本發(fā)明涉及打印，尤其涉及一種激光絲粉協(xié)同與電弧復(fù)合增材制造裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、航空航天、船舶海洋等領(lǐng)域的發(fā)展水平是國家綜合實力的重要考量，而構(gòu)件化、一體化是其發(fā)展的一個必然趨勢，增材制造是有望促成其實現(xiàn)的重要技術(shù)，然而傳統(tǒng)增材制造技術(shù)面對日益復(fù)雜化的構(gòu)件逐漸顯露疲態(tài)，效率低下和難一次成形是需要優(yōu)先突破的關(guān)鍵困境。

2、公開號為cn110052606a的激光送粉增材制造裝置及粉流控制方法，其中激光送粉增材制造裝置包括用于噴射粉流的送粉噴嘴、與送粉噴嘴連接的送粉器、粉流控制器和監(jiān)測機構(gòu)，監(jiān)測機構(gòu)包括分別設(shè)置于粉流兩側(cè)且相對設(shè)置的光源和光照度傳感器，光源向粉流發(fā)射光束，光照度傳感器與粉流控制器電信號連接用于接收穿過粉流的光束并將光信號轉(zhuǎn)換電信號且將電信號發(fā)送至粉流控制器，粉流控制器與送粉器電信號連接用于接收電信號并根據(jù)電信號調(diào)節(jié)送粉器的送粉速度。通過電壓信號的變化來體現(xiàn)送粉速度的變化，粉流控制器則根據(jù)電壓信號的變化來調(diào)節(jié)控制送粉器的送粉速度，從而實現(xiàn)長時間監(jiān)測粉流并調(diào)節(jié)控制送粉器的送粉速度。

3、目前增材制造工藝成形大于3米的金屬構(gòu)件時，需要多次打印再合體連接成形，該方式不僅耗時長，成形效率低下；還會導(dǎo)致易失效的性能薄弱區(qū)的出現(xiàn)，顯著降低金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度和服役能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種激光絲粉協(xié)同與電弧復(fù)合增材制造裝置及方法，實現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)件一次成形，避免增材連接及性能薄弱區(qū)的出現(xiàn)，增強了金屬構(gòu)件的連接強度，并且提高了成形效率。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：第一方面，本發(fā)明提供了一種激光絲粉協(xié)同與電弧復(fù)合增材制造裝置，包括多個打印區(qū)域、連接區(qū)域和打印模塊，其中，

3、多個打印區(qū)域呈連續(xù)設(shè)置，且各連接區(qū)域分設(shè)于相鄰的兩個打印區(qū)域之間，所述連接區(qū)域具有若干第一連接區(qū)和第二連接區(qū)，相對應(yīng)的第一連接區(qū)與第二連接區(qū)呈交疊設(shè)置；

4、各打印模塊與打印區(qū)域呈相對設(shè)置，打印模塊沿一預(yù)設(shè)打印路徑移動并打印成形出金屬構(gòu)件，所述預(yù)設(shè)打印路徑歷經(jīng)打印區(qū)域及第一連接區(qū)或者打印區(qū)域及第二連接區(qū)。

5、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述打印區(qū)域的數(shù)量為兩個，兩個所述打印模塊分別沿其各對應(yīng)的打印區(qū)域邊界起始位置均朝向連接區(qū)域側(cè)移動打印成形，兩個所述打印模塊的邊界起始位置以連接區(qū)域的中軸線呈對稱設(shè)置。

6、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述打印區(qū)域的數(shù)量為至少三個，位于首端的所述打印模塊沿其對應(yīng)的打印區(qū)域邊界起始位置朝向相鄰的連接區(qū)域側(cè)移動打印成形，遠離首端相鄰的兩個所述打印模塊以之間的連接區(qū)域的中軸線為起始位置分別朝向相鄰兩側(cè)的連接區(qū)域側(cè)移動打印成形。

7、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述各打印模塊的打印路徑均包括多個彎折段，多個彎折段首尾連接，且各彎折段的拐角呈直角設(shè)置。

8、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述打印模塊沿打印區(qū)域的橫向方向移動至連接區(qū)域，并在連接區(qū)域處沿其縱向方向移動一個連接區(qū)距離形成彎折段。

9、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，還包括輔助模塊，其中，所述輔助模塊設(shè)置于打印模塊的一側(cè)，用于對第一連接區(qū)與第二連接區(qū)的交疊區(qū)域進行重熔攤開。

10、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述連接區(qū)域與打印區(qū)域的縱向?qū)挾认嗟?，且連接區(qū)域與打印區(qū)域的端面處于同一平面設(shè)置。

