激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺及设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106563804A(43)申请公布日2017.04.19(21)申请号201610888181.5(22)申请日2016.10.12(71)申请人机械科学研究总院先进制造技术研究中心地址100083北京市海淀区学清路18号主楼3层(72)发明人单忠德杨立宁戎文娟(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B33Y10/00(2015.01)B33Y30/00(2015.01)B33Y50/02(2015.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺及设备(57)摘要本发明公开了一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺及设备，所述设备包括：成形腔室，腔室内为真空或惰性气体保护环境；熔融沉积装置，由储料装置、导料装置、加热装置、熔融金属沉积装置等组成；支撑装置，用于支撑熔融沉积装置；成形平台；三轴运动装置，用于支撑并实现成形平台的三轴运动；激光扫描装置，由激光器和聚焦扫描装置组成，用于对预成形轨迹轮廓进行扫描，并引导熔融金属的沉积成形。本发明的工艺及设备，将激光的预热/熔化引导与熔融沉积增材制造技术相结合，通过控制预沉积轨迹区域的预热温度和熔化深度，来实现沉积成形金属件层间的冶金结合。减少或消除沉积层中的孔隙和疏松，以提高金属熔融沉积成形金属件的性能。CN106563804ACN106563804A权利要求书1/2页1.一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：预制件模型数据处理：建立预成形金属件的CAD模型，并得到STL格式文件，然后采用分层软件对STL文件进行分层处理得到层片数据文件，层片数据文件被转换成能够被激光聚焦扫描装置及三轴运动装置所识别的扫描驱动信号文件；激光按路径扫描：激光扫描装置在驱动信号控制下按照预制件当前层成形路径进行扫描，并根据预沉积金属特性调整激光功率和频率等；选择性熔融金属同步沉积：三轴运动装置在驱动信号控制下带动成形平台移动，同时熔融沉积装置按照当前层预制件材料信息进行相应金属的熔化沉积，以实现对激光扫描完成路径的选择性金属材料按需同步沉积成形；激光引导金属件逐层沉积增材制造成形：经过逐层成形件的按路径激光扫描和选择性金属同步沉积，最终完成预成形金属件的激光引导熔融沉积增材制造。2.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，所述激光聚焦扫描装置沿预制件当前层成形路径进行扫描，同时通过三轴运动装置带动成形平台移动，实现熔融金属跟随激光扫描路径的同步沉积。3.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，所述激光扫描和三轴运动速度可根据不同成形工艺要求（如成形效率、成形温度、成形精度、金属材料成形特性等）进行实时调节。4.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，在成形前对成形平台或已沉积层表面整体温度进行检测，并根据成形工艺要求确定其整体预热温度范围，调整扫描激光的功率、频率、扫描速度，并采用激光在成形平台或已沉积层表面进行快速、反复扫描，使其表面达到预热温度范围。5.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，在成形前对预成形路径表面温度进行检测，并根据预沉积金属材料特性及成形工艺要求确定成形路径表面预达到的温度范围及物理状态，通过实时调控扫描激光的功率和频率，使得激光扫描后的成形轨迹表面温度达到预定温度范围，并使成形路径表面达到所需的固态、半液态或半固态等物理状态。6.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，所述熔融沉积装置可按照当前层预制件材料信息进行相应单一或多种金属材料的单独或同时熔化沉积。7.如权利要求1所述的一种激光引导多金属熔融沉积增材制造工艺，其特征在于，所述熔融金属的熔化温度和沉积速度可根据材料特性、成形温度、成形效率等进行实时调节。8.一种激光引导多金属熔融沉积增材制造设备，其特征在于，包括：成形腔室，所述成形腔室内即可以是真空环境，也可以是惰性气体保护环境；熔融沉积装置，所述熔融沉积装置设在所述成形腔室内，由储料装置、送料装置、加热装置、熔融金属沉积装置等组成；支撑装置，所述支撑装置设在所述成形腔室内，用于支撑所述熔融沉积装置；成形平台，所述成形平台设在所述成形腔室内，用于沉积熔融金属；三轴运动装置，所示三轴运动装置设在所述成形腔室内，用于支撑成形平台，以实现成形平台的三轴运动；2CN106563804A权利要求书2/2页激光扫描装置，所述激光扫描装置设在所述成形腔室外，并位于成形腔室上部，由激光器和聚焦扫描装置组成，用于对预成形轨迹轮廓进行扫描，并引导熔融金属的沉积成形。9.如权利要求8