本發(fā)明涉及制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法，還涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

制造可分為三種類型，鑄鍛焊為主的等材制造，以車銑刨磨為主的減材制造，3d打印為主的增材制造。而3d打印的原理是將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的三維模型分解成若干層平面切片，然后由3d打印機(jī)把打印材料按切片圖層逐層疊加，最終堆積成完整的物體。3d打印工藝有光固化打印(sla)、激光燒結(jié)打印(sls)、熔融沉積打印(fdm)等，其中激光燒結(jié)打印采用高功率的激光，把粉末燒結(jié)在一起形成零件。

在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中，存在著非常多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，如大型泵體、汽輪機(jī)組殼體、船用曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和葉片、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋等。如今大部分復(fù)雜的零部件都采用鑄造或者裝配、焊接的方法生產(chǎn)。隨著3d打印的不斷發(fā)展和成熟，這項(xiàng)技術(shù)成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)的一項(xiàng)重要新技術(shù)。能加工出傳統(tǒng)加工工藝難以制造出來的結(jié)構(gòu)件，特別是用于航空航天的零部件。由于航空航天領(lǐng)域?qū)α悴考谋戎匾蟾?，因此，?fù)雜零件的減重輕量化也是3d打印需要解決的一個(gè)重大課題。

然而，3d打印產(chǎn)品由于采用疊加制造工藝，存在致密性差，殘余應(yīng)力多大，抗疲勞性能不足，容易變形，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3d打印，對(duì)零件的后處理困難，而且還會(huì)產(chǎn)生氣孔等缺陷，綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求等缺點(diǎn)。

綜上所述，如何有效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工困難和生產(chǎn)周期長、3d打印產(chǎn)品致密性差、殘余應(yīng)力大、綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求等問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，該增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工困難和生產(chǎn)周期長、3d打印產(chǎn)品致密性差、殘余應(yīng)力大、綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求的問題，本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法。

為了達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，包括工作臺(tái)、3d打印裝置、激光鍛打裝置和總控制裝置；

所述3d打印裝置包括送粉噴頭、用于帶動(dòng)所述送粉噴頭相對(duì)所述工作臺(tái)移動(dòng)的3d打印機(jī)械臂、與所述送粉噴頭連接的連續(xù)激光發(fā)生器；

所述激光鍛打裝置包括噴丸噴嘴、用于帶動(dòng)所述噴丸噴嘴相對(duì)所述工作臺(tái)移動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂、與所述噴丸噴嘴連接的脈沖激光發(fā)生器；

所述總控制裝置分別與所述3d打印裝置及所述激光鍛打裝置電連接以控制所述3d打印機(jī)械臂及所述激光噴丸機(jī)械臂的移動(dòng)。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3d打印裝置包括3d打印控制器，所述激光鍛打裝置包括激光鍛打控制器，所述3d打印控制器和所述激光鍛打控制器分別與所述總控制裝置電連接。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3d打印裝置還包括儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐通過管路與所述送粉噴頭連通，與所述管路連通的設(shè)置有用于提供惰性氣體的氣壓泵，且所述管路內(nèi)設(shè)置有用于控制送粉量的粉量控制器，所述粉量控制器及所述氣壓泵均與氣粉控制裝置電連接，所述氣粉控制裝置與所述總控制裝置電連接。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3d打印機(jī)械臂與所述激光噴丸機(jī)械臂均為多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械臂。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，還包括用于監(jiān)測(cè)所述3d打印裝置打印過程的三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀和與所述三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀電性連接的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)用于根據(jù)所述三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀反饋的數(shù)據(jù)獲取打印層的應(yīng)力分布，且所述數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)與所述總控制裝置電連接。

本發(fā)明提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，包括工作臺(tái)、3d打印裝置、激光鍛打裝置和總控制裝置。3d打印裝置包括送粉噴頭、用于帶動(dòng)送粉噴頭相對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)的3d打印機(jī)械臂、與送粉噴頭連接的連續(xù)激光發(fā)生器；激光鍛打裝置包括噴丸噴嘴、用于帶動(dòng)噴丸噴嘴相對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂、與噴丸噴嘴連接的脈沖激光發(fā)生器；總控制裝置分別與3d打印裝置及激光鍛打裝置電連接以控制3d打印機(jī)械臂及激光噴丸機(jī)械臂的移動(dòng)。

