1.一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置,其特征在于:包括能产生电弧热源的丝‑粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置和用于辅助处理激光热源的激光分光镜组;
所述丝‑粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置包括超声波振动枪体(1)以及螺旋搅拌组件(2),所述超声波振动枪体(1)包括呈中空并且两端开口的变幅杆(3)以及设置在变幅杆(3)内的换能器(4),所述变幅杆(3)下端呈内凹球形曲面状,并且变幅杆(3)下端连接有滚压轮组件(5),所述变幅杆(3)的侧部设有与变幅杆(3)内腔相连通的送粉与送气联合通道(6),所述螺旋搅拌组件(2)设置在变幅杆(3)内,所述螺旋搅拌组件(2)包括螺旋搅拌杆(7)以及设置在螺旋搅拌杆(7)外周的螺旋叶片(8),所述螺旋搅拌杆(7)内设有主送丝与送气联合通道(9),所述主送丝与送气联合通道(9)内靠近变幅杆(3)上部开口的部位设有一对送丝轮(10),所述螺旋搅拌杆(7)的底部连接有空心钨极(11),并且空心钨极(11)通过上固定销(12)和下固定销(13)分别与螺旋搅拌杆(7)以及变幅杆(3)相连接,空心钨极(11)上设有与主送丝与送气联合通道(9)相连通的第一通道(14)以及与变幅杆(3)内腔相连通的第二通道(15);
所述激光分光镜组包括分光反射镜(16)、反射镜组(17)以及凸透镜(18),所述反射镜组(17)转动设置在变幅杆(3)上方,并且反射镜组(17)设置于分光反射镜(16)外周,所述凸透镜(18)沿轴向滑动设置在变幅杆(3)外周;
所述空心钨极(11)包括单空心部(21)和双空心部(22),所述螺旋搅拌杆(7)的底部设有嵌槽(23),所述单空心部(21)嵌设在嵌槽(23)中,所述双空心部(22)的外壁与变幅杆(3)下端开口的内壁紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置,其特征在于:所述变幅杆(3)的顶端螺纹连接有固定端头(19),固定端头(19)上设有多个分送丝与送气联合通道(20),并且多个分送丝与送气联合通道(20)与所述主送丝与送气联合通道(9)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置,其特征在于:所述变幅杆(3)下端开设有冷却腔(24)、供冷却液进入冷却腔(24)的进口(25)以及供冷却液排出的出口(26),所述冷却腔(24)包覆在空心钨极(11)的双空心部(22)外周,所述空心钨极(11)的外壁上还套设有绝缘套(27)。
4.根据权利要求1所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置,其特征在于:所述滚压轮组件(5)包括连接座(28)、滚压轮(29)以及压缩弹簧(30),所述变幅杆(3)下端还开设有滑槽(31)以及与滑槽(31)相连通的弹簧槽(32),所述连接座(28)滑动设置在滑槽(31)内,所述压缩弹簧(30)设置于弹簧槽(32)中并且压缩弹簧(30)的两端分别与弹簧槽(32)内端以及连接座(28)内端相抵,所述滚压轮(29)转动设置在连接座(28)上。
5.根据权利要求1所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置,其特征在于:所述变幅杆(3)的上端开口处安装有轴承(33),所述螺旋搅拌杆(7)的上端插设在轴承(33)上,所述螺旋搅拌杆(7)上位于换能器(4)上方的位置联动设置有齿轮(34),所述变幅杆(3)侧部开设有供外部传动件伸入并与所述齿轮(34)相配合的侧缺口(35)。
6.采用权利要求1~5任一项所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置的方法,其特征在于:所述制造方法包括以下方式中的任意一种:
a、激光热源开启电弧热源关闭,金属粉末由送粉与送气联合通道通入变幅杆内腔中,在螺旋搅拌杆的超声振动搅拌下充分均匀混合,并在空心钨极的双空心部中进行预热,调节激光分光镜组,金属粉末经过激光热源发生加热‑熔化‑形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现激光同轴送粉增材制造;
