本發(fā)明涉及絲基增材制造，尤其涉及一種多激光多軸送料的增材制造裝置及增材制造方法。

背景技術(shù)：

1、定向能量沉積增材制造方法由于能夠加快生產(chǎn)并最大限度地減少各種工業(yè)中的材料浪費，已經(jīng)徹底改變了金屬零件的制造理念，包括航空航天、汽車和生物醫(yī)學(xué)。定向能量沉積工藝使用粉末或絲材作為原材料，在沉積過程中可使用各種熱源進行熔化，包括激光、電子束、電弧和等離子體，每種類型的定向能量沉積工藝各有優(yōu)缺點，使其更適合于不同的應(yīng)用場景。其中，激光增材制造技術(shù)是一種利用激光作為熱源的方法，由于激光的能量密度高，可以精確控制加熱面積，因此激光增材制造適用于難熔金屬及復(fù)雜、精密且力學(xué)性能要求較高的零件的制造。為了進一步突出激光定向能量沉積相較于傳統(tǒng)制造工藝的優(yōu)勢，必須提高定向能量沉積效率。這可以通過在工藝中使用絲材作為原材料來實現(xiàn)，因為與粉末原材相比，絲材具有更高的材料利用率以及更低的材料成本等優(yōu)點。

2、但是，當前激光送絲定向能量沉積的一大掣肘問題在于，由于絲材直接送入熔池底部，如果絲材的絲徑過大，則絲材難以在短時間充分熔化，影響熔道的沉積效果；如果絲材的絲徑過小，則單位時間內(nèi)的送絲量過少；如果送絲速度過快，會造成絲材對熔池底部的沖擊，從而影響熔道的沉積形貌，進而通過孔隙、裂紋和未熔合等缺陷影響沉積構(gòu)件的力學(xué)性能；如果送絲速度過慢，又會嚴重降低增材制造的沉積效率，失去了高效成形的優(yōu)勢。上述問題限制了激光送絲增材制造技術(shù)的單位時間送絲量，大幅降低了增材制造的效率。中國專利cn114273768a提出了一種電子束多絲協(xié)同增材制造裝置及方法，采用了三條旁軸送絲的機械結(jié)構(gòu)，但旁軸送絲易出現(xiàn)熱源-絲材角度耦合不佳的問題，也存在打印方向性問題，故仍無法達到高效率高精度增材制造的目的。中國專利cn112584962a公開了同軸金屬絲進給多激光金屬沉積裝置，通過同軸系統(tǒng)使金屬絲以垂直于工作表面的角度進給，并通過激光光學(xué)器件將激光束分成三個相等的較低能量的激光束環(huán)繞金屬絲布設(shè)并同時對金屬絲進行照射，解決了熱源-絲材角度耦合不佳的問題，并簡化了協(xié)同要求，但其打印效率仍然相對較低。

3、基于同軸送絲系統(tǒng)，研究人員想到可以并行設(shè)置兩個或者更多金屬絲同時進行送絲，各金屬絲同時被環(huán)繞設(shè)置的激光束照射熔化，從而能夠大幅提升了打印效率。但產(chǎn)生了另外的問題是，并行設(shè)置兩個金屬絲送絲頭，如果金屬絲之間的距離較大，實際上就形成兩個相對獨立的熔池，實質(zhì)上難以保證兩個熔池的熔合效果；而如果金屬絲之間的距離較小，會造成激光同軸系統(tǒng)設(shè)計難度增大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種多激光多軸送料的增材制造裝置及增材制造方法，用于解決雙同軸并行送絲進行打印時，兩個金屬絲之間的距離較大時難以保證兩個熔池的熔合效果，而兩個金屬絲之間的距離較小時會造成激光同軸系統(tǒng)設(shè)計難度增大的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種多激光多軸送料的增材制造裝置，包括平臺、第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)、第二送絲引導(dǎo)機構(gòu)及激光發(fā)射組件；兩個第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)并行設(shè)置在平臺上方并沿平臺表面的平行方向同步移動，第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)用于輸送第一絲材并限定第一絲材的引導(dǎo)軸線，兩個第一絲材的引導(dǎo)軸線均垂直于平臺表面；第二送絲引導(dǎo)機構(gòu)設(shè)置在平臺上方并與第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)同步移動，第二送絲引導(dǎo)機構(gòu)用于輸送第二絲材并限定第二絲材的引導(dǎo)軸線，第二絲材的引導(dǎo)軸線傾斜于平臺表面；激光發(fā)射組件設(shè)置在平臺上方并發(fā)射出至少兩道激光束，各激光束分為兩組，兩組激光束分別環(huán)繞兩個第一絲材的引導(dǎo)軸線布設(shè)并照射在平臺上形成兩組圍繞第一絲材的引導(dǎo)軸線的若干光斑，各組光斑具有組內(nèi)同時重疊的部分并落到第一絲材的末端上，各組光斑具有組內(nèi)不重疊且與外組重疊的部分并落到第二絲材的末端上。