應(yīng)用本發(fā)明提供的增材制造系統(tǒng)，通過激光鍛打，減小了殘余應(yīng)力的影響，零件的翹曲變形得到控制，同時(shí)消除了氣孔，縮松等缺陷。雙激光打印鍛打的零件的機(jī)械強(qiáng)度大大提高，機(jī)械綜合性能得到提高。所以可以對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，改善結(jié)構(gòu)、減小尺寸，最終實(shí)現(xiàn)零件的減重輕量化。利用兩個(gè)機(jī)械臂分別帶動(dòng)3d打印噴頭和激光噴丸噴頭。機(jī)械臂的多自由度運(yùn)動(dòng)，更易于打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而不需要支撐，如懸臂和鏤空結(jié)構(gòu)；更方便對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光鍛打，消除內(nèi)應(yīng)力。在激光3d打印之后，溫度在600-700℃時(shí)，非常適合鍛打，在此環(huán)境下進(jìn)行鍛打，更有利于零件綜合性能的提高。

為了達(dá)到上述第二個(gè)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法，包括如下步驟：

根據(jù)零件形狀建立三維模型；

對(duì)建立的所述三維模型進(jìn)行分單元和分層切片，并獲得激光打印送粉噴頭的運(yùn)動(dòng)路徑；

根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)路徑控制所述送粉噴頭移動(dòng)，逐層進(jìn)行激光打印，并對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行全層激光鍛打。

優(yōu)選地，上述增材制造方法中，所述并對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行激光鍛打，具體包括：

獲取當(dāng)前打印層的應(yīng)力分布，根據(jù)所述應(yīng)力分布調(diào)整激光的頻率進(jìn)行全層激光鍛打。

優(yōu)選地，上述增材制造方法中，還包括：

獲取打印層的不同位置的應(yīng)力分布，并在局部應(yīng)力大于預(yù)設(shè)應(yīng)力值時(shí)，進(jìn)行局部激光鍛打。

優(yōu)選地，上述增材制造方法中，所述對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行全層激光鍛打，具體包括：

3d打印的連續(xù)激光束與沖擊鍛打的脈沖激光束同時(shí)工作，脈沖激光束緊隨連續(xù)激光束之后，在最佳溫度區(qū)域和尺寸范圍內(nèi)對(duì)剛成形的當(dāng)前打印層進(jìn)行激光沖擊鍛打。

應(yīng)用本發(fā)明提供的增材制造方法，在激光3d打印之后，溫度在600-700℃時(shí)，非常適合鍛打，在此環(huán)境下進(jìn)行鍛打，更有利于零件綜合性能的提高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)的加工示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法的流程示意圖。

附圖中標(biāo)記如下：

送粉噴頭1、送氣/粉軟管2、工作臺(tái)3、機(jī)座4、粉量控制器5、氣壓泵6、儲(chǔ)料罐7、電機(jī)8、3d打印機(jī)械臂9、三維光學(xué)掃描測(cè)試儀10、光纖11、噴丸噴嘴12、激光噴丸機(jī)械臂13、氣粉控制裝置14、3d打印控制器15、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16、連續(xù)激光發(fā)生器17、脈沖激光發(fā)生器18、激光鍛打控制器19、工作臺(tái)控制系統(tǒng)20、21接口總線、總控制裝置22、工件23、熔化金屬24、金屬粉末與惰性氣體25、3d打印激光束26、激光噴丸激光束27、沖擊波28。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，以便于加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，縮短生產(chǎn)周期。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-圖2，圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)的加工示意圖。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，包括工作臺(tái)3、3d打印裝置、激光鍛打裝置和總控制裝置22。

其中，3d打印裝置包括送粉噴頭1、3d打印機(jī)械臂9和連續(xù)激光發(fā)生器17。3d打印機(jī)械臂9用于帶動(dòng)送粉噴頭1相對(duì)工作臺(tái)3移動(dòng)，連續(xù)激光發(fā)生器17與送粉噴頭1連接。具體的，可以采用同軸送粉噴頭1進(jìn)行實(shí)現(xiàn)3d打印，不同的裝置把金屬粉和激光送到噴頭，激光熔化金屬粉末，實(shí)現(xiàn)打印。同軸送粉噴頭1由3d打印機(jī)械臂9帶動(dòng)。優(yōu)選的，所述3d打印機(jī)械臂9與所述激光噴丸機(jī)械臂13均為多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械臂。多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械臂利于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3d打印。3d打印機(jī)械臂9可以懸掛在機(jī)床上梁上，具體可在梁上的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，并由3d打印機(jī)械臂9控制系統(tǒng)控制其運(yùn)動(dòng)。具體送粉噴頭1及連續(xù)激光發(fā)生器17等的結(jié)構(gòu)及工作原理請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

