本发明涉及多材料增材制造，具体来说，涉及一种增材制造复合构型激光陶瓷成型设备和成型方法。
背景技术：
1、高能激光以其自身的众多优势，可在民用和军用上发挥重要作用。在民用方面，高能激光在城市、机场低空激光清障和高厚金属板的焊接切割等领域得到了重要应用。在低空激光清障方向，尤其是在机场低空领域，飞机起降时，航行线路上如果有无人机、固定翼飞行器、热气球、飞艇等飞行器，会对飞机起降造成干扰，甚至撞毁等危险，因此需要对该类飞行器进行识别并处理。在激光加工领域，随着船舶、核电等领域的快速发展，对高厚金属板的焊接切割提出了更高的要求，万瓦级高功率激光焊接已成为国际上热门的前沿焊接技术之一，利用万瓦激光的超高功率密度，可极大提高焊接效率，对于解决国内舰艇等领域中高厚金属板优质高效加工具有重要的科学意义及应用价值。在军事方面，高能激光可利用高能量射束进行攻击，是一种新概念武器。高能激光具有能量集中、传输距离远、打击精度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强、效费比高等优点，以其自身的众多优势可在光电对抗、防空、战略防御中发挥重要作用。
2、其中全固态激光器由于其结构紧凑，体积小、可靠性高、易维护、具有模块化和通用化等特点，可提高激光系统的机动性和可靠性，成为高能激光器发展的重点。传统的全固态激光器通常采用稀土掺杂的激光单晶体作为增益介质，随着高能激光的发展，对增益介质的尺寸及性能要求逐步提高。然而晶体的尺寸受生长设备及生长机制的限制，伴随着大尺寸晶体的生长，晶体色心等问题加剧，严重影响了晶体的质量。同时，在高功率泵浦过程中，激光晶体内部受温度梯度的影响，会出现热透镜及热致双折射效应，影响到激光器的光束质量并制约其输出功率。
3、为此高能激光领域研究重点聚焦于激光增益介质构型对热性能改善研究上，通过介质内部结构的设计，控制和优化增益介质内部的产热分布，从发热的源头上抑制介质热效应，以提高激光输出能力。但是目前的增益介质的生长方式和设备，只能通过键合方式实现简单复合增益介质的制备，可在一定程度上提高激光输出能力，但随着输出功率的增加，增益介质尺寸增大，键合面尺寸随之增大，加工周期长，加工成本高，且其键合界热效应以及大面键合缺陷等问题凸显，限制了激光的输出功率。同时键合技术无法用于研制复杂构型的增益介质。
技术实现思路
1、针对传统激光介质制备技术无法研制复杂构型的增益介质问题，本发明提出一种增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，结合设计的多材料分区铺放结构，可根据不同掺杂材料、掺杂浓度对泵浦光的吸收，设计和制备激活离子在多维空间上渐变分布的表面增益、平面波导、共掺复合等复杂构型激光陶瓷，从而突破增益介质构型或尺寸的限制，实现激光陶瓷掺杂材料及浓度分布自由可控，发挥出激光陶瓷结构和功能可设计的优势，在高能泵浦下，有效抑制热效应，提高增益介质单模块输出能力。从根本上解决困扰高能固体激光技术发展受限于增益介质的现状。
2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此本发明提供一种增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，包括：陶瓷成型装置、成型模具组件和粉末铺放系统；所述成型模具组件组装在所述陶瓷成型装置中，所述粉末铺放系统组装在所述陶瓷成型装置中；所述成型模具组件用以成型复合构型激光陶瓷，所述成型模具组件包括上端压块、下端压块和中部成型腔体模具；所述粉末铺放系统包括三维运动模组平台和多材料分区铺放结构；所述增材制造复合构型激光陶瓷成型设备根据复合构型激光陶瓷的最大尺寸调节所述陶瓷成型装置的大小和压力、运行方式和运行精度。
3、本发明的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，具有以下优点：突破传统单晶制备尺寸和构型的局限性，可实现不同基底材料、不同掺杂材料或不同掺杂浓度的复合成型，突破增益介质构型或尺寸的限制，实现激光陶瓷掺杂材料及浓度分布自由可控，发挥出激光陶瓷结构和功能可设计的优势，在高能泵浦下，有效抑制热效应，提高增益介质单模块输出能力。