b、激光热源开启电弧热源关闭,多股金属丝通过分送丝与送气联合通道进入主送丝与送气联合通道,由送丝轮进行紧固传送,经过螺旋搅拌杆旋转绞制成电缆式焊丝,并在空心钨极中进行预热,调节激光分光镜组,电缆式焊丝经过激光热源发生加热‑熔化‑形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现激光同轴送丝增材制造;
c、激光热源关闭电弧热源开启,金属粉末由送粉与送气联合通道通入变幅杆内腔中,在螺旋搅拌杆的超声振动搅拌下充分均匀混合,并被输送至空心钨极的双空心部中进行预热后受电弧作用熔化形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现电弧同轴送粉增材制造;
d、激光热源关闭电弧热源开启,多股金属丝通过分送丝与送气联合通道进入主送丝与送气联合通道,由送丝轮进行紧固传送,经过螺旋搅拌杆旋转绞制成电缆式焊丝,电缆式焊丝在空心钨极中进行预热后受电弧作用熔化形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现电弧同轴送丝增材制造;
e、同时开启激光热源和电弧热源,金属粉末由送粉与送气联合通道通入变幅杆内腔中,在螺旋搅拌杆的超声振动搅拌下充分均匀混合,并且金属粉末被输送至空心钨极的双空心部进行预热,调节激光分光镜组,完成激光热源与电弧热源的有效复合,金属粉末经过复合热源发生加热‑熔化‑形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现激光‑电弧复合同轴送粉增材制造;
f、同时开启激光热源和电弧热源,多股金属丝通过分送丝与送气联合通道进入主送丝与送气联合通道,由送丝轮进行紧固传送,经过螺旋搅拌杆旋转绞制成电缆式焊丝,并且电缆式焊丝被输送至空心钨极进行预热,调节激光分光镜组,完成激光热源与电弧热源的有效复合,电缆式焊丝经过复合热源发生加热‑熔化‑形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现激光‑电弧复合同轴送丝增材制造;
g、同时开启激光热源和电弧热源,多股金属丝通过分送丝与送气联合通道进入主送丝与送气联合通道,由送丝轮进行紧固传送,经过螺旋搅拌杆旋转绞制成电缆式焊丝,与此同时,金属粉末由送粉与送气联合通道通入变幅杆内腔中,在螺旋搅拌杆的超声振动搅拌下充分均匀混合,与电缆式焊丝同轴传送至空心钨极进行预热,调节激光分光镜组,完成激光热源与电弧热源的有效复合,金属粉末和电缆式焊丝经过复合热源发生加热‑熔化‑形成熔滴,金属熔滴在变幅杆内凹球形曲面状末端产生的超声场与滚压机构的滚压作用下,实现丝‑粉协同+激光‑电弧复合增材制造。
7.根据权利要求6所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置的方法,其特征在于:所述的调节激光分光镜组是通过旋转调节反光镜组或上下滑移调节凸透镜或二者联合连续调节,实现双焦点激光与电弧多热源复合,所述双焦点激光与电弧复合的形式可实现以下几种丝‑粉协同+激光‑电弧复合模式:(1)、在反光镜组与凸透镜静态调节的情况下:
I、电弧居于双焦点激光之间且当热源的排布方向与增材行进方向一致时,若调控的光丝距大于标准设定值,实现电弧增材制造‑激光焊前焊后热处理;若调控的光丝距小于标准设定值,实现激光‑电弧复合增材制造和激光加强电弧增材制造;
II、热源排布方向与增材行进方向成一定角度或垂直分布时,调节热源能量输入,实现电弧加强激光增材制造;
(2)、在反光镜组与凸透镜动态调节的情况下,在光丝距小于标准设定值时,实现激光辅助电弧增材制造;增材过程中,双焦点激光成动态运动,搅动熔池,保证气体充分溢出,提升金属构件性能。
8.根据权利要求6所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置的方法,其特征在于:所述空心钨极具有旋转和非旋转两种运动状态:
运动状态:紧固上固定销,打开下固定销,空心钨极随螺旋搅拌杆同步转动,形成旋转电弧,改变金属液滴熔化滴落状态,扰动熔池;
非运动状态:打开上固定销,紧固下固定销,实现常规增材制造。
9.根据权利要求6所述的一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置的方法,其特征在于:利用空心钨极对金属粉末和电缆式焊丝中的至少一种材料进行预热时,利用冷却腔中的冷却液冷却空心钨极,带走温度,并用绝缘套隔绝空心钨极,保证操作人员的安全。