(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 202211270831.1 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区万家丽 路二段96 0号 (72)发明人 李雪凝　张明军　张健　程波　 毛聪　蔡金虎　唐伟东　罗源嫱　 张航　戴隆州　彭和思　 (51)Int.Cl. B23K 26/342(2014.01) B23K 26/12(2014.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/38(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B33Y 10/00(2015.01) B33Y 30/00(2015.01)B33Y 40/00(2020.01) (54)发明名称 一种激光增材制造方法与系统 (57)摘要 本发明公开了一种激光增材制造的方法， 包 括如下步骤： 提供待加工板 材； 提供夹具系统； 提 供激光加工系统； 夹具系统夹紧第二待加工板材 与第一待加工板材形成紧密叠接； 启动激光加工 系统， 实施激光增材制造； 完成一道加工后， 关闭 激光发生器， 激光焊接头回到起始位置； 打开激 光发生器， 实施激光切割， 获得第一激光增材制 造单元； 夹具系统夹紧第三待加工板材与第一激 光增材制造单元形成紧密叠接； 进行多层激光增 材制造， 直至结束。 本发明还提供一种激光增材 制造的系统。 本发明加工过程稳定性好， 热传导 效率高， 有效控制激光增材制造的变形量， 具有 成本低， 易进行焊前处 理， 适用性 好等优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115446461 A 2022.12.09 CN 115446461 A 1.一种激光增材制造的方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 提供待加工 板材， 对待加工 板材的上 下表面进行打磨清洗； 步骤2： 提供夹具系统， 夹具系 统包括夹具座、 支撑垫块、 第一感应加热组件、 第二感应 加热组件和压紧盖 板； 步骤3： 提供激光加工系统， 激光加工系统包括激光发生器、 第 一传输光纤、 第二传输光 纤、 激光焊接 头、 激光切割头、 第一机 械手、 第二机 械手和保护气喷 嘴； 步骤4： 夹具系统将第二待加工板材置于第一待加工板材正上方， 第 一感应加热组件和 第二感应加热组件与第一待加工板材底部 贴合， 夹具系统夹紧第二待加工板材与第一待加 工板材形成紧密叠 接； 步骤5： 启动激光加工系统， 打开激光发生器， 激光焊接头输出第一激光束， 第一激光束 辐照第二待加工板材上表面， 保护气喷嘴吹送保护气 体， 激光焊接头按加工路径运动， 实施 激光增材制造； 步骤6： 完成一道加工后， 关闭激光发生器， 激光焊接 头回到起始位置； 步骤7： 打开激光发生器， 激光切割头输出第二激光束， 第二激光束辐照第二待加工板 材上表面， 实施激光切割， 获得第一激光增材制造单 元； 步骤8： 将第 三待加工板材置于第 一激光增材制造单元正上方， 第一感应加热组件和第 二感应加热组件与第三待加工板材底部和 第一激光增材制造单元侧面贴合， 夹具系统夹紧 第三待加工 板材与第一激光增材制造单 元形成紧密叠 接， 重复步骤6 ‑步骤8； 步骤9： 依次将第N+2待加工板材置于第N激光增材制造单元正上方， 重 复步骤5‑步骤8， 进行多层激光增材制造， 直至结束。 2.根据权利要求1所述的激光增材制造的方法， 其特征在于， 可待加工板材可以为镁合 金、 铝合金等。 3.根据权利要求1所述的激光增材制造的方法， 其特征在于， 激光发生器为环形光斑光 纤激光器。 4.根据权利要求1所述的激光增材制造的方法， 其特征在于， 激光焊接头为摆动激光焊 接头。 5.根据权利要求1所述的激光增材制造的方法， 其特征在于， 激光切割头为振镜 式激光 切割头。 6.一种激光增材制造的系统， 其特征在于， 包括激光加工系统和夹具系统， 所述激光加 工系统包括激光 发生器、 第一传输光纤、 第二传输光纤、 激光焊接头、 激光切割头、 第一机械 手、 第二机械手和保护气喷嘴； 其中激光焊接头与第一机械手末端固连， 激光切割头与第二 机械手末端固连； 保护气喷嘴通过固定支架与激光焊接头固连； 所述夹具系统包括夹具座、 支撑垫块、 第一 感应加热组件、 第二感应加热组件和压紧盖板； 第一 感应加热 组件和第二感 应加热组件可以上 下和左右 移动； 压紧盖 板具有夹紧作用， 在压紧盖 板上开设有加工窗口。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115446461 A 2一种激光增材制造方 法与系统 技术领域 [0001]本发明涉及增材制造技 术领域， 具体的说是一种激光增材制造方法与系统。 背景技术 [0002]增材制造是一种通过材料逐层添加堆积、 实现构件无模精确成形的数字化制造技 术， 将三维复杂形状构件制 造为简单 的二维平面形状的逐层往复叠加， 避免了传统机加工 精确成形制造中存在的大量材料和能源浪费， 为高性能或超常性能关键构件的实现提供了 全新的设计思路。 同时该技术能大幅度缩短生产周期、 降低生产成本和加工制造费用， 使得 其为制造业的变革 提供了可能， 具有广阔应用前 景。 [0003]基于激光束的金属增材制造方法主要有选择性激光烧结和激光直接沉积， 其主要 填充材料形式为丝材和粉末 。 现阶段， 上述工艺虽然能制备性能良好的构件， 但仍存在增材 制造过程 易形成内部孔洞、 裂纹等 缺陷和效率低的问题。 [0004]以环形光斑光纤激光为代表的先进激光光源技术的发展， 为高稳定性激光加工带 来了机遇。 环形光斑光纤激光可以实现高速高稳定性激光焊接过程。 在材料宏观激光加工 中具有广阔应用前 景。 发明内容 [0005]针对传统激光金属增材制造的不足之处， 本发明提供一种激光增材制造方法与系 统， 以提升金属 增材制造质量和效率。 [0006]本发明提供一种激光增材制造方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： [0007]步骤1： 提供待加工 板材， 对待加工 板材的上 下表面进行打磨清洗； [0008]步骤2： 提供夹具系统， 夹具系统包括夹具座、 支撑垫块、 第一感应加热组件、 第二 感应加热组件和压紧盖 板； [0009]步骤3： 提供激光加工系统， 激光加工系统包括激光发生器、 第一传输光纤、 第二传 输光纤、 激光焊接 头、 激光切割头、 第一机 械手、 第二机 械手和保护气喷 嘴； [0010]步骤4： 夹具系统将第二待加工板材置于第一待加工板材正上方， 第一感应加热组 件和第二感应加热组件与第一待加工板材底部 贴合， 夹具系统夹紧第二待加工板材与第一 待加工板材形成紧密叠 接； [0011]步骤5： 启动激光加工系统， 打开激光发生器， 激光焊接头输出第一激光束， 第一激 光束辐照第二待加工板材上表 面， 保护气喷嘴吹送保护气 体， 激光焊接头按加工路径运动， 实施激光增材制造； [0012]步骤6： 完成一道加工后， 关闭激光发生器， 激光焊接 头回到起始位置； [0013]步骤7： 打开激光发生器， 激光切割头输出第二激光束， 第二激光束辐照第二待加 工板材上表面， 实施激光切割， 获得第一激光增材制造单 元； [0014]步骤8： 将第三待加工板材置于第一激光增材制造单元正上方， 第一感应加热组件 和第二感应加热组件与第三待加工板材底部和 第一激光增材制造单元侧面贴合， 夹具系统说　明　书 1/4 页 3 CN 115446461 A 3