本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法。本發(fā)明還涉及一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造裝置。

背景技術(shù)：

區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造，“增材制造”不需要原胚和模具，基于計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過增添材料的方法生成任何形狀的物體。3D打印技術(shù)作為“增材制造”的主要實現(xiàn)形式，正在快速改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的生產(chǎn)方式與生活方式，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化、定制化為特點的3D打印制造技術(shù)有望推動第三次工業(yè)革命。3D打印技術(shù)中，屬金屬零件增材制造需求范圍最廣，也是最重要的發(fā)展方向之一。

梯度功能材料的概念是有日本材料學(xué)家新野正之、平井敏雄和渡邊龍三等提出的，最早的研究始于1987年日本科學(xué)技術(shù)廳的一項“關(guān)于開發(fā)緩和熱應(yīng)力的功能梯度材料的基礎(chǔ)技術(shù)研究”計劃。所謂功能梯度材料是根據(jù)使用要求，選擇使用兩種不同性能的材料，采用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)，使中間的組成和結(jié)構(gòu)呈連續(xù)梯度變化，內(nèi)部不存在明顯的界面，從而使材料的性質(zhì)和功能沿特定方向也呈梯度變化的一種新型復(fù)合材料。例如，航天飛機(jī)燃燒沖壓式發(fā)動機(jī)燃燒室壁面，接觸數(shù)千度高溫氣體的一側(cè)使用耐熱性優(yōu)良的陶瓷，賦予材料耐熱性能，而接觸制冷材料冷卻氫的一側(cè)采用金屬材料，賦予材料導(dǎo)熱性和機(jī)械性能，在兩個界面之間，采用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)，通過控制金屬和陶瓷的相對組成和組織結(jié)構(gòu)，使其無界面地逐漸變化，從而使整個材料具有良好耐熱性且機(jī)械強度高的新功能。正是由于功能梯度材料的這種梯度性能特征，使得其具有一般復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)點，因而具有極高的應(yīng)用價值和研究前景。

基于3D打印的金屬梯度材料增材制造，可充分集成金屬3D打印和梯度材料兩者的優(yōu)點，如高效率、低成本實現(xiàn)復(fù)合功能、復(fù)雜形狀金屬零件成型，有效滿足數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和定制化等智能制造需求特點，3D打印設(shè)備系統(tǒng)操作簡單，更有利于工藝實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。然而，金屬梯度材料3D打印技術(shù)因為成型零件的機(jī)械力學(xué)性能不能完全滿足使用要求而限制了它的推廣和應(yīng)用，主要缺點如下：(1)單一金屬3D打印成型零件存在殘余應(yīng)力過大和局部區(qū)域應(yīng)力集中問題，后處理消除方法困難，造成脆斷易碎。金屬梯度材料3D打印因為不同金屬熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，在凝固過程中因冷卻速度不一致導(dǎo)致塑性變形不均勻，使應(yīng)力問題更為嚴(yán)重。(2)由于內(nèi)部缺陷而造成機(jī)械性能不足：內(nèi)部缺陷包括氣孔、未融合。氣孔是由于粉末吸附空氣或者粉末包裹氣體在燒結(jié)凝固過程中未能及時逸出，留在凝固組織內(nèi)而形成。未融合是由于3D打印成型過程中工藝參數(shù)設(shè)置不合理，各熔覆層之間未形成致密組織而產(chǎn)生的不良缺陷。氣孔和未融合是承力結(jié)構(gòu)件致命的疲勞萌生源，進(jìn)而導(dǎo)致金屬梯度材料3D打印可靠性存在隱患。

因此，如何在通過金屬3D打印技術(shù)生產(chǎn)制造金屬梯度材料時，盡量避免氣孔、未融合和縮松問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，能夠盡量避免氣孔、未融合和縮松問題，提高金屬梯度材料的機(jī)械性能和疲勞強度。本發(fā)明的另一目的是提供一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，包括：

按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑逐漸噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末，通過熱源對所述多金屬混合粉末進(jìn)行熔合，形成工件的熔覆層，再通過脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊波對所述熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打；

逐層堆疊各層所述熔覆層，并形成工件。

優(yōu)選地，在按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑逐漸噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末之前，還包括：

