本发明属于复合能量增材制造领域，具体涉及一种以激光-电弧复合热源增材制造的工艺与装备，能够实现高柔性、高效率、高质量的增材制造。
背景技术：
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电弧增材制造技术具有效率高、成本低、金属材料的适用性好等优点；然而，电弧增材制造零件成形精度与净成形零件有一定的差距、残余应力较大。因此，进行单一热源增材制造时，低成本、高生产效率与高成型精度无法兼得。
激光-电弧复合热源能够发挥两者各自的优势，同时弥补各自的不足。激光的加入能够稳定电弧，提高增材制造过程的稳定性，而电弧又能发挥其高效性；同时，采用低功率激光器配合电弧的作用就可以达到大功率激光器获得的效果，从而大幅降低成本。电弧增材制造常见的热源主要为tig和mig。tig电弧增材制造零件成形精度高，但钨极不能承载较大电流，从而降低了成形效率。mig电弧增材制造热输入大，成形效率高，但过程中电弧稳定性较差，最终影响零件精度。因此，增材制造过程中，根据具体情况，选择tig或mig电弧与激光复合。
激光-电弧复合分区增材制造方法是在原有激光增材制造技术和电弧增材制造技术的基础上，针对两者所存在的问题与粉末型原材料所存在的不足，进一步提出的新方法。将激光增材、电弧增材与旁轴送丝式原料送进方法结合在一起构成了新的增材制造体系，此技术具有重要的研究与应用意义。
技术实现要素：
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针对单一热源增材制造时，低成本、高生产效率与高成型精度不可兼得的问题，本发明的目的在于：提供一种激光-电弧复合分区增材制造的工艺与装备，该发明具有：综合成本低、生产效率高、零件表面精度高、力学性能好、能够满足使用要求等优点。
为了达到上述目的，本发明提供的一种激光-电弧复合分区增材制造工艺与装备，包括步骤如下：
(1)成形件柔性智能制造区域划分：根据零件要求，对区域进行划分。对于力学性能及表面质量等指标整体要求较为统一的成形件而言，采用一种工艺开展增材制造过程。对于几何结构复杂，力学性能及表面质量等指标在不同区域要求存在差别的成形件而言，进行区域划分，即将尺寸大但精度要求低的部位与尺寸小但精度要求高的部位划分为不同区域。
(2)成形件各区域工艺选择与确定：对于不采用分区域制造的成形件而言，直接依据其在生产效率、表面精度、综合成本等方面的要求选用激光增材结合旁轴送丝、激光-tig复合增材结合旁轴送丝或激光-mig复合增材制造方法；对于采用分区域制造的成形件而言，在尺寸大但精度要求不高的区域采用复合热源增材制造方法，在尺寸小但精度要求高的区域采用激光增材。
(3)进行增材制造实验：选用的增材制造设备中激光器、tig焊机、mig焊机分别提供三种焊接热源，受中央控制器调节；送丝机构与送丝调节器相连接，对送丝速度进行调节。开展增材制造实验，实验过程中未使用的部件(如mig焊枪、tig焊枪)由机器手提起置于一旁，以免妨碍实验进行。
进一步地，焊枪与激光束的夹角在30°到45°之间调节。
进一步地，所述激光束与丝材尖端距离为2-4mm，mig焊枪丝材伸出长度为20mm左右，实验采用200mm×200mm×19mm的6061型铝合金板材作为基板，填充材料采用直径1.2mm的er5356型铝合金丝材或直径1.2mm的er4043铝合金丝材。
进一步地，本方法中使用纯氩气作为保护气体，气体流量为20l/min，形成保护气氛，改善零件成型与性能。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用激光-电弧复合热源代替单一热源进行增材制造，能够发挥两者各自的优势，同时弥补各自的不足。与激光增材制造相比，解决了其成本高、熔覆效率低等问题；与电弧增材制造相比，解决了零件尺寸精度和表面质量不高等问题；采用丝材代替粉末，降低了对环境的污染，提高了材料的利用率。
对复杂结构件进行柔性智能制造，根据客观需求对零件进行区域划分，在不同区域采用不同的增材制造方法，以达到在降低成本的同时提高生产效率的目的。
附图说明：
