一種基于協同脈沖激光能量誘導的脈沖電弧三維快速成形制造方法與流程

本發明涉及激光能量誘導的脈沖電弧三維快速成形制造方法，適用于以自動同步送絲形式實現不銹鋼、鋁合金等金屬材料的電弧三維快速成形制造。

背景技術：
三維快速成形制造(3D打印)技術是信息技術、新材料技術與制造技術多學科融合發展的先進制造技術，是被譽為有望產生“第三次工業革命”的代表性技術，是大批量制造模式向個性化制造模式發展的引領技術。經過短短20余年的時間，這一技術已取得了飛速發展，在航空航天、微納制造、生物醫學工程等諸多領域的應用前景十分廣闊。金屬構件三維快速成形制造的技術基礎是焊接/連接，近20年來，國內外三維快速成形制造實現了兩大突破：其一是由早期的激光快速成形光敏樹脂等非金屬材料制品向金屬結構件的成形制造發展；其二是把高能束流熱源(電子束、激光束)的柔性和焊接成形技術與計算機輔助設計/制造信息技術深度融合，實現了金屬結構訂制式無模制造，形成了新的產業發展方向。三維快速成形制造優勢在于制造周期短、適合單件個性化需求、大型薄壁件制造、鈦合金等難加工易熱成形零件制造、結構復雜零件制造，在航空航天、醫療等領域，產品開發階段，計算機外設發展和創新教育上具有廣闊發展空間。目前，三維快速成形制造技術是傳統大批量制造技術的一個補充，相對于傳統制造技術還面臨許多新挑戰和新問題。金屬構件的三維快速成形制造應用于產品研發，還存在使用成本高、制造效率低、制造精度尚不能令人滿意等問題。其工藝與裝備研發也尚不充分，尚未進入大規模工業應用。TIG電弧具有穩定性好的突出特點，用于三維快速成形可獲得更好的成形質量。相對于TIG自由電弧，脈沖MIG電弧用于三維快速成形具有熱效率高、熔滴沉積率高、平均熱輸入低等優點，但脈沖MIG電弧的穩定性和熔滴過渡、電弧電導性有密切關系。而低功率脈沖激光熱源具有單脈沖功率高、平均熱輸入低、能量密度大等特點，但其應用于三維快速成形的制造效率低于電弧三維快速成形。因此，將這兩種熱源結合用于三維快速成形制造，可以為實現降低制造成本、提升制造效率、保證制造質量穩定性帶來了新的可能。

技術實現要素：
本發明針對金屬材料結構件的成形制造，提供一種基于協同脈沖激光能量誘導的脈沖電弧三維快速成形制造方法，該方法能夠實現不銹鋼、鋁合金、鈦合金等金屬材料結構的三維快速成形制造。本發明采取以下技術方案：一種基于協同脈沖激光能量誘導的脈沖電弧三維快速成形制造方法，該方法利用脈沖電弧熱源提供熔化金屬絲材、形成熔滴和金屬材料結構成形所需要的主要能量，借助脈沖激光能量抑制脈沖電弧的不穩定性，借助激光和電弧協同脈沖實現兩種能量源的充分融合，并提高材料對熱源能量的熱吸收率。所述成形制造方法的步驟如下：(1)安裝基板，并可靠裝夾，水平固定；(2)調整脈沖MIG電弧焊槍，使脈沖電弧出射方向與鉛垂面成0°～5°夾角；(3)調整激光出射方向，使其與脈沖電弧出射方向成15°～30°夾角；(4)校準脈沖MIG電弧焊槍與激光出射頭相對位置，使出射金屬絲與出射激光束位于同一平面，激光束斑在基板的作用點與金屬絲材延長線相交，且以工作臺前進方向為參照，激光出射頭在前，脈沖MIG電弧焊槍在后；(5)零件三維建模、分層切片，生成成形制造程序。(6)...