成型部光路連接，所述控制部分別與所述激光部和所述成型部電連接；

所述激光部包括第一激光光源和第二激光光源；

所述成型部包括焊接部，所述焊接部由所述控制部控制的方式與所述激光部配合增材制造。

優(yōu)選地，所述第一激光光源包括連續(xù)波紅外激光器或脈沖紅外激光器。作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，所述第一激光光源為連續(xù)波紅外激光器。

優(yōu)選地，所述第二激光光源包括固體短脈沖激光器、半導(dǎo)體短脈沖激光器、氣體短脈沖激光器，所述短脈沖激光器的脈寬范圍為1飛秒至100毫秒。

優(yōu)選地，所述第二激光光源包括飛秒脈沖激光器、皮秒脈沖激光器、納秒脈沖激光器、微秒脈沖激光器或毫秒脈沖激光器。

優(yōu)選地，所述激光部包括第一光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)和第二光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)；

所述第一光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)位于所述第一激光光源的出射激光光路上，所述第一光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制所述第一激光光源射出的激光；

所述第二光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)位于所述第二激光光源的出射激光光路上，所述第二光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制所述第一激光光源射出的激光。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述激光部包括第一反射鏡；

所述第一反射鏡同時(shí)位于所述第一激光光源和所述第二激光光源的出射激光光路上，所述第一反射鏡透射紅外光且反射可見(jiàn)光；

所述第一激光光源為紅外激光，所述第一激光光源的出射激光經(jīng)過(guò)所述第一光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)后射向并透過(guò)所述第一反射鏡后進(jìn)入所述成型部；

所述第二激光光源為可見(jiàn)光激光，所述第二激光光源的出射激光經(jīng)過(guò)所述第二光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)后由所述第一反射鏡反射向所述成型部。

所述第一激光光源透過(guò)所述第一反射鏡后的光束與所述第二激光光源被所述第一反射鏡反射后的光束同光路。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述激光部包括第二反射鏡；

所述第二反射鏡位于所述第二激光光源的出射激光光路上，所述第二激光光源的出射激光經(jīng)過(guò)所述第二反射鏡反射后射向所述第二光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述成型部包括成型腔、掃描振鏡、鋪粉系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；

所述焊接部包括機(jī)械臂和壓力施加部，所述機(jī)械臂在所述壓力施加部施加壓力的情況下通過(guò)所述激光部焊接以增材制造；

所述壓力施加部包括機(jī)械施壓、氣動(dòng)施壓、電磁施壓；

所述成型腔具備用于充入惰性氣體的進(jìn)氣口和用于抽真空的出氣口；

所述掃描振鏡位于所述成型腔的頂部，反射所述激光部射出的激光并以?huà)呙璧姆绞缴湎蛩龀尚颓坏牡撞浚?/p>

所述鋪粉系統(tǒng)和所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位于所述成型腔的底部。

優(yōu)選地，所述控制部包括計(jì)算機(jī)、激光測(cè)距儀、第三反射鏡和圖像傳感器；

所述計(jì)算機(jī)分別與所述激光測(cè)距儀和所述圖像傳感器電連接；

所述第三反射鏡位于所述第一激光光源射出光線(xiàn)的光路上，所述第一激光光源射出光線(xiàn)透過(guò)所述第三反射鏡與所述激光測(cè)距儀的激光光束經(jīng)所述第三反射鏡反射后的光束同光路。

作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，所述第一激光光源為1064nm連續(xù)波光纖激光器，所述第二激光光源為532nm皮秒激光器。

本申請(qǐng)能產(chǎn)生的有益效果包括：

本申請(qǐng)所提供的全激光復(fù)合增材制造裝置，將激光選區(qū)熔化、激光精密去除、激光精密封裝融合在一起，解決懸垂面的成型問(wèn)題、微通道粉體殘留的問(wèn)題，滿(mǎn)足航空航天關(guān)鍵零部件加工高精度、高光潔度、高潔凈度的要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置示意圖。

圖2為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置的制造過(guò)程示意圖。

圖3為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置示意圖。

圖4為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置的制造流程圖。

部件和附圖標(biāo)記列表：

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例詳述本申請(qǐng)，但本申請(qǐng)并不局限于這些實(shí)施例。

如無(wú)特別說(shuō)明，本申請(qǐng)的實(shí)施例中的原料和部件均通過(guò)商業(yè)途徑購(gòu)買(mǎi)。

實(shí)施例1

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該裝置包括：包括激光部2、控制部4和成型部6，所述激光部2與所述成型部6光路連接，所述控制部4分別與所述激光部2和所述成型部6電連接。