图1为本发明装备图；
图2为本发明激光-mig复合增材示意图及局部放大图；
图3为本发明激光增材示意图及局部放大图；
图4为本发明激光-tig复合增材示意图及局部放大图。
其中：
1-mig焊枪；2-激光束；3-保护气喷嘴；4-tig焊枪；5-熔覆层；6-基材；7-焊丝；8-工作台；9-送丝机构；10-mig焊机；11-激光器；12-ar气瓶；13-tig焊机。
具体实施方法：
实施例1：
下面结合附图对本发明一种激光-电弧复合增材制造工艺与装备作具体说明。一种激光-电弧复合分区增材制造工艺与装备，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
针对5356铝合金梯型零件的增材制造，采用分区域制造的方法。该零件横截面尺寸为上底1.5mm，下底10mm，高10mm。在宽度大于3mm的区域采用激光-mig复合增材制造，如图2所示；在宽度小于3mm的区域采用激光增材制造，如图3所示。试验基板采用200mm×200mm×19mm的6061铝合金板材，填充材料选用直径1.2mm的er5356铝合金丝材，实验开始前用砂纸打磨掉铝合金板材表面的氧化膜，然后用丙酮清洗去除表面油污。
进行柔性智能增材制造实验，如图1所示，mig焊枪1与mig焊机10和ar气瓶12相连接，激光束2与激光器11相连接，焊丝7与送丝机构9相连接，mig焊枪根据预定轨迹与激光束按照一致的线路进行移动。在宽度大于3mm的区域进行激光-mig复合增材制造实验时，mig焊枪不仅起送丝的作用，还提供电弧；此时tig焊枪由机器手提起置于一旁，不参与实验过程。在宽度小于3mm的区域进行激光增材制造实验时，mig焊枪仅起送丝的作用，不提供电弧。
优选地，激光束与焊枪的夹角保持45°，通过机器人旋转实现每一层的焊枪角度达到固定值。激光束与丝材之间的距离为3mm，mig焊枪丝材伸出长度为20mm，保护气体为纯氩气，气体流量为20l/min。激光-mig复合增材制造阶段，电流为130a，激光功率为300w，扫描速度为0.6m/min；激光增材制造阶段，激光功率为3100w，扫描速度5m/min。结果显示采用柔性智能增材制造技术可以得到冶金结合良好，表面成形美观的5356铝合金梯形零件。
实施例2：
下面结合附图对本发明一种激光-电弧复合增材制造工艺与装备作具体说明。一种激光-电弧复合分区增材制造工艺与装备，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
针对4043铝合金梯型零件的增材制造，采用分区域制造的方法。该零件横截面尺寸为上底1.5mm，下底10mm，高10mm。在宽度大于3mm的区域采用激光-tig复合增材制造，如图4所示；在宽度小于3mm的区域采用激光增材制造，如图3所示。试验基板采用200mm×200mm×19mm的6061铝合金板材，填充材料选用直径1.2mm的er4043铝合金丝材，实验开始前用砂纸打磨掉铝合金板材表面的氧化膜，然后用丙酮清洗去除表面油污。
进行柔性智能增材制造实验，如图1所示，mig焊枪1与ar气瓶12相连接，激光束2与激光器11相连接，丝材7与送丝机构9相连接，tig焊枪4与tig焊机13相连接，mig焊枪、激光束与tig焊枪按照一致的预定轨迹进行移动。在宽度大于3mm的区域进行激光-tig复合增材制造实验时，mig焊枪仅起送丝与提供保护气体的作用。在宽度小于3mm的区域进行激光增材制造实验时，tig焊枪由机器手提起置于一旁。
优选地，激光束与焊枪的夹角保持45°，通过机器人旋转实现每一层的焊枪角度达到固定值。激光束与丝材之间的距离为3mm，mig焊枪丝材伸出长度为20mm，保护气体为纯氩气，气体流量为20l/min。激光-tig复合增材制造阶段，电流为140a，激光功率为350w，扫描速度为0.3m/min；激光增材制造阶段，激光功率为3100w，扫描速度5m/min。结果显示采用柔性智能增材制造技术可以得到冶金结合良好，表面成形美观的4043铝合金梯形零件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。