根據(jù)工件模型生成3D打印填充掃描路徑和混合比例曲線。

優(yōu)選地，根據(jù)工件模型生成3D打印填充掃描路徑和混合比例曲線，具體包括：

對工件模型進(jìn)行切片分層，以獲得各個分層截面的輪廓形狀和各類金屬配比，再根據(jù)所述輪廓形狀生成各層所述熔覆層的3D打印填充掃描路徑，且根據(jù)所述金屬配比生成各層所述熔覆層的混合比例曲線。

優(yōu)選地，噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末時，控制所述多金屬混合粉末的使用量，以使相鄰兩層所述熔覆層中的各類金屬的配比變化小于20％。

優(yōu)選地，通過熱源對所述多金屬混合粉末進(jìn)行熔合時，監(jiān)測并控制形成的所述熔覆層的溫度，以使其處于預(yù)設(shè)的金屬塑性成形溫度區(qū)間。

優(yōu)選地，通過脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊波對所述熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打時，實時檢測所述熔覆層的材料參數(shù)，并據(jù)此調(diào)整所述脈沖激光的功率參數(shù)。

優(yōu)選地，噴出所述多金屬混合粉末時，實時檢測所述多金屬混合粉末的送粉量，并據(jù)此調(diào)整所述熱源的移動速度。

優(yōu)選地，形成工件之后，還包括：

對工件進(jìn)行熱機(jī)耦合數(shù)值仿真，并確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域；

測量工件上殘余應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力分布情況，并據(jù)此對其進(jìn)行激光沖擊處理，以消除有害拉應(yīng)力。

本發(fā)明還提供一種金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造裝置，包括工作臺、設(shè)置于其上并用于按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑進(jìn)行移動的熱源噴嘴、與所述熱源噴嘴同步運動并用于逐漸噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末以使熱源將其熔合形成熔覆層的送粉噴嘴、與所述熱源噴嘴同步運動并用于對所述熔覆層進(jìn)行激光沖擊處理以利用激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波對所述熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打的激光噴嘴。

優(yōu)選地，還包括與所述送粉噴嘴連通、用于在多金屬混合粉末中添加防止其氧化的惰性氣體的保護(hù)氣管。

優(yōu)選地，還包括用于通過超聲波檢測所述熔覆層在形成過程中的缺陷并將其參數(shù)記錄的超聲波檢測探頭。

優(yōu)選地，還包括設(shè)置于所述工作臺上、用于檢測所述熔覆層溫度的溫度傳感器，與所述溫度傳感器信號連接、用于根據(jù)其檢測值控制所述熱源噴嘴的出口溫度的溫度控制器，與所述溫度傳感器信號連接、用于根據(jù)其檢測值對工件進(jìn)行熱機(jī)耦合數(shù)值仿真以確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力仿真模塊，以及根據(jù)所述應(yīng)力仿真模塊的仿真結(jié)果測量工件上殘余應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力分布情況的應(yīng)力檢測模塊，且所述應(yīng)力檢測模塊與所述激光噴嘴信號連接，以使其根據(jù)所述應(yīng)力檢測模塊的檢測結(jié)果對工件進(jìn)行激光沖擊處理并消除有害拉應(yīng)力。