所述激光部2包括激光器20和激光器22。激光器20為連續(xù)波激光，激光器22為短脈沖激光。

所述成型部6包括焊接部68，所述焊接部68由所述控制部4控制，與所述激光部2配合工作。

激光器20在成型部6的底部增材制造產(chǎn)品基底，然后由激光器22在得到的產(chǎn)品基底上經(jīng)減材形成凹槽結(jié)構(gòu)，再由焊接部68將預(yù)制金屬板放置在凹槽結(jié)構(gòu)上并由激光器20焊接封裝，得到微通道結(jié)構(gòu)。具體而言，工作方式如圖2所示，其中：

步驟S1、激光選區(qū)熔化(SLM)：采用激光器20進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的3D打印成形；

步驟S2、激光微細(xì)去除加工：激光器22為超快激光(飛秒、皮秒)，在步驟S1中3D打印成形件上加工凹槽結(jié)構(gòu)，并對(duì)所述凹槽結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行激光拋光、精整加工，提高壁面和底面的光潔度；

步驟S3、激光精密封裝：焊接部68將金屬片放置在步驟S2中形成的所述凹槽結(jié)構(gòu)上方，采用激光器20對(duì)所述金屬片與凹槽結(jié)構(gòu)相接觸的位置進(jìn)行焊接以精密封裝，使得金屬片與3D打印基體材料冶金結(jié)合，形成微通道；

步驟S4、激光選區(qū)熔化(SLM)：在步驟S3封裝完成的3D打印基體材料上，利用紅外激光繼續(xù)進(jìn)行增材制造，直至完成加工。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種具體的全激光復(fù)合增材制造裝置，下面將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖3為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該裝置包括：

激光部2(圖3中未標(biāo)記)，其包括激光器20、激光器22、光學(xué)調(diào)制器240、光學(xué)調(diào)制器242、反射鏡260、反射鏡262。其中，激光器20為連續(xù)波紅外激光，選用1064nm光纖激光器，用于復(fù)雜構(gòu)件的3DSLM成型以及精密封裝；激光器22為短脈沖激光，選擇532nm的皮秒激光器，用于微通道的成型以及拋光、精整等。反射鏡260為紅外光透射、可見(jiàn)光反射型反射鏡，激光器20的1064nm連續(xù)波紅外激光可透過(guò)反射鏡260，激光器22的532nm皮秒綠光激光會(huì)被反射鏡260反射。

控制部4(圖3中未標(biāo)記)，其包括計(jì)算機(jī)40、測(cè)距儀42、反射鏡44、CCD檢測(cè)器46。測(cè)距儀42和CCD檢測(cè)部46，用于采集成型特征形貌，然后根據(jù)CAD模型比對(duì)，閉環(huán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線(xiàn)修整、清理、封裝和增材。

成型部6(圖3中未標(biāo)記)，其包括成型腔60、掃描振鏡62、鋪粉裝置64、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)66、焊接部68。其中，掃描振鏡62位于成型腔60頂部的光路入口，將激光部2發(fā)射來(lái)的激光光束反射向成型腔60的底部，并掃描以增材制造。成型腔60側(cè)面具有進(jìn)氣口600和出氣口602，進(jìn)氣口600用于向成型腔內(nèi)充入惰性氣體，出氣口602用于將成型腔60中的氣體抽出。

掃描振鏡62為一臺(tái)雙波長(zhǎng)掃描振鏡，激光器20和激光器22射出的激光通過(guò)掃描振鏡62進(jìn)入含有惰性氣體的成型腔60，兩類(lèi)激光通過(guò)計(jì)算機(jī)40系統(tǒng)的中央控制實(shí)現(xiàn)分時(shí)工作。

激光器20射出的激光先經(jīng)過(guò)反射鏡44，反射鏡44位于激光器20的出射光路上，激光器20射出光線(xiàn)透過(guò)反射鏡44，經(jīng)光學(xué)調(diào)制器240調(diào)制后射向并透過(guò)反射鏡260后，經(jīng)掃描振鏡62反射并在成型腔60底部掃描。測(cè)距儀42為激光測(cè)距儀，測(cè)距儀42發(fā)出的測(cè)距激光光束射向反射鏡44并被反射，反射后的測(cè)距激光光束與激光器20射出的激光同光路，以測(cè)量激光器20正在進(jìn)行激光選區(qū)熔化的部位的距離。

鋪粉系統(tǒng)64是基于粉末床的鋪粉系統(tǒng)，其底部為采用激光選區(qū)熔化技術(shù)(SLM)金屬成型的金屬粉末鋪布系統(tǒng)。

激光器22射出的綠光激光經(jīng)反射鏡262反射后，經(jīng)光學(xué)調(diào)制器242調(diào)制后射向反射鏡260后反射。

成型腔60內(nèi)的焊接部68包括一套自動(dòng)抓取、放置、施壓的微型機(jī)器手，用于封裝薄壁材料的抓取、放置，同時(shí)對(duì)薄壁材料施壓以配合激光器20的1064nm激光協(xié)作焊接進(jìn)行精密封裝。

