(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221071976 5.5 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 王迪　郑博源　刘林青　杨永强　 维亚切斯拉夫 ·特罗菲莫 夫　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 蔡克永 (51)Int.Cl. B22F 12/82(2021.01) B22F 12/45(2021.01) B22F 12/43(2021.01) B22F 10/28(2021.01)B22F 10/50(2021.01) B22F 10/364(2021.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/352(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B33Y 30/00(2015.01) B33Y 10/00(2015.01) B33Y 40/20(2020.01) (54)发明名称 一种同轴耦合的多激光增减材复合成形装 置与方法 (57)摘要 本发明公开了一种同轴耦合的多激光增减 材复合成形装置与方法； 包括由多套脉冲激光与 连续激光同轴耦合的复合激光单元组成的增减 材激光光路装置； 复合激光单元的超 快激光器出 射的激光， 在经过第二准直器和第二光束整形器 后， 被整形成所需的光束空间分布； 连续光纤激 光器出射的激光， 在经过第一准直器和第一光束 整形器后， 被整形成所需的光束空间分布作为连 续激光； 整形后的连续激光光路和脉冲激光光路 的出射光束， 通过45 °合束镜同轴耦合为一束复 合激光被聚焦至工件表面； 本发 明每个激光单元 独立工作， 并可以覆盖整个成形区域， 可在不同 区域同时进行增材成形和减材铣 削， 加快复合成 型的效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115106545 A 2022.09.27 CN 115106545 A 1.一种同轴 耦合的多激光增减材复合成形装置， 包括由多套脉冲激光与连续激光同轴 耦合的复合激光单 元组成的增减材激光 光路装置； 其特 征在于， 所述复合激光单元， 包括连续光纤激光器(9)、 第二准直器(10)、 第二光束整形器(11)、 超快激光器(8)、 第一准直器(13)、 第一光束整形器(14)， 45 °合束镜(12)、 X轴扫描振镜 (15)、 Y轴扫描振镜(17)和f ‑θ 镜(16)； 所述超快激光器(8)出射的激光， 在 经过第二准直器(10)和第二光束整形器(11)后， 被 整形成所需的光束空间分布， 作为脉冲激光； 所述连续光纤激光器(9)出射的激光， 在经过第一准直器(13)和第一光束整形器(14) 后， 被整形成所需的光束空间分布作为连续激光； 整形后的连续激光光路和脉冲激光光路的出射光束， 通过45 °合束镜(12)同轴耦合为 一束复合激光， 再经过X轴扫描振镜(15)、 Y轴扫描振镜(17)和f ‑θ镜(16)后， 被 聚焦至工件 表面。 2.根据权利要求1所述同轴 耦合的多激光增减材复合成形装置， 其特征在于， 所述复合 激光单元， 至少为两套以上相互独立、 且均能覆盖整个工作区域的复合激光单 元。 3.根据权利要求2所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 所述光束空间分布， 是指如平 顶光束或者贝 塞尔光束。 4.根据权利要求3所述同轴 耦合的多激光增减材复合成形装置， 其特征在于， 所述连续 光纤激光器(9)为1090nm光纤激光器； 超快激光器(8)为皮秒激光器或者飞秒激光器， 波长 为1030nm， 脉冲频率 为： 皮秒激光器5 0kHz～2M Hz， 飞秒激光器1kH z～1M kHz。 5.权利要求1 ‑4中任一项所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其 特征在于包括如下步骤： 根据零件的属性要求， 对零件的模型进行 数据处理， 分别规划 增材与减材的路径数据； 一.增材处 理步骤： 连续激光经过第一准直器(13)和第一光束整形器(14)后， 聚焦到工件的成形加工表 面， 在X轴扫描振镜的控制下进行SLM增材成型， 第一光束整形器(14)将聚焦光斑整形成平 顶光或所需类型光斑， 对工件的加热区域和熔化区域进行精细调控， 获得所需温度梯度均 匀的熔池， 改善增材制造零件的最终性能； 或者， 选择通入脉冲激光， 使用超快激光对工件进行增材成型； 或者， 同时通入连续激光和脉冲激光， 此时连续激光加热软化粉末作业， 脉冲激光熔化 粉末成型作业； 二.减材处 理步骤： 超快激光器(8)调整为减材模式， 第二光束整形器(11)将激光束转换为贝塞尔光束， 以 增大瑞丽深度； 三.表面处 理步骤： 在增材处理步骤中， 当工件增材成型一个片层后， 使用连续激光对工件的增材成型表 面进行重熔； 或者， 使用超快激光， 对增材成型表面进行表面抛光； 或者， 使用超快激光， 在 表面选定区域进行冲击强化， 调整表面应力分布； 四.根据零件增材与减材的切片和路径数据， 重复进行增材处理步骤、 减材处理步骤、 表面处理步骤， 直至 完成整个工件的成型加工 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115106545 A 26.根据权利要求5所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 减材处理步骤中， 使用超快激光对增材成型的工件轮廓进 行扫描切削， 以消除零件边缘 的粉末黏附、 台阶效应， 切除熔道边 缘弧形突 起。 7.根据权利要求6所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 在增材处理步骤中， 应根据减材加工的切割余量， 在进行增材制 造的路径规划时， 对期 望的轮廓进行正补偿， 预留减材的余 量。 8.根据权利要求7所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 在减材处 理步骤中， 脉冲激光在SLM成型后的每层进行， 或者在成型若干层后进行。 9.根据权利要求8所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 在增材处理步骤中， 工件的增材制 造完成一层后， 使用脉冲激光进行表面粗抛， 以除去 增材制造过程中飞溅、 球化以及熔道不平形成的起伏。 10.根据权利要求9所述同轴耦合的多激光增减材复合成形装置的成型方法， 其特征在 于， 在增材处理步骤中， 判定所在区域为工件增材的最后一层， 即零件的上表面时， 使用脉 冲激光进 行多次精细抛光； 而工件增材过程中， 即非最后一层的区域， 则仅进 行粗抛或者不 抛光。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115106545 A 3