本發(fā)明所提供的金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，主要包括兩個步驟，分別為：按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑逐漸噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末，通過熱源對多金屬混合粉末進(jìn)行熔合，形成工件的熔覆層，同時通過脈沖激光的力學(xué)效應(yīng)誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行激光沖擊鍛打；逐層堆疊各層熔覆層，并形成工件。本發(fā)明所提供的金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，在第一步中，多金屬混合粉末按照預(yù)設(shè)的3D打印填充路徑逐漸噴出，并且在噴出的同時，多金屬混合粉末中的各類金屬的配比也在按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線進(jìn)行變化，同時熱源跟隨移動，并對多金屬混合粉末進(jìn)行熔合，從而在預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑上形成工件的熔覆層，該熔覆層為工件的某一厚度截面，當(dāng)前熔覆層形成時，緊跟著進(jìn)行對熔覆層的激光沖擊處理，由于激光沖擊處理時會對受力物體產(chǎn)生沖擊波，并可傳遞至物體內(nèi)部，同時熔覆層中存在氣孔、未融合和縮孔等缺陷，如此可利用激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打，使得氣孔等被填補，若干個熔覆層堆疊即可完整形成工件。在第二步中，每層熔覆層的激光沖擊處理完成之后，將各層熔覆層依次堆疊，并形成完整的工件。綜上所述，本發(fā)明所提供的金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，在熱源熔化多金屬混合粉末形成熔覆層同時對該熔覆層進(jìn)行激光沖擊處理，利用激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打，消除熔覆層中存在的氣孔、未融合以及縮孔等缺陷，提高零件內(nèi)部質(zhì)量，并且在熱源熔化多金屬混合粉末的同時，逐漸噴出的多金屬混合粉末的不同金屬配比不斷變化，使得形成的各層熔覆層中的金屬配比逐漸變化，金屬梯度材料的金屬比例過渡均勻。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實施方式的流程圖；

圖2為本發(fā)明所提供的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為熔覆層的微觀結(jié)構(gòu)以及激光沖擊處理原理示意圖。

其中，圖2—圖3中：

工作臺—1，熱源噴嘴—2，送粉噴嘴—3，激光噴嘴—4，保護(hù)氣管—5，溫度傳感器—6，溫度控制器—7，應(yīng)力仿真模塊—8，應(yīng)力檢測模塊—9，熔合金屬晶體—10，沖擊波—11，氣孔—12，等離子體—13，多金屬混合粉末—14，熔池—15，熔覆層—16，超聲波檢測探頭—17。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實施方式的流程圖。

在本發(fā)明所提供的一種具體實施方式中，金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法主要包括兩個步驟，分別為：按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑逐漸噴出按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線變化的多金屬混合粉末，熱源對多金屬混合粉末進(jìn)行熔合，形成工件的熔覆層，同時利用脈沖激光的力學(xué)效應(yīng)誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打；逐層堆疊各層熔覆層，并形成工件。

其中，在第一步中，多金屬混合粉末需要按照一社的3D打印路徑逐漸噴出，并且在逐漸噴出的同時，多金屬混合粉末中的各類金屬的配比也在按照預(yù)設(shè)的混合比例曲線進(jìn)行變化。而熱源也需要按照預(yù)設(shè)路徑同步跟進(jìn)，產(chǎn)生高溫?zé)崃浚瑢Χ嘟饘倩旌戏勰┻M(jìn)行熔合，從而在預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑上形成工件的熔覆層，該熔覆層為工件的某一厚度截面，若干個熔覆層堆疊即可完整形成工件。該3D打印填充掃描路徑由工件的形狀特點等決定，比如工件為螺母時，其3D打印填充掃描路徑即為六邊形。熱源工作時，產(chǎn)生大量的熱，足夠?qū)⒔饘俜勰┤刍?，而一定量的金屬粉末熔化后將互相熔合，從而?D打印填充掃描路徑上形成一層熔覆層。

由于多金屬混合粉末的配比跟隨預(yù)設(shè)的混合比例曲線進(jìn)行變化，因此各層熔覆層中各類金屬的含量或配比等是各不相同的，當(dāng)然，從第一層熔覆層到最后一層熔覆層，各類金屬的配比變化是按照混合比例曲線逐漸變化的，變化率緩慢而均勻。比如，以多金屬混合粉末中具有A金屬和B金屬為例，若形成的第一層熔覆層中A金屬的配比為100％且最后一層熔覆層中B金屬的配比為100％，那么中間的過渡熔覆層中的A金屬和B金屬的比例均在0～100％之間。優(yōu)選地，在噴出多金屬混合粉末時，可以調(diào)節(jié)多金屬混合粉末的使用量，從而使相鄰兩層熔覆層中的A金屬和B金屬的配比變化小于20％，比如第二層熔覆層的配比為A金屬：B金屬＝80％：20％，第三層熔覆層的配比為A金屬：B金屬＝60％：40％，第四層熔覆層的配比為A金屬：B金屬＝40％：60％，第五層熔覆層的配偶比為A金屬：B金屬＝20％：80％。當(dāng)然，各層熔覆層中的各類金屬的配比是不同的，上述僅為其中一個優(yōu)選方案，具體可根據(jù)金屬梯度材料的性能要求而調(diào)節(jié)各類金屬的配比。

