[发明专利]一种激光冲击强化辅助的激光增材制造复合加工方法

说明书

本发明涉及激光冲击强化辅助的激光增材制造复合加工方法，包括以下步骤：1)建立零件的模型将切片信息导入到增材制造设备中；2)设定激光选区熔化工艺参数和激光冲击强化的工艺参数；3)工作时送粉腔上升一个厚度，成形腔下降一个厚度，通过增材制造设备的水平刮板运动，使送粉腔突出的粉末平铺在成形腔的基板上；4)计算机根据零件的切片信息控制激光束的二维扫描轨迹，使熔融粉末材料形成零件的一个层面；5)动力装置通过导轨滑块机构推动约束层和牺牲层，使其覆盖到在成形腔上面，进行表面激光冲击强化。本发明添加了牺牲层，可以阻止激光强化过程中激光能量对基体的不良影响，提高基体性能。

技术领域

本发明是一种在激光增材制造中添加具有约束层和牺牲层的激光冲击强化的方法及装置，是一种通过结合激光冲击强化，达到调控激光增材制造微观组织和力学性能的目的。本发明具有非接触、热影响区小、可控性、残余压应力高等突出优点。

背景技术

增材制造技术即快速成型是一种基于微积分思维的制造技术，包括选区激光熔化(SLM)和选区激光烧结(SLS)。二者成形原理相似，区别在于SLS技术成形工艺较复杂，由于制造过程是由材料粉末颗粒交界处或覆膜的低熔点黏结剂熔化，使粉末相互黏结，逐步得到各层轮廓并实现逐层黏结的，所以制件表面是粉粒状的，因此SLS技术成形件表面质量不高、致密度无法接近100％并且需要较复杂的后处理及辅助工艺。相比较而言，SLM技术则没有这些不足，因而在金属零件产品制造领域具有独特的优势。SLM技术以高功率或高亮度激光为热源，逐层熔化金属粉末，直接制造出任意复杂形状的零件，其实质就是CAD软件驱动下的激光三维熔覆过程。该技术具有如下独特的优点：(1)制造速度快，节省材料，降低成本；(2)不需采用模具，使得制造成本降低15％～30％，生产周期节省45％～70％；(3)可以生产用传统方法难于生产甚至不能生产的形状复杂的功能金属零件。

但是由于成型中不均匀的温度场以及成型后的冷却收缩作用，增材制造零件会存在内应力甚至会产生孔隙、翘曲、裂纹等微观缺陷，影响材料的微观组织、疲劳强度、抗腐蚀性能等参数。激光冲击强化(LSP)是一种常用的表面强化方法，其通过利用功率密度为GW每平方厘米量级、脉冲宽度为ns量级的强激光辐照材料表面产生GPa量级的冲击波来提高金属材料的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性能，在材料表面形成一定的残余压应力，能够有效改善增材制造零件的微观组织和力学性能。

发明内容

本发明提供了一种具有约束层和牺牲层的激光冲击强化调控增材制造的方案，并且提出了一种约束层和牺牲层的自动铺设装置。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：激光冲击强化辅助的激光增材制造复合加工方法，通过移动约束层和牺牲层，实现对零件的激光选区熔化和激光冲击强化，包括以下步骤：

1)建立零件的模型，对模型进行切片处理，并将切片信息导入到增材制造设备中；

2)根据强化效果和加工需求，设定激光选区熔化工艺参数和激光冲击强化的工艺参数；

3)铺粉阶段：工作时送粉腔上升一个厚度，成形腔下降一个厚度，通过增材制造设备的水平刮板运动，使送粉腔突出的粉末平铺在成形腔的基板上；

4)激光选区熔化阶段：计算机根据零件的切片信息控制激光束的二维扫描轨迹，使熔融粉末材料形成零件的一个层面；

5)激光冲击强化阶段：重复步骤3)-步骤4)，在完成若干层之后，动力装置通过导轨滑块机构推动约束层和牺牲层，使其覆盖到在成形腔上面，进行表面激光冲击强化，之后通过动力装置撤去约束层和牺牲层；

6)返回步骤3)，直至零件加工完成。

所述切片信息包括厚度、切片方向和二位扫描轨迹。

所述约束层和牺牲层上下贴合，通过动力装置控制导轨滑块机构带动其水平方向运动。