一種應力控制3d打印再制造裝置及再制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工領域，具體涉及激光融覆再制造裝置。
【背景技術】
[0002]機械零件長期使用后易產(chǎn)生疲勞裂紋、磨損、點蝕、斷裂剝落等形式的失效，導致機械零件使用性能下降或報廢。為降低損失，減少金屬資源浪費，節(jié)約企業(yè)運行成本，常對失效零件進行修復再制造。一般再制造方法有堆焊、激光融覆、激光沖擊、電弧沉積等，激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。
[0003]申請?zhí)枮?01110326721.8的的中國發(fā)明專利，公開一種硬齒面齒輪及硬齒面齒輪修復工藝，提供了一種硬齒面齒輪修復方法，在經(jīng)過預處理的齒輪融覆合金材料，然后加工到設計尺寸。而申請?zhí)枮?01310054557.9的中國發(fā)明專利，公開一種航空發(fā)動機葉片損傷的修復方法，介紹了一種航空發(fā)動機葉片損傷的修復方法，該方法依據(jù)待修復葉片表面尺寸形狀特征進行分段處理，設定各段脈沖等離子熱輸入?yún)?shù)和脈動送絲控制參數(shù)，分段進行等離子焊接修復。
[0004]激光沖擊修復是利用激光沖擊波沖擊修復部位，使該部位材料發(fā)生改性或使填充材料與本體材料融合，如任旭東等的“金屬損傷葉片激光沖擊修復裝置與方法“(中國專利申請?zhí)?200610161352.0)介紹了一種修復葉片裂紋的裝置，該裝置包括定位機械手、儲裝頭、清理刷和控制器，在激光沖擊修復過程中，通過儲裝頭將高聚物材料補丁提供到修復部位，定位機械手將葉片移動到激光光斑處，利用激光沖擊波使補丁材料擠入裂紋中并與本體材料結合，激光沖擊修復后用清理刷清理修復表面。
[0005]常規(guī)再制造裝置修復與檢測分離，需在不同設備上進行，修復后的零件往往需要后續(xù)進行加工；而且修復后零件的表面產(chǎn)生的殘余拉應力需進行熱處理消除，零件的變形大，修復成本高。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種應力控制3D打印再制造裝置，修復與檢測同步進行，修復后的零件抗疲勞強度和耐磨性能高，延長再制造零件使用壽命，且修復后的零件不需后續(xù)加工，修復成本低。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種應力控制3D打印再制造裝置，其特征在于:包括機身、安裝在機身上的工作臺、與工作臺連接的工作臺控制器、安裝在機身上圖像采集裝置、激光系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、打印頭和計算機；激光系統(tǒng)包括小功率高頻率的打印激光器、大功率低頻率的沖擊激光器和激光系統(tǒng)控制器，送料系統(tǒng)由送料裝置、送料管道和與送料裝置相連接的送料控制器組成；計算機通過數(shù)據(jù)線分別與工作臺控制器、激光器控制器、送料控制器和圖像采集裝置連接；激光器控制器分別與打印激光器、沖擊激光器和打印頭連接；送料裝置通過送料管道與打印頭相連接。
[0008]進一步地，所述打印頭由送料嘴、反射鏡和透鏡組組成，所述送料裝置通過送料管道與送料嘴相連接。
[0009]進一步地，所述計算機內置有圖像采集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明還提供一種利用上述應力控制3D打印再制造裝置的再制造方法，其特征在于:包括如下步驟:
1)將清洗好的待修復零件安裝通過夾具安裝在工作臺上；
2)通過圖像采集系統(tǒng)采集待修復零件的三維圖像，并通過計算機建立三維CAD模型與工件原始設計模型比對確定修復區(qū)域和修復余量；
3)送料裝置將融覆材料送至打印頭，涂布在零件待修復處，激光器控制器控制打印激光器發(fā)出融覆激光束，掃描融覆層材料，使融覆層材料熔化并與底層材料融合，再通過控制工作臺旋轉工件，完成所有待修復部位；
4)通過激光器控制器控制打印激光器發(fā)出消融激光束，采用消融激光束對工件表面進行修整使其達到原始設計的尺寸精度和表面精度；
5)通過激光器控制器啟動沖擊激光器發(fā)出去應力激光束，利用去應力激光束沖擊工件修復區(qū)域消除工件修復因受熱不均產(chǎn)生的殘余拉應力；
6)通過激光器控制器控制沖擊激光器產(chǎn)生強化激光束對工件表面進行沖擊強化，使工件表面形成殘余壓應力層。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:結構簡單，操作方便。零件的修復與檢測同步進行，零件的修復與修復后的應力控制使用同一臺設備進行處理，修復后的零件抗疲勞強度和耐磨性能高，延長再制造工件使用壽命，且修復后的工件不需后續(xù)加工，修復成本低。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0013]圖1為本發(fā)明一種應力控制3D打印再制造裝置的結構示意圖。
[0014]圖示中:1、計算機；2、數(shù)據(jù)線；3、機身；4、圖像采集裝置；5、送料裝置；6、送料控制器；7、激光器控制器；8、打印激光器；81、沖擊激光器；9、送料管道；10、送料嘴；11、打印頭；12、反射鏡；13、透鏡組；14、激光束；15、工作臺；16、夾具；17、工件；18、工作臺控制器。
【具體實施方式】
[0015]如圖1、2所示，本發(fā)明一種應力控制3D打印再制造裝置，包括機身3、安裝在機身3上的工作臺15、與工作臺連接的工作臺控制器16、安裝在機身3上圖像采集裝置4、激光系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、打印頭11和計算機1。其中，激光系統(tǒng)包括小功率高頻率的打印激光器8、大功率低頻率的沖擊激光器81和激光系統(tǒng)控制器，送料系統(tǒng)由送料裝置5、送料管道9和與送料裝置相連接的送料控制器6組成。
[0016]上述計算機1內置有圖像采集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，并通過數(shù)據(jù)線分別與工作臺控制器18、激光器控制器7、送料控制器6和圖像采集裝置4相連接。激光器控制器7分別與打印激光器8、沖擊激光器81和打印頭11連接；打印頭由送料嘴10、反射鏡12和透鏡組13組成。送料裝置5通過送料管道9與送料嘴10相連接。
[0017]本發(fā)明一種利用上述應力控制3D打印再制造裝置的再制造方法，包括以下步驟:
1)將清洗、打磨后的待修復工件17安裝在工作臺15上的夾具16中；
2)通過工作臺控制器18移動工作臺15，使選定的工件17的檢測基準點對準圖像采集裝置4 ;啟動圖像采集裝