同時，該熔覆層還具有一定厚度。優(yōu)選地，該熔覆層的厚度可占工件高度的1％～2％，如此，需要50～100層熔覆層的互相堆疊才能形成完整的工件。該比例的熔覆層厚度，對于大部分金屬工件而言，足夠保證每層熔覆層的強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時也提高了熔覆層的數(shù)量，使得工件對于熔覆層的劃分足夠精細(xì)，打印精度更高。而對于熔覆層的厚度控制，一般的，可通過控制金屬粉末的使用量的方式完成，具體的，可通過步進(jìn)電機(jī)和粉末定量控制器實現(xiàn)。粉末定量控制器設(shè)置在粉末罐的出口上，通過對步進(jìn)電機(jī)的精確轉(zhuǎn)速控制，可精確控制粉末定量控制器對粉末罐的出口流量限制，從而控制流出的金屬粉末量。同時，該粉末定量控制器內(nèi)還可以同時設(shè)置多個閥門，分別用于控制各類金屬的流量，從而達(dá)到控制噴出的多金屬混合粉末中的各類金屬的配比目的。

關(guān)于該3D打印填充掃描路徑，若待打印的工件為標(biāo)準(zhǔn)件，比如螺栓等，那么可采用已知的路徑即可。但對于非標(biāo)準(zhǔn)件的工件而言，則需要首先建立路徑。具體的，在進(jìn)行熱源對多金屬混合粉末的熔合之前，可首先根據(jù)工件模型生成3D打印填充掃描路徑。工件模型可在三維建模軟件中形成，根據(jù)工件的形狀結(jié)構(gòu)和尺寸等建立虛擬模型，之后在三維建模軟件中結(jié)合工件的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，在限制條件(比如路徑最短或金屬粉末使用量最小等)的約束下得出最優(yōu)路徑，即當(dāng)前工件的3D打印填充掃描路徑。當(dāng)談，同時還可根據(jù)工件模型的各類金屬的具體含量分布情況生成關(guān)于各類金屬配比的混合比例曲線。

具體的，首先可對工件模型進(jìn)行切片分層，一般厚度均分，每層的厚度可參數(shù)前述厚度設(shè)置部分。工件模型分層后，可以獲得各個分層截面的輪廓形狀，之后再對每個分層截面的輪廓形狀進(jìn)行掃描、擬合，即可獲得各層熔覆層的3D打印填充掃描路徑。同時，可檢測各個分層截面中材料的金屬配比情況，如此根據(jù)所有分層截面的金屬配比情況即可獲得金屬梯度材料整體的混合比例曲線。

當(dāng)熔覆層形成時，同時脈沖激光對當(dāng)前熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打，由于激光沖擊處理時會對受力物體產(chǎn)生沖擊波，并可傳遞至物體內(nèi)部，同時熔覆層中存在氣孔、未融合和縮孔等缺陷，如此可利用激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打，使得氣孔被周圍的金屬熔合物填補，同時促使未熔合部分進(jìn)行再次熔合，縮孔等問題也同時被排除。

在此過程中，根據(jù)加工金屬材料的不同特性，熱源熔覆金屬區(qū)溫度由溫度傳感器在線監(jiān)測與控制，使材料熔覆-冷卻后處于最適合金屬塑性成形溫度區(qū)間，由脈沖激光進(jìn)行沖擊鍛打；如溫度過高/過低導(dǎo)致材料熔覆-冷卻后偏移最佳塑性成形溫度區(qū)，則降低/升高熱源溫度，形成閉環(huán)控制。

脈沖激光鍛打參數(shù)由光束質(zhì)量檢測儀器或裝置監(jiān)測與控制，由熔覆區(qū)材料厚度確定脈沖激光的脈沖寬度，使整個熔覆層深度材料獲得充分鍛打透徹；由熔覆區(qū)材料面積確定脈沖激光鍛打頻率和光斑大小，確保激光沖擊鍛打移動速度與激光熔覆速度匹配，并保證鍛打區(qū)溫度始終處于最容易塑性變形的溫度范圍內(nèi)；如熔覆區(qū)材料面積/厚度超出脈沖激光處理極限，則降低熱源移動速度，形成閉環(huán)控制，反之亦然。

