一种应力控制3d打印再制造装置及再制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工领域，具体涉及激光融覆再制造装置。
【背景技术】
[0002]机械零件长期使用后易产生疲劳裂纹、磨损、点蚀、断裂剥落等形式的失效，导致机械零件使用性能下降或报废。为降低损失，减少金属资源浪费，节约企业运行成本，常对失效零件进行修复再制造。一般再制造方法有堆焊、激光融覆、激光冲击、电弧沉积等，激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
[0003]申请号为201110326721.8的的中国发明专利，公开一种硬齿面齿轮及硬齿面齿轮修复工艺，提供了一种硬齿面齿轮修复方法，在经过预处理的齿轮融覆合金材料，然后加工到设计尺寸。而申请号为201310054557.9的中国发明专利，公开一种航空发动机叶片损伤的修复方法，介绍了一种航空发动机叶片损伤的修复方法，该方法依据待修复叶片表面尺寸形状特征进行分段处理，设定各段脉冲等离子热输入参数和脉动送丝控制参数，分段进行等离子焊接修复。
[0004]激光冲击修复是利用激光冲击波冲击修复部位，使该部位材料发生改性或使填充材料与本体材料融合，如任旭东等的“金属损伤叶片激光冲击修复装置与方法“(中国专利申请号:200610161352.0)介绍了一种修复叶片裂纹的装置，该装置包括定位机械手、储装头、清理刷和控制器，在激光冲击修复过程中，通过储装头将高聚物材料补丁提供到修复部位，定位机械手将叶片移动到激光光斑处，利用激光冲击波使补丁材料挤入裂纹中并与本体材料结合，激光冲击修复后用清理刷清理修复表面。
[0005]常规再制造装置修复与检测分离，需在不同设备上进行，修复后的零件往往需要后续进行加工；而且修复后零件的表面产生的残余拉应力需进行热处理消除，零件的变形大，修复成本高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种应力控制3D打印再制造装置，修复与检测同步进行，修复后的零件抗疲劳强度和耐磨性能高，延长再制造零件使用寿命，且修复后的零件不需后续加工，修复成本低。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种应力控制3D打印再制造装置，其特征在于:包括机身、安装在机身上的工作台、与工作台连接的工作台控制器、安装在机身上图像采集装置、激光系统、送料系统、打印头和计算机；激光系统包括小功率高频率的打印激光器、大功率低频率的冲击激光器和激光系统控制器，送料系统由送料装置、送料管道和与送料装置相连接的送料控制器组成；计算机通过数据线分别与工作台控制器、激光器控制器、送料控制器和图像采集装置连接；激光器控制器分别与打印激光器、冲击激光器和打印头连接；送料装置通过送料管道与打印头相连接。
[0008]进一步地，所述打印头由送料嘴、反射镜和透镜组组成，所述送料装置通过送料管道与送料嘴相连接。
[0009]进一步地，所述计算机内置有图像采集系统和处理系统。
[0010]本发明还提供一种利用上述应力控制3D打印再制造装置的再制造方法，其特征在于:包括如下步骤:
1)将清洗好的待修复零件安装通过夹具安装在工作台上；
2)通过图像采集系统采集待修复零件的三维图像，并通过计算机建立三维CAD模型与工件原始设计模型比对确定修复区域和修复余量；
3)送料装置将融覆材料送至打印头，涂布在零件待修复处，激光器控制器控制打印激光器发出融覆激光束，扫描融覆层材料，使融覆层材料熔化并与底层材料融合，再通过控制工作台旋转工件，完成所有待修复部位；
4)通过激光器控制器控制打印激光器发出消融激光束，采用消融激光束对工件表面进行修整使其达到原始设计的尺寸精度和表面精度；
5)通过激光器控制器启动冲击激光器发出去应力激光束，利用去应力激光束冲击工件修复区域消除工件修复因受热不均产生的残余拉应力；
6)通过激光器控制器控制冲击激光器产生强化激光束对工件表面进行冲击强化，使工件表面形成残余压应力层。
[0011]本发明的有益效果是:结构简单，操作方便。零件的修复与检测同步进行，零件的修复与修复后的应力控制使用同一台设备进行处理，修复后的零件抗疲劳强度和耐磨性能高，延长再制造工件使用寿命，且修复后的工件不需后续加工，修复成本低。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0013]图1为本发明一种应力控制3D打印再制造装置的结构示意图。
[0014]图示中:1、计算机；2、数据线；3、机身；4、图像采集装置；5、送料装置；6、送料控制器；7、激光器控制器；8、打印激光器；81、冲击激光器；9、送料管道；10、送料嘴；11、打印头；12、反射镜；13、透镜组；14、激光束；15、工作台；16、夹具；17、工件；18、工作台控制器。
【具体实施方式】
[0015]如图1、2所示，本发明一种应力控制3D打印再制造装置，包括机身3、安装在机身3上的工作台15、与工作台连接的工作台控制器16、安装在机身3上图像采集装置4、激光系统、送料系统、打印头11和计算机1。其中，激光系统包括小功率高频率的打印激光器8、大功率低频率的冲击激光器81和激光系统控制器，送料系统由送料装置5、送料管道9和与送料装置相连接的送料控制器6组成。
[0016]上述计算机1内置有图像采集系统和处理系统，并通过数据线分别与工作台控制器18、激光器控制器7、送料控制器6和图像采集装置4相连接。激光器控制器7分别与打印激光器8、冲击激光器81和打印头11连接；打印头由送料嘴10、反射镜12和透镜组13组成。送料装置5通过送料管道9与送料嘴10相连接。
[0017]本发明一种利用上述应力控制3D打印再制造装置的再制造方法，包括以下步骤:
1)将清洗、打磨后的待修复工件17安装在工作台15上的夹具16中；
2)通过工作台控制器18移动工作台15，使选定的工件17的检测基准点对准图像采集装置4 ;启动图像采集装