【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，特别是涉及一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法。
技术介绍
1、增材制造作为一种新兴的制造技术，采用层层制造的方法，通过自下而上以及逐层叠加的方式来创建所需结构件，这使得增材制造能够以多种材料制造复杂的结构件，如金属、陶瓷、生物材料、聚合物、具有不同特性的有机化合物等。因此，增材制造在材料、设备、医药、医疗、航空航天等领域得到广泛应用。
2、激光沉积制造技术属于增材制造技术之一，由于激光沉积制造技术是在制造过程中同步输送原料，无需提前预设粉末与支撑，因此能够在任何形状的基板上实现沉积制造。正是由于激光沉积制造技术具有的高灵活度与适用性，使得激光沉积制造技术在大型结构件的增材制造与增材修复领域得到了广泛的应用。
3、然而，受到激光沉积方式的制约，激光沉积制造金属结构件内部容易产生气孔、夹杂、未熔合等冶金缺陷，进而导致结构件组织出现不均匀现象，这会严重降低激光沉积制造金属结构件的力学性能与使用寿命。
4、例如，在钛合金、铝合金、镁合金等活泼金属材料的激光沉积制造过程中，难以避免的会与工作环境中的氧气发生反应，导致沉积层表面产生氧化层，并且合金中的镁、锌等元素作为低熔点组元，在激光熔池的高温作用下，将发生烧损并汽化形成固体烟尘，这些固体烟尘会附着在沉积层表面。在后续激光沉积的道次间搭接以及层间叠加制造过程中，沉积层表面的氧化层和附着物会进入熔池充当杂质，从而使沉积层内部产生孔隙、夹杂、未熔合等冶金缺陷。
5、由于增材制造具有分层制造、逐层叠加的工艺特点，
6、因此，为了获得内部质量好、力学性能优异的激光沉积制造金属结构件，采取一定措施，去除激光沉积过程中形成的表面氧化层与附着物、减少沉积层内部冶金缺陷、细化均匀显微组织十分必要。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，在激光沉积制造过程中，能够对已成型沉积层同步实施超声冲击和表面清洁，通过超声冲击可闭合沉积层内的气孔和未熔合缺陷，减少沉积层内部缺陷的产生，同时实现晶粒细化，优化沉积层的显微结构，通过表面清洁可有效去除沉积层表面的氧化层和附着物，提高沉积层的力学性能和使用寿命。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，包括冲击头、换能器、变幅杆、电机、传动杆、输气管、机体及移动执行机构；所述机体固定安装在移动执行机构上；所述电机固定安装在机体内部，电机的电机轴朝下设置；所述传动杆竖直设置，传动杆上端与电机的电机轴同轴固连，所述冲击头同轴固装在传动杆下端；所述变幅杆采用空心杆结构，变幅杆同轴套装在传动杆外侧，变幅杆下端与冲击头固定连接；所述换能器固定安装在变幅杆上端；在所述机体上开设有惰性气体进气口，所述输气管的进气端与惰性气体进气口相连通，输气管的排气端与冲击头并列分布。
3、所述冲击头的形状采用且不限于球形、圆柱形、梯形。
4、所述移动执行机构采用且不限于六轴关节机器人、三坐标机床。
5、一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，采用了所述的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，具体为：在移动执行机构的驱动下，控制超声冲击与表面清洁装置跟随激光打印头在设定速度下沿预定轨迹进行移动；通过换能器将电能转化为机械能，由变幅杆将机械能传递给冲击头，通过冲击头对沉积层表面进行高频冲击，在高频冲击力的作用下，使沉积层内部的气孔和未熔合缺陷闭合，以及使沉积层的晶粒细化；同时，电机通过传动杆带动冲击头高速旋转，通过冲击头与沉积层表面的摩擦力去除沉积层表面的氧化层和附着物，同时由输气管吹出惰性气体将氧化层和附着物碎屑吹离沉积层表面。
6、在激光沉积制造过程中，换能器和电机均可单独启用。
7、在激光沉积制造过程中，超声冲击与表面清洁装置移动时的预定轨迹采用且不限于蛇形轨迹、螺旋形轨迹、之字形轨迹。
8、在激光沉积制造过程中，通过改变冲击头的冲击频率对沉积层的超声冲击效果进行调节。
9、在激光沉积制造过程中，通过改变冲击头的旋转速度和移动速度对沉积层的表面清洁效果进行调节。
10、本专利技术的有益效果：
11、本专利技术的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，在激光沉积制造过程中，通过换能器将电能转化为机械能，由变幅杆将机械能传递给冲击头，通过冲击头对沉积层表面进行高频冲击，使沉积层内部的气孔和未熔合缺陷闭合，以及使沉积层的晶粒细化，进而使激光沉积制造金属结构件的力学性能和使用寿命得到提升。
12、本专利技术的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，在激光沉积制造过程中，电机通过传动杆带动冲击头高速旋转，通过冲击头与沉积层表面的摩擦力去除沉积层表面的氧化层和附着物，同时由输气管吹出惰性气体将氧化层和附着物碎屑吹离沉积层表面，进而减少后续沉积过程缺陷的产生。