送粉量由送粉器監(jiān)測與控制，送粉量決定了熔覆區(qū)厚度與面積，同時影響熱源移動速度和脈沖激光鍛打參數(shù)；如送粉量超出/未達(dá)到熱源處理量，則降低/升高熱源移動速度，形成耦合控制。

考慮到多金屬混合粉末的溫度較高，為避免空氣中的氧氣對多金屬混合粉末造成氧化效果，本實施例在多金屬混合粉末中輸送惰性氣體，比如氦氣等。

在第二步中，每層熔覆層的激光沖擊處理完成之后，將各層熔覆層依次堆疊，并形成完整的工件。

如此，本實施例所提供的金屬梯度材料激光沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，在熱源熔化多金屬混合粉末形成熔覆層后，緊接著對該熔覆層進(jìn)行激光沖擊處理，利用激光沖擊誘導(dǎo)的沖擊波對熔覆層進(jìn)行沖擊鍛打，消除熔覆層中存在的氣孔、未融合以及縮孔等缺陷，提高零件內(nèi)部質(zhì)量。同時，逐漸噴出的多金屬混合粉末的不同金屬配比不斷變化，使得形成的各層熔覆層中的金屬配比逐漸變化，金屬梯度材料的金屬比例過渡均勻。

另外，考慮到金屬梯度材料的3D打印成形是一個金屬瞬時的熔化、凝固和冷卻的過程，工件截面不同部位傳熱效率不同，芯部材料冷卻較慢，表層材料冷卻較快，非均勻的熱影響容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，嚴(yán)重影響零件幾何尺寸和力學(xué)性能。為此，本實施例在形成工件之后，對工件進(jìn)行熱機(jī)耦合數(shù)值仿真，以此確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域。具體的，可以實時溫度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合材料屬性、熱源工作參數(shù)、掃描特性、成型氛圍和成型幾何特點進(jìn)行金屬3D打印的熱機(jī)耦合數(shù)值仿真，進(jìn)而確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域。一般而言，此類區(qū)域為工件上尺寸突變或曲率半徑較小的部分。

確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域后，可在該部分區(qū)域中測量工件的應(yīng)力分布情況，進(jìn)而據(jù)此對其進(jìn)行激光沖擊處理，消除有害拉應(yīng)力。具體的，可采用XRD實驗(X-ray diffraction，X射線衍射)測量工件上殘余應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力類型、應(yīng)力幅值等。之后，即可根據(jù)測量結(jié)果控制激光沖擊的參數(shù)，加載可控殘余壓應(yīng)力消除高幅值的有害拉應(yīng)力。

如圖2所示，圖2為本發(fā)明所提供的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)圖。

在本發(fā)明所提供的一種具體實施方式中，激光沖擊鍛打金屬3D打印復(fù)合制造裝置主要包括工作臺1、熱源噴嘴2、送粉噴嘴3和激光噴嘴4。

其中，工作臺1具體可為三自由度的工作臺，熱源噴嘴2、送粉噴嘴3和激光噴嘴4均設(shè)置在工作臺1上，具體的，熱源噴嘴2的出口距離工作臺1表面的工件成型區(qū)域具有一定高度，主要用于按照預(yù)設(shè)的3D打印填充掃描路徑進(jìn)行移動。該熱源噴嘴2的熱源也可為激光，當(dāng)然也可以為火焰或電能等。