激光鍛打裝置包括噴丸噴嘴12、激光噴丸機(jī)械臂13和脈沖激光發(fā)生器18。其中，激光噴丸機(jī)械臂13用于帶動(dòng)噴丸噴嘴12相對(duì)工作臺(tái)3移動(dòng)，脈沖激光發(fā)生器18與噴丸噴嘴12連接。噴丸噴嘴12由激光噴丸機(jī)械臂13帶動(dòng)，優(yōu)選的采用多軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械臂，進(jìn)而可以十分方便的對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行鍛打。通過在每打印一層材料后，對(duì)剛打印出來的層進(jìn)行鍛打，消除了很大的殘余應(yīng)力。同時(shí)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，由于后打印的層必定會(huì)對(duì)前面的層產(chǎn)生影響，最后導(dǎo)致零件整體會(huì)產(chǎn)生比較大的應(yīng)力。所以，除了逐層鍛打之外，還可以對(duì)其進(jìn)行選擇性的局部鍛打。因而利用激光噴丸機(jī)械臂13就顯得十分方便了。具體噴丸噴嘴12的結(jié)構(gòu)、脈沖激光發(fā)生器18的結(jié)構(gòu)等也可參考現(xiàn)有技術(shù)。

具體的，激光鍛打裝置的噴丸與3d打印裝置的激光分別由連續(xù)激光發(fā)生器17和脈沖激光發(fā)生器18提供，并通過光纖11輸送到噴頭。根據(jù)不同的需要調(diào)整激光器，可獲得不用參數(shù)的激光。

總控制裝置22分別與3d打印裝置及激光鍛打裝置電連接以控制3d打印機(jī)械臂9及激光噴丸機(jī)械臂13的移動(dòng)。已完成3d打印及相應(yīng)的鍛打加工。工作臺(tái)33具體可以為多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)3。

應(yīng)用本發(fā)明提供的增材制造系統(tǒng)，通過激光鍛打，減小了殘余應(yīng)力的影響，零件的翹曲變形得到控制，同時(shí)消除了氣孔，縮松等缺陷。雙激光打印鍛打的零件的機(jī)械強(qiáng)度大大提高，機(jī)械綜合性能得到提高。所以可以對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，改善結(jié)構(gòu)、減小尺寸，最終實(shí)現(xiàn)零件的減重輕量化。利用兩個(gè)機(jī)械臂分別帶動(dòng)3d打印噴頭和激光噴丸噴頭。機(jī)械臂的多自由度運(yùn)動(dòng)，更易于打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而不需要支撐，如懸臂和鏤空結(jié)構(gòu)；更方便對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光鍛打，消除內(nèi)應(yīng)力。在激光3d打印之后，溫度在600-700℃時(shí)，非常適合鍛打，在此環(huán)境下進(jìn)行鍛打，更有利于零件綜合性能的提高。

具體的，3d打印裝置包括3d打印控制器15，激光鍛打裝置包括激光鍛打控制器19，3d打印控制器15和激光鍛打控制器19分別與總控制裝置22電連接。通過分別設(shè)置對(duì)應(yīng)3d打印及激光鍛打的控制器，以便于精確快速控制3d打印裝置的3d打印機(jī)械臂9移動(dòng)、激光鍛打裝置的激光噴丸機(jī)械臂13移動(dòng)并。根據(jù)需要，也可以通過在總控制裝置22中分別設(shè)置3d打印控制模塊及激光鍛打控制模塊進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，3d打印裝置還包括儲(chǔ)料罐7，儲(chǔ)料罐7通過管路與送粉噴頭1連通，與管路連通的還設(shè)置有用于提供惰性氣體的氣壓泵6，且管路內(nèi)設(shè)置有用于控制送粉量的粉量控制器5，粉量控制器5及氣壓泵6均與氣粉控制裝置14電連接，氣粉控制裝置14與總控制裝置22電連接。也就是增材制造系統(tǒng)的氣粉控制裝置14可以包括儲(chǔ)料罐7、氣壓泵6、粉量控制器5、氣粉控制裝置14。上述管路具體可以為送氣/粉軟管2，采用具有柔性的軟管，使其與機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)。粉量控制器5能夠精確控制管道送粉量，具體可以與電機(jī)連接，通過電機(jī)8控制送粉量。氣壓泵6提供惰性氣體，一方面可以起保護(hù)作用，另一方面可形成一定壓力，便于金屬粉末的輸送。儲(chǔ)料罐7可對(duì)金屬粉末進(jìn)行預(yù)熱，使其可以更快的融化。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還包括用于監(jiān)測(cè)3d打印裝置打印過程的三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀和與三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀電性連接的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16用于根據(jù)三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀反饋的數(shù)據(jù)獲取打印層的應(yīng)力分布，且數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16與總控制裝置22電連接。三維光學(xué)掃描測(cè)試儀10可對(duì)加工過程的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集加工的每個(gè)階段的數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16根據(jù)接收的數(shù)據(jù)分析獲得零件的應(yīng)力分布云圖與宏觀外形圖，進(jìn)而反饋到總控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)指導(dǎo)激光噴丸鍛打操作，提高機(jī)械性能。具體三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)、工作原理及數(shù)據(jù)采集與分析的工作原理請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

