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专利号: 2022110448733
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造方法,其特征在于,所述增材制造方法基于一种杆件的增材制造装置,所述增材制造装置包括:水平设置用于承载工件的基板,位于基板正上方用于按垂直于基板的方向供给丝材的送丝装置,用于激发激光熔化丝材的激光激发装置,所述增材制造装置还包括:用于监控丝材熔化状态的监控系统,所述监控系统包括图像采集装置和位移传感器;所述增材制造方法包括步骤:先将丝材末端和基板焊接一起;

将用于承载工件的基板水平设置,并将丝材从上方垂直于基板;调整激光激发装置的出射角,使得发出的激光斜向照射在丝材上;

开启激光激发装置,所述激光激发装置激发的激光功率为P;丝材以速度V1向下送丝,基板以速度V2运动,激光照射位置保持不变,使得丝材熔化在基板或已成形杆件与丝材末端之间,以形成连续液态界面;

丝材保持以速度V1向下送丝,基板保持以速度V2移动,激光功率照射位置持续不变,直到杆件达到目标长度;

其中,所述激光的功率P为140 160W;

~

当速度V1为4 6mm/s时,速度V2为0.3 0.6mm/s;

~ ~

当速度V1为6.5 8.5mm/s时,速度V2为0.7 1.2mm/s;

~ ~

当速度V1为9 11mm/s时,速度V2为1 2.25mm/s;

~ ~

所述图像采集装置周期性或实时地采集到图像,发送至上位机,由上位机对所述图像采集装置所采集的图像进行图像处理,得到液桥当前的状态,上位机根据液桥当前的状态修正送丝速度或基板的运动速度;

上位机对所述图像采集装置所采集的图像进行图像处理,得到液桥当前的状态,上位机根据液桥当前的状态修正送丝速度或基板的运动速度的步骤,具体包括:上位机进行图像处理,得到液桥当前的厚度或宽度,并将其与上一周期得到的液桥厚度或宽度,或上一时间段内的厚度或宽度平均值进行比较;

若变小,通过所述位移传感器获取当前的送丝速度和基板移动速度,并判断送丝速度和基板移动速度是否在预设阈值范围内,若不在预设阈值范围内,调整送丝速度和/或基板移动速度至预设阈值范围内;若变大,减小送丝速度或增大基板的移动速度,使其在预设范围内;所述送丝速度的预设阈值范围为4 6mm/s时,所述基板移动速度的预设阈值范围为~

0.3 0.6mm/s;或者,所述送丝速度的预设阈值范围为6.5 8.5mm/s时,所述基板移动速度的~ ~预设阈值范围为0.7 1.2mm/s;所述送丝速度的预设阈值范围为9 11mm/s时,所述基板移动~ ~速度的预设阈值范围为1 2.25mm/s。

~

2.根据权利要求1所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造方法,其特征在于:激光和丝材之间的夹角为20°‑60°,和/或,所述丝材为TC4钛合金,其直径为0.4~

1.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造方法,其特征在于:所述激光激发装置激发的激光为环列式激光束,所述丝材位于环列式激光束正中。

4.根据权利要求1所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造方法,其特征在于:所述图像采集装置为高速摄像机;所述监控系统还包括红外热像仪。

5.一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:包括水平设置用于承载杆件的基板、位于基板正上方用于按垂直于基板的方向供给丝材的送丝装置、用于激发激光熔化丝材的激光激发装置,以及用于驱动所述基板上下运动的竖直驱动机构,其中,所述基板与所述丝材末端焊接一起;

所述竖直驱动机构包括丝杠,所述丝杠上设置有与丝杠螺纹配合的小车,所述基板固定在小车上;还包括为小车导向的导向杆,所述丝杠由电机带动旋转;

还包括上位机,以及用于监控丝材熔化状态的监控系统,所述监控系统包括图像采集装置和位移传感器;

所述上位机用于对所述图像采集装置所采集的图像进行图像处理,得到液桥当前的状态,并根据液桥当前的状态修正送丝速度或基板的运动速度;具体地上位机进行图像处理,得到液桥当前的厚度或宽度,并将其与上一周期得到的液桥厚度或宽度,或上一时间段内的厚度或宽度平均值进行比较;若变小,通过所述位移传感器获取当前的送丝速度和基板移动速度,并判断送丝速度和基板移动速度是否在预设阈值范围内,若不在预设阈值范围内,调整送丝速度和/或基板移动速度至预设阈值范围内;若变大,减小送丝速度或增大基板的移动速度,使其在预设范围内;所述送丝速度的预设阈值范围为4 6mm/s时,所述基板~移动速度的预设阈值范围为0.3 0.6mm/s;或者,所述送丝速度的预设阈值范围为6.5~ ~

8.5mm/s时,所述基板移动速度的预设阈值范围为0.7 1.2mm/s;所述送丝速度的预设阈值~范围为9 11mm/s时,所述基板移动速度的预设阈值范围为1 2.25mm/s。

~ ~

6.根据权利要求5所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:所述送丝装置包括用于收纳丝材的绞盘,所述绞盘下方并排设置有一对送丝辊轮;所述送丝辊轮下方竖直设置有导丝管。

7.根据权利要求6所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:所述绞盘与送丝辊轮之间设置有矫直器。

8.根据权利要求6所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:所述送丝辊轮由直流电机带动,所述直流电机由PID控制器控制。

9.根据权利要求5所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:所述监控系统还包括红外热像仪。

10.根据权利要求9所述的一种太空环境中杆件的激光连续液态界面增材制造装置,其特征在于:所述基板和送丝装置与上位机连接,由上位机控制运动速度和送丝速度。