控制部4的計(jì)算機(jī)40分別與激光器20、激光器22、光學(xué)調(diào)制器240、光學(xué)調(diào)制器242電連接，以控制上述部件，同時(shí)和CCD檢測(cè)器46電連接，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料加工的情況。

激光器20在成型部6的底部增材制造產(chǎn)品基底，然后由激光器22在得到的產(chǎn)品基底上經(jīng)減材形成凹槽結(jié)構(gòu)，再由焊接部68將預(yù)制金屬板放置在凹槽結(jié)構(gòu)上并由激光器20焊接封裝，得到微通道結(jié)構(gòu)。工作方式如圖2所示，其中：

步驟S1、激光選區(qū)熔化(SLM)：采用激光器20進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的3D打印成形；

步驟S2、激光微細(xì)去除加工：激光器22為超快激光(飛秒、皮秒)，在步驟S1中3D打印成形件上加工凹槽結(jié)構(gòu)，并對(duì)所述凹槽結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行激光拋光、精整加工，提高壁面和底面的光潔度；

步驟S3、激光精密封裝：焊接部68將金屬片放置在步驟S2中形成的所述凹槽結(jié)構(gòu)上方，采用激光器20對(duì)所述金屬片與凹槽結(jié)構(gòu)相接觸的位置進(jìn)行焊接以精密封裝，使得金屬片與3D打印基體材料冶金結(jié)合，形成微通道；

步驟S4、激光選區(qū)熔化(SLM)：在步驟S3封裝完成的3D打印基體材料上，利用紅外激光繼續(xù)進(jìn)行增材制造，直至完成加工。

具體而言，本實(shí)施例中，一次微通道加工流程如圖4所示，鋪粉系統(tǒng)64在成型腔60底部鋪粉后，由計(jì)算機(jī)40控制激光器20的1064nm紅外連續(xù)波光纖激光激光器工作，由掃描振鏡62反射至成型腔60底部并掃描，進(jìn)行金屬粉末的SLM成型，此時(shí)計(jì)算機(jī)40控制激光器22不啟動(dòng)。

由計(jì)算機(jī)40控制激光器22的皮秒綠光(532nm)激光，在成形件上加工凹槽結(jié)構(gòu)，在測(cè)距儀42和CCD檢測(cè)器46的輔助下對(duì)所述凹槽結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行激光拋光、精整加工，提高壁面和底面的光潔度。

成型腔60內(nèi)設(shè)焊接部68，焊接部68為一套自動(dòng)抓取、放置、施壓的微型機(jī)器手，用于封裝薄壁材料的抓取、放置，并施壓，與激光器20的1064nm激光協(xié)作進(jìn)行精密封裝，具體而言，激光器22在成形件上加工凹槽結(jié)構(gòu)(微通道)后，由焊接部68的微型機(jī)器手抓取一塊0.5mm厚的與SLM成型材料相同的薄壁材料，在視覺(jué)定位系統(tǒng)(CCD檢測(cè)器46)的輔助下，精密放置在凹槽結(jié)構(gòu)(微通道)上方，并施加壓力，由計(jì)算機(jī)40控制激光器20對(duì)所述薄壁材料進(jìn)行焊接封裝。系統(tǒng)設(shè)置CCD視覺(jué)檢測(cè)與激光測(cè)距系統(tǒng)，用于采集成型特征形貌，然后根據(jù)CAD模型比對(duì)，閉環(huán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線(xiàn)修整、清理、封裝和增材。

再由鋪粉系統(tǒng)64在成型腔60底部鋪粉后，由計(jì)算機(jī)40控制激光器20的1064nm紅外連續(xù)波光纖激光激光器工作，由掃描振鏡62反射至成型腔60底部并掃描，進(jìn)行金屬粉末的SLM成型，完成一次SLM成型基礎(chǔ)上的微通道加工過(guò)程。以上過(guò)程即為本申請(qǐng)一種實(shí)施方式的全激光復(fù)合增材制造裝置的制造過(guò)程。

以上所述，僅是本申請(qǐng)的幾個(gè)實(shí)施例，并非對(duì)本申請(qǐng)做任何形式的限制，雖然本申請(qǐng)以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限制本申請(qǐng)，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本申請(qǐng)技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許的變動(dòng)或修飾均等同于等效實(shí)施案例，均屬于技術(shù)方案范圍內(nèi)。