上述氣粉控制器、3d打印控制器15、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16、連續(xù)激光發(fā)生器17、脈沖激光發(fā)生器18、激光鍛打控制器19、及用于控制工作臺(tái)3的工作臺(tái)3控制器20都由總控制裝置22，如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制，并向其反饋數(shù)據(jù)，共同形成一個(gè)智能制造系統(tǒng)。

本發(fā)明還公開了一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法，在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法，包括如下步驟：

s1：根據(jù)零件形狀建立三維模型；

s2：對(duì)建立的三維模型進(jìn)行分單元和分層切片，并獲得激光打印送粉噴頭1的運(yùn)動(dòng)路徑；

具體三維模型的建立方式、分單元、分層切片的原則等請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

s3：根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑控制送粉噴頭1移動(dòng)，逐層進(jìn)行激光打印，并對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行全層激光鍛打。

也就是在逐層打印過程中，分別對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行全層激光鍛打。通過每打印一層材料后，對(duì)剛打印出來的層即當(dāng)前打印層進(jìn)行鍛打，消除了很大的殘余應(yīng)力。具體可通過上述增材制造系統(tǒng)中的激光鍛打裝置進(jìn)行激光鍛打。

進(jìn)一步地，上述步驟s3中并對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行激光鍛打，具體包括：

獲取當(dāng)前打印層的應(yīng)力分布，根據(jù)應(yīng)力分布調(diào)整激光的頻率進(jìn)行全層激光鍛打。也就是根據(jù)剛打印出來的層的應(yīng)力分布相應(yīng)的調(diào)整激光的頻率進(jìn)行鍛打，以針對(duì)性地、更為有效地消除殘余應(yīng)力。具體可以通過上述增材制造系統(tǒng)中的三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀及數(shù)據(jù)采集與分析獲取當(dāng)前打印層的應(yīng)力分布，根據(jù)應(yīng)力分布狀況以及不同位置的厚度，確定不同位置所需的激光強(qiáng)度。然后控制機(jī)械臂帶動(dòng)激光噴丸頭對(duì)零件進(jìn)行鍛打，通過改變的激光的頻率，實(shí)現(xiàn)不同位置鍛打的沖擊波強(qiáng)度，減小或消除內(nèi)應(yīng)力，消除氣孔、縮松的缺陷。

更進(jìn)一步地，上述方法還包括步驟：

s4：獲取打印層的不同位置的應(yīng)力分布，并在局部應(yīng)力大于預(yù)設(shè)應(yīng)力值時(shí)，進(jìn)行局部激光鍛打。

運(yùn)用ato三維光學(xué)掃描測(cè)試儀10，可獲得各個(gè)階段各個(gè)部位的應(yīng)力分布。此時(shí)，在打印的各個(gè)階段，通過脈沖激光發(fā)生器18根據(jù)需求發(fā)射不同頻率的激光通過光纖11傳到激光噴丸噴頭，激光鍛打控制器19控制多軸聯(lián)動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂13、靈活的對(duì)應(yīng)力過大的部位進(jìn)行局部鍛打。最終優(yōu)化機(jī)械綜合性能，達(dá)到鍛件性能。

在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟s3中對(duì)當(dāng)前打印層進(jìn)行全層激光鍛打，具體包括：

3d打印的連續(xù)激光束與沖擊鍛打的脈沖激光束同時(shí)工作，脈沖激光束緊隨連續(xù)激光束之后，在最佳溫度區(qū)域和尺寸范圍內(nèi)對(duì)剛成形的當(dāng)前打印層進(jìn)行激光沖擊鍛打。也就是在全層鍛打過程中兩束激光是同時(shí)耦合加工的，加工效率高。連續(xù)激光束進(jìn)行激光3d打印之后，溫度在600-700℃時(shí)，非常適合鍛打，并在全層尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行激光沖擊鍛打，有利于零件綜合性能的提高。

以下以一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式為例，說明本發(fā)明提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造裝置及方法。

請(qǐng)參閱圖3，圖3為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法的流程示意圖。其具體包括以下步驟：