11、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述打印模塊包括激光同軸絲粉同送主打印頭、旁軸多絲同送輔打印頭和旁軸多路送粉輔打印頭，其中，所述激光同軸絲粉同送主打印頭與打印區(qū)域呈相對設(shè)置，用于使激光束與絲粉同軸同步輸送，旁軸多絲同送輔打印頭設(shè)置于激光同軸絲粉同送主打印頭的一側(cè)，用于輸送多根絲材；旁軸多路送粉輔打印頭設(shè)置于激光同軸絲粉同送主打印頭的一側(cè)，且與旁軸多絲同送輔打印頭呈對稱設(shè)置，用于輸送粉末材料。

12、第二方面，本發(fā)明還提供了一種金屬構(gòu)件的絲粉復(fù)合激光增材制造方法，采用如激光絲粉協(xié)同與電弧復(fù)合增材制造裝置，所述方法包括：

13、s1，將原材料進行清潔、干燥和填充，所述原材料包括絲材和粉末，絲材直徑為1.2-3.0mm，粉末粒徑為50-300m；

14、s2，將基板放置進入打印艙內(nèi)，對艙內(nèi)進行洗氣，使艙內(nèi)滿足成形艙壓力為1-10mbar、水含量為50-100ppm；氧含量為500-1000ppm；

15、s3，設(shè)定各打印模塊的打印參數(shù)；

16、若打印區(qū)域的數(shù)量為兩個時，則兩個打印模塊分別沿其各打印區(qū)域邊界起始位置相向朝向連接區(qū)域側(cè)移動打印成形，兩個打印模塊相向行進存在時間差1-5s，且打印模塊打印至連接區(qū)域內(nèi)后移動一個步進，再橫向移動打??；

17、若打印區(qū)域的數(shù)量至少為三個時，則首端的打印模塊沿其對應(yīng)的打印區(qū)域邊界起始位置朝向相鄰的連接區(qū)域側(cè)移動打印成形，遠離首端相鄰的兩個所述打印模塊之間的連接區(qū)域的中軸線為起始位置分別朝向相鄰兩側(cè)的連接區(qū)域側(cè)移動打印成形；

18、s4，輔助模塊對第一連接區(qū)與第二連接區(qū)的交疊區(qū)域進行重熔攤開，使連接區(qū)域與打印區(qū)域等高；

19、s5，待各打印模塊的打印路徑移動至終點，則形成金屬構(gòu)件，并對金屬構(gòu)件冷卻后開艙取樣。

20、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述打印參數(shù)的激光功率為4000-30000w；送粉速度為20-60cm3/min；送絲速度為1-10m/min；光斑直徑為0.8-2mm；離焦量為80-100mm；搭接率為40-60％；抬高量為2-5mm；熱絲電流為10-70a；輔助激光為300-1500w、沉積電流為50-300a。

21、本發(fā)明的激光絲粉協(xié)同與電弧復(fù)合增材制造裝置及方法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

22、(1)通過設(shè)置多個連續(xù)設(shè)置的打印區(qū)域，使得制造過程可以連續(xù)進行，并且各打印模塊相對獨立、互不干涉但又協(xié)同工作，并且連接區(qū)域設(shè)置在相鄰兩個打印區(qū)域之間，其內(nèi)設(shè)有若干交疊設(shè)置的第一連接區(qū)和第二連接區(qū)，該交疊設(shè)計確保在打印區(qū)域間過渡時，成形層的連續(xù)性和均勻性，增強了連接區(qū)域的強度，實現(xiàn)了金屬結(jié)構(gòu)件的一體化快速成形，從而提高了金屬構(gòu)件打印的效率和質(zhì)量；

23、(2)通過根據(jù)打印區(qū)域的數(shù)量不同，按照相應(yīng)的打印路徑進行打印，使得相鄰的兩個打印路徑沿連接區(qū)域的中軸線對稱，有效的減少因打印路徑不一致而導(dǎo)致的性能差異，從而提高整個金屬構(gòu)件的均勻性和一致性；

24、(3)通過輔助模塊對搭接變厚部分進行重熔、攤開，最終使搭接部分與其余區(qū)域等高，保證了打印路徑的連續(xù)性和平滑性，同時提高了打印質(zhì)量和連接處結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；

25、(4)通過打印模塊設(shè)置的激光同軸絲粉同送主打印頭、旁軸多絲同送輔打印頭和旁軸多路送粉輔打印頭配合，可使用絲-粉同送；同軸多絲同送、旁軸多絲同送、同軸多路送粉、旁軸多路送粉等多種送料方式耦合、快速掃描的方式對成形材料進行快速填充，且多種送料方式之間可以依據(jù)實際成形需要動態(tài)啟動和暫停，快速掃描可以保證零件的快速成形。