4、可选地，所述陶瓷成型装置为复合构型激光陶瓷成型提供动力，所述陶瓷成型装置包括控制柜、液压装置、上油缸、下油缸、上台面、下台面、工作台面及光栅尺；所述液压装置与所述上油缸、下油缸均连接，所述上油缸与所述上台面连接，所述下油缸与所述下台面连接，所述工作台面位于所述上台面和所述下台面之间，所述控制柜控制所述陶瓷成型装置启停、控制所述液压装置对上油缸和下油缸的液压油的泵入和泵出从而带动所述上台面和所述下台面运动。
5、可选地，所述液压装置为双向伺服液压机；所述上台面和所述下台面的运行速度、距离由所述光栅尺读取，并通过闭环反馈并控制所述上台面和所述下台面的位置精度。
6、可选地，所述工作台面固定不动，为所述成型模具组件和所述粉末铺放系统提供安装平台；所述粉末铺放系统安装于所述工作台面上，用以铺放掺杂不同浓度稀土离子陶瓷粉末。
7、可选地，所述上端压块和所述下端压块尺寸根据需求的复合构型激光陶瓷的尺寸进行设计加工；所述中部成型腔体模具根据需求的复合构型激光陶瓷的尺寸进行尺寸设计，并与所述上端压块和下端压块的形位公差设计，所述中部成型腔体模具根据需求的复合构型激光陶瓷的构型进行结构设计，以满足所述粉末铺放系统在所述中部成型腔体模具中按照复合构型激光陶瓷的构型铺放粉末。
8、可选地，所述上端压块安装于所述上台面上，所述下端压块安装于所述下台面上，所述中部成型腔体模具安装于所述工作台面上；所述成型模具组件通过销钉定位和螺栓紧固方式安装，以满足成型不同结构和尺寸的复合构型激光陶瓷。
9、可选地，所述下端压块向下运动能够与所述中部成型腔体模具形成预定高度的复合构型激光陶瓷成型空腔，以供所述粉末铺放系统铺放粉末。
10、可选地，所述三维运动模组平台包括两个平行的x方向模组、一个y方向模组和一个z方向模组，所述x方向模组安装于所述工作台面上，所述y方向模组安装于所述x方向模组，所述z方向模组安装于所述y方向模组，所述x方向模组、y方向模组、z方向模组的行程根据需求的复合构型激光陶瓷的最大尺寸确定。
11、可选地，所述x方向模组、y方向模组和z方向模组的运动均有伺服电机控制；所述伺服电机的控制器集成在所述控制柜中。
12、可选地，所述多材料分区铺放结构安装于所述z方向模组，由所述三维运动模组平台将所述多材料分区铺放结构带动至所述复合构型激光陶瓷成型空腔位置进行粉末铺放。
13、可选地，所述多材料分区铺放结构包括单个或多个喷头，所述喷头内部存储预定掺杂浓度稀土离子陶瓷粉末，由多个所述喷头实现梯度掺杂不同浓度稀土离子陶瓷粉末的铺放。
14、可选地，多个所述喷头设计为活动式，根据激光陶瓷的构型需求自由选取喷头，选取一个或多个喷头完成陶瓷粉末的铺放，实现激光陶瓷掺杂材料及浓度分布自由可控。
15、可选地，所述喷头具有至少两个粉末添加口，所述喷头内具有混料装置，根据需求注入不同基底、不同浓度或不同离子掺杂的陶瓷粉末并实现在线均匀混合，实现渐变掺杂浓度稀土离子陶瓷粉末的铺放。
16、本发明还提供一种增材制造复合构型激光陶瓷成型设备的成型方法，包括以下步骤：
17、当所述粉末铺放系统完成既定铺放粉末后，操作所述控制柜，控制所述上台面运动，当所述上台面向下运行，所述上端压块与所述下端压块压制所述中部成型腔体模具腔体内铺放好的复合构型激光陶瓷粉末，进行复合构型激光陶瓷压制成型工作，当成型工作完成，所述上台面向上运行，所述上端压块脱离所述中部成型腔体模具。
18、可选地，所述复合构型激光陶瓷压制成型工作的压制施加压力方式包括以下三种方式：所述上端压块施加压力、所述下端压块施加压力和所述上端压块、下端压块共同施加压力。
19、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过发明的实践了解到。
1.一种增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于，包括：陶瓷成型装置、成型模具组件和粉末铺放系统；
2.根据权利要求1所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述陶瓷成型装置为复合构型激光陶瓷成型提供动力，所述陶瓷成型装置包括控制柜、液压装置、上油缸、下油缸、上台面、下台面、工作台面及光栅尺；