1.建模。利用ug、solidworks、pro/e、catia等計(jì)算機(jī)三維軟件建立零件的三維模型

2.分單元和切片。利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)待加工復(fù)雜零件的模型進(jìn)行分單元和分層切片，同時(shí)獲得激光打印噴頭的運(yùn)動(dòng)路徑，指導(dǎo)打印機(jī)分層打印。

3.文件格式轉(zhuǎn)換。把設(shè)計(jì)軟件文件轉(zhuǎn)換為和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件stl文件格式。

4.設(shè)備準(zhǔn)備。準(zhǔn)備好加工粉末，加入到儲(chǔ)料罐7中進(jìn)行預(yù)熱。選擇連續(xù)激光發(fā)生器17的合適的參數(shù)(溫度、頻率)以便更好的重熔金屬粉末進(jìn)行堆積成形。

5.噴嘴按軌跡打印。3d打印機(jī)械臂9帶動(dòng)同軸送粉噴頭1按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，金屬粉末經(jīng)過氣壓泵6加壓后與惰性氣體通過軟管送到同軸送粉器，連續(xù)激光發(fā)生器17發(fā)射激光通過光纖11送到同軸送粉器熔化金屬，激光熔化金屬后對(duì)材料進(jìn)行堆疊成形。

6.檢測(cè)儀器對(duì)打印過程監(jiān)測(cè)。利用選用ato三維光學(xué)掃描監(jiān)測(cè)儀對(duì)加工過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并測(cè)量零件的宏觀形狀與應(yīng)力分布。同時(shí)將監(jiān)測(cè)信息反饋給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制。

7.打印層激光全層鍛打。對(duì)打印出來的層進(jìn)行整體的鍛打。數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)16對(duì)ato三維光學(xué)掃描監(jiān)測(cè)儀反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到打印層的應(yīng)力分布傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)力分布狀況以及不同位置的厚度和該區(qū)域機(jī)械性能的要求，確定不同位置所需的激光強(qiáng)度。然后指導(dǎo)激光鍛打控制器19來控制激光噴丸機(jī)械臂13帶動(dòng)激光噴丸頭對(duì)零件進(jìn)行鍛打，通過脈沖激光發(fā)生器18改變的激光的頻率，實(shí)現(xiàn)不同位置鍛打的沖擊波強(qiáng)度，減小或消除內(nèi)應(yīng)力，消除氣孔、縮松的缺陷。

8.逐層3d打印。按照預(yù)定軌跡路徑掃描形成零件切片層。逐層堆積，最后完成復(fù)雜零件的整體外形的激光打印。

9.逐層激光沖擊鍛打。按照步驟5進(jìn)行逐層打印，逐層3d打印的同時(shí)，激光沖擊鍛打噴頭緊隨其后，按步驟6、7進(jìn)行激光鍛打，提高零件的綜合性能。

10.局部激光鍛打。運(yùn)用ato三維光學(xué)掃描測(cè)試儀10，可獲得各個(gè)階段各個(gè)部位的應(yīng)力分布。此時(shí)，在打印的各個(gè)階段，通過脈沖激光發(fā)生器18根據(jù)需求發(fā)射不同頻率的激光通過光纖11傳到激光噴丸噴頭，激光鍛打控制器19控制多軸聯(lián)動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂13靈活的對(duì)應(yīng)力過大的部位進(jìn)行局部鍛打。最終優(yōu)化機(jī)械綜合性能，達(dá)到鍛件性能。

11.工藝流程結(jié)束。

上述的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)及方法，采用雙光束激光沖擊鍛打復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)增材制造減重輕量化，其主要的優(yōu)點(diǎn)是：

1.激光鍛打后減小了殘余應(yīng)力的影響，零件的翹曲變形得到控制，同時(shí)消除了氣孔，縮松等缺陷。雙激光打印鍛打的零件的機(jī)械強(qiáng)度大大提高，機(jī)械綜合性能得到提高。所以可以對(duì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，改善結(jié)構(gòu)、減小尺寸，最終實(shí)現(xiàn)零件的減重輕量化。

2.利用兩個(gè)多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械臂分別帶動(dòng)3d打印噴頭和激光噴丸噴頭。機(jī)械臂的多自由度運(yùn)動(dòng)，更易于打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而不需要支撐，如懸臂和鏤空結(jié)構(gòu)；更方便對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行激光鍛打，消除內(nèi)應(yīng)力。

3.在激光3d打印之后，溫度在600-700℃時(shí)，非常適合鍛打，在此環(huán)境下進(jìn)行鍛打，更有利于零件綜合性能的提高。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對(duì)所公開的實(shí)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(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)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(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。