送粉噴嘴3與熱源噴嘴2同步運動，主要用于將多金屬混合粉末14逐漸噴出，同時隨著預(yù)設(shè)的混合比例曲線改變多金屬混合粉末中的各類金屬配比，并使熱源噴嘴2噴出的熱量將多金屬混合粉末14融化。具體的，該送粉噴嘴3可與熱源噴嘴2同軸設(shè)置，即環(huán)繞設(shè)置在熱源噴嘴2的周向方向，由四周向中心向下的位置噴射多金屬混合粉末14，如此多金屬混合粉末14一經(jīng)噴出后即匯聚到熱源噴嘴2的出口中心位置。送粉噴嘴3的入口可與粉末罐連通，通過管道將多金屬混合粉末14送至送粉噴嘴3中。同時，還可在粉末罐的出口上增設(shè)粉末定量控制器，由步進(jìn)電機(jī)控制粉末定量控制器的工作狀態(tài)。該粉末定量控制器的作用類似于液壓系統(tǒng)中的控制閥，可精確控制從粉末罐中流出的多金屬混合粉末14的流量以及各類金屬的混合比例。

另外，考慮到多金屬混合粉末在高溫中易被空氣中的氧氣氧化的問題，本實施例在粉末罐的入口處增設(shè)了保護(hù)氣管5。該保護(hù)氣管5可將惰性氣體導(dǎo)入到粉末罐中，并與多金屬混合粉末混合的同時從送粉噴嘴3中噴出，如此由于惰性氣體的存在，有效避免了多金屬混合粉末被氧化的問題。

如圖3所示，圖3為熔覆層的微觀結(jié)構(gòu)以及激光沖擊處理原理示意圖。

激光噴嘴4設(shè)置在工作臺1上，也與熱源噴嘴2同步運動。激光噴嘴4中能夠噴射出高能激光，當(dāng)熱源噴嘴2與送粉噴嘴3共同作用形成工件的熔覆層16之后，激光噴嘴4中噴出激光，對熔覆層16進(jìn)行激光沖擊處理。當(dāng)激光噴嘴4中的激光噴射到熔覆層16表面時，將產(chǎn)生等離子體13，同時將誘導(dǎo)產(chǎn)生沖擊波11，并傳遞到熔覆層16的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，等效于對熔覆層16進(jìn)行沖擊鍛打，使得熔覆層16內(nèi)部的熔合金屬晶體10之間存在的氣孔12逐漸被周圍熔合金屬所填充，同時未熔合和縮孔現(xiàn)象也會在沖擊波的沖擊作用下逐漸消失。

進(jìn)一步的，本實施例中還增設(shè)了用于通過超聲波檢測熔覆層在形成過程中的缺陷的超聲波檢測探頭17，同時該超聲波檢測探頭17還能夠?qū)⑵渌鶛z測到的熔覆層中有缺陷的位置及其參數(shù)記錄下來，比如缺陷的分布情況、尺寸結(jié)構(gòu)等，如此方便后續(xù)步驟中對其進(jìn)行有針對性的激光沖擊鍛打處理。

另外，本實施例還在工作臺1上增設(shè)了溫度傳感器6和溫度控制器7。具體的，該溫度傳感器6主要用于檢測熔覆層的溫度。而溫度控制器7與溫度傳感器6信號連接，主要用于根據(jù)溫度傳感器6的檢測值控制熱源噴嘴2的出口溫度，使得形成的熔覆層的溫度復(fù)合預(yù)期要求。

不僅如此，本實施例還在工作臺1上增設(shè)了應(yīng)力仿真模塊8和應(yīng)力檢測模塊9。其中，應(yīng)力仿真模塊8與溫度傳感器6信號連接，主要用于根據(jù)溫度傳感器6的檢測值對工件進(jìn)行熱機(jī)耦合數(shù)值仿真，以確定工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域。應(yīng)力檢測模塊9與應(yīng)力仿真模塊8信號連接，主要用于根據(jù)應(yīng)力仿真模塊8的仿真結(jié)果在工件的殘余應(yīng)力集中區(qū)域中進(jìn)行應(yīng)力分布情況檢測，比如應(yīng)力類型和應(yīng)力幅值等。并且，該應(yīng)力檢測模塊9與激光噴嘴4信號連接，如此，可使得激光噴嘴4能夠根據(jù)應(yīng)力檢測模塊9的檢測結(jié)果對工件進(jìn)行激光沖擊處理，主要通過加載可控殘余壓應(yīng)力消除高幅值的有害拉應(yīng)力，如此，使得工件形成后的大部分區(qū)域內(nèi)不存在突出的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高工件的打印精度、結(jié)構(gòu)強度和使用壽命。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。