激光熔覆增材修复是一种表面修复技术,它能够在基体表面的指定部位形成一层或多层微熔层,通过激光熔覆修复技术,可以填补物体表面的孔洞和裂纹,恢复已缺损零件的几何尺寸和性能。随着激光、三维扫描和自动化这三种技术的不断发展,激光熔覆增材修复被广泛应用于航空、汽车等领域,其面对的加工产品和金属零件多种多样,对成形精度的要求也越来越高,传统激光熔覆修复依赖人工操作的方法限制了零件的修复精度和效率。为实现复杂零件的高精度修复、提高激光熔覆效率的设计目标,本文利用工业级三维激光扫描仪ATOS Triple Scan 16M对损伤零件进行表面扫描,获得零件的初始点云数据。使用Geomagic Studio三维模型软件处理初始点云数据,拟合面片获取实体三维模型,运用布尔运算求得缺陷部位模型。研究了基于实体模型文件的直接分层方法,首先以最小厚度等厚分层,再根据阶梯宽度逐层合并的自适应分层切片方法。分别使用均匀等厚分层和自适应分层方法完成修复,利用Adem CAD软件进行分层规划并完成模拟修复,生成程序导入激光沉积成形系统实现缺损部位的修复。设计了对比试验,证明了本文所提出的激光熔覆增材修复方法的可行性。在点云数据获取阶段,使用三维激光扫描仪ATOS Triple Scan 16M对损伤物体进行扫描,获得被测目标精确的初始点云数据,把点云数据导入Geomagic Studio三维软件去除噪声点、冗余点、修复小型孔洞等;在模型逆向重构阶段,对处理好的点云数据进行区域探测、提取和编辑轮廓线、构造和平滑曲面片等操作,并拟合曲面获取损伤零件STEP格式的实体模型,将缺损零件模型与原始模型计算布尔求差,获取待修复部位的模型;在修复阶段,主要研究了基于STEP格式实体模型文件的自适应分层原理,首先确定最优分层方向,介绍了实体模型轮廓的求交算法,以激光熔覆工艺能达到的最小厚度对待修复模型进行等厚分层,再根据阶梯宽度以工艺要求的最大厚度进行逐层合并,把分层结果导入分层切片软件Adem CAD,利用该软件进行扫描路径规划和模拟修复,然后模拟仿真验证无误后生成填充扫描程序并下载到Trulaser Cell 3000精密激光沉积成形设备,最后自动完成损伤部位的修复。采用在一根轴形零件的表面加工孔洞的方式模拟损伤零件,使用本文提出的激光熔覆增材修复方法获取了损伤部位的模型,分别进行自适应分层和等厚分层的激光熔覆修复试验,实现了缺损物体的修复。等厚分层的修复时间为144秒,分层数量为8层;自适应分层的修复时间为97秒,分层数量为6层。通过无损检测设备和金相显微镜分析熔覆层的孔隙数量和金相形貌,等厚分层的熔覆层有4个孔隙,自适应分层的熔覆层有2个孔隙,直径在10-55μm之间,根据《常用无损检测国家标准ISO1004》,孔隙可以忽略不计,并且熔覆部位不存在明显的裂纹等缺陷。由此看出,本文的激光熔覆修复方法通过自动化设备和软件实现了零件的损伤修复,有效减少了人工操作对修复过程的影响,提高零件的修复效率。