对激光复合成形三维测量系统进行了设计,并对成形件尺寸精度控制进行了研究,分析了三维测量系统功能及其在激光复合成形技术中的作用。设计了三维测量系统中的机械结构部分,包括二维运动平台、高速轮廓仪支架,并对运动平台精度进行分析控制。设计的三维测量系统可测量出熔覆件表面形貌特征及表面数据；通过MATLAB软件处理,设置铣削频率30.05 Hz、铣削速度3.02 mm/s、功率102 W、脉宽1.05 ms、离焦量0 mm,利用数据可视化处理软件对熔覆件凸点、高点进行处理,得到熔覆件和尺寸大小相同且能被激光铣削软件利用的图片文件。根据处理图片,激光设备可对高点和凸点区域进行有效铣削,精度为5.01 μm,减少熔覆件表面、侧面挂渣,完成熔覆件三维精确铣削,实现三维形貌闭环控制。

激光成形薄壁件时, 会因为熔覆件表面凹凸不平或挂渣现象影响成形件的表面精度甚至后续成形无法完成, 针对这种情况, 基于“增材制造”和“减材加工”的思路, 提出了激光复合精确成形的方法, 利用激光熔覆、表面形貌测量和激光铣削相结合, 实现了成形高度表面和侧面精度的实时调控。其中, 熔覆件表面三维宏观形貌测量是激光复合成形新方法中承上启下的重要环节, 在以往的研究中, 大多注重表面测量结果的分析, 并没有使表面测量结果能被铣削加工直接利用, 重点进行数据可视化软件的自主开发设计和尺寸精度的闭环控制功能实现。首先, 系统通过高速轮廓仪与二维运动平台测量熔覆件表面形貌来采集数据; 然后通过MATLAB初处理,获得表面高点和侧面凸点的大概范围; 最后利用数据可视化处理软件, 处理熔覆件凸点和高点, 得到尺寸大小与熔覆件相同且能直接被激光铣削软件利用的图片文件。试验结果表明, 处理得到的图片尺寸大小与实物一致, 通过预览显示精确度很高, 能被激光铣削软件直接利用; 根据处理图片,激光设备可有效铣削高点和凸点区域, 精度可达5 μm, 减少了熔覆件表面和侧面存在挂渣及层与层之间的台阶效应, 完成熔覆件的三维精确铣削。

提出了一种激光冲击形成飞片，进而驱动飞片直接成形工件的复合工艺。结合剪切模具，使用波长1064 nm的NdYAG平顶型短脉冲激光束，在厚度为50 μm的铜箔上冲击得到高质量飞片，利用高速飞片直接在成形模具上进行塑性成形，获得了具有良好成形效果的胀形件和环形剪切件。对激光冲击驱动飞片复合成形的机理和性能进行了探讨，并对实验过程中出现的现象及问题进行了初步分析。作为一种高效冲压成形方法，不仅拓展了激光微冲击成形技术的应用领域，也为激光驱动飞片加载金属薄板成形微结构等研究提供了参考。