[发明专利]基于飞秒激光与离子束复合技术的快速成型设备和方法

摘要

本发明提出了一种基于飞秒激光与离子束复合技术的快速成型设备和方法，所述设备主要包括纳秒‑皮秒‑飞秒激光器、离子束装置、实时监控系统，纳秒激光对原材料进行扫描烧结，实时监控系统进行实时的加工过程和零件的形貌、微观结构及成分的测量分析并反馈给控制系统，如有需要则使用皮秒、飞秒激光或者离子束进行进一步精加工，纳秒‑皮秒‑飞秒激光、离子束和实时监控系统形成了一个闭环系统，从而可以有效控制加工和检测的协调性。本发明实现了复杂零件的快速成型和微观结构的精密加工，使用实时监控提高了零件微观结构和质量的控制能力，为制造高强度、高精度、复杂结构的零件提供一种新的设备和方法。

主权项

一种基于飞秒激光与离子束复合技术的快速成型设备，其特征在于：包括多波长光纤激光器、离子束装置、实时监控系统、进料和铺料装置、工作台、真空室、控制与显示系统；多波长光纤激光器、离子束装置、实时监控系统、进料和铺料装置、工作台均位于真空室内并分别与控制与显示系统连接；所述的多波长光纤激光器为集成了纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光三种短脉冲激光的一体化激光器；所述离子束装置用来对激光快速成型制造的器件进行精细加工；所述实时监控系统包括扫描电镜、质谱仪、X射线衍射仪和红外摄像仪；用来进行实时形貌、成分和微观结构的测量分析并反馈给控制与显示系统；所述的多波长激光器、离子束装置和实时监控系统形成一个闭环系统，以有效控制加工和检测的协调性；所述工作台内设置有液体流通管道，管道内通液体用于对零件进行冷却；进料和铺料装置108用来铺设原材料用于承载原材料、加工和冷却零件；所述的扫描电镜集成了二次电子、背散射电子检测设备和能谱仪；该成型设备安装有真空室，为飞秒激光和离子束快速成型及实时监测提供了良好的真空加工环境；该设备的工作过程包括以下步骤；(1)在工作台上，传送并铺设原材料后进行预热；(2)使用纳秒激光进行选择性扫描烧结熔化及固化，同时选择性地进行冷却，同时使用实时监控系统来检测加工过程和产品的表面形貌、化学成分和相结构，将结果反馈给控制与显示系统调整相关的快速成型制造工艺参数，如有必要则使用皮秒、飞秒或离子束对已成型的特定区域进行精细加工；(3)工作台向下移动，继续供给材料，重复(1)和(2)、直到完成零件的快速成型制造。