3、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，第二絲材末端位于兩個第一絲材末端之間；兩個第一絲材的末端沿第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)移動方向?qū)ΨQ設(shè)置在的第二絲材末端兩側(cè)；或者兩個第一絲材的末端沿第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)移動方向分別設(shè)置在的第二絲材末端的前后方。

4、更進一步優(yōu)選的，第一絲材及第二絲材受光斑照射熔合后形成的熔池在凝固后沿第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)移動方向形成打印軌跡，在增材制造前根據(jù)打印部位的設(shè)計需求確定該部位的打印軌跡的寬度；當打印軌跡的寬度需求大于單個光斑的寬度并小于兩個光斑的寬度之和時，兩個第一絲材的末端設(shè)置在第二絲材末端的前后方；當打印軌跡的寬度需求大于兩個光斑的寬度之和并小于四個光斑的寬度之和時，兩個第一絲材的末端對稱設(shè)置在第二絲材末端的兩側(cè)。

5、更進一步優(yōu)選的，當兩個第一絲材的末端對稱設(shè)置在第二絲材末端的兩側(cè)時，以第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)移動方向為正方向，兩個第一絲材的末端位于第二絲材末端的前方。

6、更進一步優(yōu)選的，兩個第一絲材的末端的間距不大于第二絲材的末端的寬度。

7、更進一步優(yōu)選的，還包括整形激光發(fā)射機構(gòu)；第一絲材及第二絲材受到若干光斑照射并在平臺上形成熔池；整形激光發(fā)射機構(gòu)設(shè)置在平臺上方并沿第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)的移動方向移動，整形激光發(fā)射機構(gòu)發(fā)射出整形光束并對熔池進行整形，整形激光發(fā)射機構(gòu)照射在平臺上形成整形斑，整形斑沿第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)的移動方向位于第一絲材末端的后方。

8、更進一步優(yōu)選的，整形斑的寬度不小于打印軌跡的寬度。

9、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，激光發(fā)射組件包括發(fā)射器、分束器及反射振鏡；發(fā)射器發(fā)射出主光束；分束器將主光束分成若干激光束；若干反射振鏡反射各激光束并使各激光束分為兩組，兩組激光束分別環(huán)繞兩個第一絲材的引導(dǎo)軸線布設(shè)，各組激光束同時交叉于各第一絲材的引導(dǎo)軸線上的公共點。

10、更進一步優(yōu)選的，兩組激光束交叉的公共點與平臺的垂直距離相同。

11、另一方面，本發(fā)明還提供了一種多激光多軸送料的增材制造方法，采用上述的多激光多軸送料的增材制造裝置，包括以下步驟，步驟一，開始打印前，根據(jù)所要成形構(gòu)件確定打印部位為薄壁部位或者厚壁部位，并根據(jù)打印部位的設(shè)計需求確定打印軌跡的寬度需求；步驟二，根據(jù)打印軌跡的寬度需求調(diào)整第一絲材及第二絲材的末端的設(shè)置方式；當打印軌跡的寬度需求較小時，設(shè)置兩個第一絲材的末端位于第二絲材末端的前后方；當打印軌跡的寬度需求較大時，設(shè)置兩個第一絲材的末端對稱位于第二絲材末端的兩側(cè)；步驟三，對薄壁部位進行打印時，兩個第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)向熔池內(nèi)同時輸送兩個第一絲材；對厚壁部位進行打印時，兩個第一送絲引導(dǎo)機構(gòu)及第二送絲引導(dǎo)機構(gòu)同時向熔池內(nèi)輸送兩個第一絲材及第二絲材。

12、本發(fā)明的一種多激光多軸送料的增材制造裝置及增材制造方法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

13、(1)本發(fā)明采用同軸及旁軸協(xié)同送絲，通過同軸送絲為主保證了打印質(zhì)量，根據(jù)構(gòu)件打印部位的厚薄選擇性的進行旁軸送絲，在薄壁處使用同軸雙送絲提高成形質(zhì)量，在厚壁處增加旁軸單送絲，即總共三絲的多軸同送技術(shù)，有效地提高成形效率，通過多軸絲材同送及光絲姿態(tài)位向控制，可獲得平整、連續(xù)、無氣孔、無裂紋的試樣件，同時通過改變絲材原材料可以靈活調(diào)節(jié)試樣件合金成分，獲得具有梯度組織的宏微觀結(jié)構(gòu)?？偠灾?，該裝置和方法能夠為高效激光增材制造提供新穎的解決方案，更能推動具有太空制造潛在應(yīng)用價值的激光送絲增材制造技術(shù)的進一步發(fā)展。

14、(2)本發(fā)明通過移動方向后方跟隨的脈沖整形激光，來抑制熱輸入過大導(dǎo)致的熔池形貌不規(guī)則、寬高比過小等易導(dǎo)致缺陷的問題，有效地提高成形質(zhì)量，最終實現(xiàn)金屬絲材的高效高質(zhì)量沉積。