3.根据权利要求2所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述液压装置为双向伺服液压机；所述上台面和所述下台面的运行速度、距离由所述光栅尺读取，并通过闭环反馈并控制所述上台面和所述下台面的位置精度。
4.根据权利要求2所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述工作台面固定不动，为所述成型模具组件和所述粉末铺放系统提供安装平台；所述粉末铺放系统安装于所述工作台面上，用以铺放掺杂不同浓度稀土离子陶瓷粉末。
5.根据权利要求2所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述上端压块和所述下端压块尺寸根据需求的复合构型激光陶瓷的尺寸进行设计加工；所述中部成型腔体模具根据需求的复合构型激光陶瓷的尺寸进行尺寸设计，并与所述上端压块和下端压块的形位公差设计，所述中部成型腔体模具根据需求的复合构型激光陶瓷的构型进行结构设计，以满足所述粉末铺放系统在所述中部成型腔体模具中按照复合构型激光陶瓷的构型铺放粉末。
6.根据权利要求5所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述上端压块安装于所述上台面上，所述下端压块安装于所述下台面上，所述中部成型腔体模具安装于所述工作台面上；所述成型模具组件通过销钉定位和螺栓紧固方式安装，以满足成型不同结构和尺寸的复合构型激光陶瓷。
7.根据权利要求2-6任意一项所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述下端压块向下运动能够与所述中部成型腔体模具形成预定高度的复合构型激光陶瓷成型空腔，以供所述粉末铺放系统铺放粉末。
8.根据权利要求7所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述三维运动模组平台包括两个平行的x方向模组、一个y方向模组和一个z方向模组，所述x方向模组安装于所述工作台面上，所述y方向模组安装于所述x方向模组，所述z方向模组安装于所述y方向模组，所述x方向模组、y方向模组、z方向模组的行程根据需求的复合构型激光陶瓷的最大尺寸确定。
9.根据权利要求8所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述x方向模组、y方向模组和z方向模组的运动均有伺服电机控制；所述伺服电机的控制器集成在所述控制柜中。
10.根据权利要求9所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述多材料分区铺放结构安装于所述z方向模组，由所述三维运动模组平台将所述多材料分区铺放结构带动至所述复合构型激光陶瓷成型空腔位置进行粉末铺放。
11.根据权利要求1所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述多材料分区铺放结构包括单个或多个喷头，所述喷头内部存储预定掺杂浓度稀土离子陶瓷粉末，由多个所述喷头实现梯度掺杂不同浓度稀土离子陶瓷粉末的铺放。
12.根据权利要求11所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：多个所述喷头设计为活动式，根据激光陶瓷的构型需求自由选取喷头，选取一个或多个喷头完成陶瓷粉末的铺放，实现激光陶瓷掺杂材料及浓度分布自由可控。
13.根据权利要求11所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备，其特征在于：所述喷头具有至少两个粉末添加口，所述喷头内具有混料装置，根据需求注入不同基底、不同浓度或不同离子掺杂的陶瓷粉末并实现在线均匀混合，实现渐变掺杂浓度稀土离子陶瓷粉末的铺放。
14.一种如权利要求1-13任一项所述的增材制造复合构型激光陶瓷成型设备的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的成型方法，其特征在于，所述复合构型激光陶瓷压制成型工作的压制施加压力方式包括以下三种方式：上端压块施加压力、下端压块施加压力和上端压块、下端压块共同施加压力。