13、本专利技术的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，超声冲击与表面清洁可同时进行或分别独立进行，可根据实际需要更换形状、尺寸不同的冲击头，提高了激光沉积制造的适用性。
14、本专利技术的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，可根据实际需要设定冲击头的移动速度和运动轨迹，提高了激光沉积制造的灵活性。
15、本专利技术的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置及方法，通过对沉积层进行超声冲击与表面清洁，节省了激光沉积制造金属结构件的制造时间，进一步提高了激光沉积制造金属结构件的生产效率。
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1.一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：包括冲击头、换能器、变幅杆、电机、传动杆、输气管、机体及移动执行机构；所述机体固定安装在移动执行机构上；所述电机固定安装在机体内部，电机的电机轴朝下设置；所述传动杆竖直设置，传动杆上端与电机的电机轴同轴固连，所述冲击头同轴固装在传动杆下端；所述变幅杆采用空心杆结构，变幅杆同轴套装在传动杆外侧，变幅杆下端与冲击头固定连接；所述换能器固定安装在变幅杆上端；在所述机体上开设有惰性气体进气口，所述输气管的进气端与惰性气体进气口相连通，输气管的排气端与冲击头并列分布。
2.根据权利要求1所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：所述冲击头的形状采用且不限于球形、圆柱形、梯形。
3.根据权利要求1所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：所述移动执行机构采用且不限于六轴关节机器人、三坐标机床。
4.一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，采用了权利要求1所述的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于，具体为：在移动执行机构的驱动下，控制超声冲击与表面清洁
5.根据权利要求4所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，其特征在于：在激光沉积制造过程中，换能器和电机均可单独启用。
6.根据权利要求4所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，其特征在于：在激光沉积制造过程中，超声冲击与表面清洁装置移动时的预定轨迹采用且不限于蛇形轨迹、螺旋形轨迹、之字形轨迹。
7.根据权利要求4所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，其特征在于：在激光沉积制造过程中，通过改变冲击头的冲击频率对沉积层的超声冲击效果进行调节。
8.根据权利要求4所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，其特征在于：在激光沉积制造过程中，通过改变冲击头的旋转速度和移动速度对沉积层的表面清洁效果进行调节。
...【技术特征摘要】
1.一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：包括冲击头、换能器、变幅杆、电机、传动杆、输气管、机体及移动执行机构；所述机体固定安装在移动执行机构上；所述电机固定安装在机体内部，电机的电机轴朝下设置；所述传动杆竖直设置，传动杆上端与电机的电机轴同轴固连，所述冲击头同轴固装在传动杆下端；所述变幅杆采用空心杆结构，变幅杆同轴套装在传动杆外侧，变幅杆下端与冲击头固定连接；所述换能器固定安装在变幅杆上端；在所述机体上开设有惰性气体进气口，所述输气管的进气端与惰性气体进气口相连通，输气管的排气端与冲击头并列分布。
2.根据权利要求1所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：所述冲击头的形状采用且不限于球形、圆柱形、梯形。
3.根据权利要求1所述的一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于：所述移动执行机构采用且不限于六轴关节机器人、三坐标机床。
4.一种激光沉积制造用超声冲击与表面清洁方法，采用了权利要求1所述的激光沉积制造用超声冲击与表面清洁装置，其特征在于，具体为：在移动执行机构的驱动下，控制超声冲击与表面清洁装置跟随激光打印头在设定速度下沿预定轨迹进...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊俊振，孙鹏博，崔岩峰，杨光，王超，钦兰云，李长富，任宇航，王伟，周思雨，李播博，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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