CN103071795A - 移动振镜选择性激光熔化slm成形设备 - Google Patents

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Abstract

一种移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，包括通过通信线路同带有横向导轨组的X轴直线电机和纵向导轨组的Y轴直线电机相连接的数控系统，X轴直线电机和Y轴直线电机构成了扫描驱动结构，该扫描驱动结构同激光扩束准直镜组驱动连接，激光扩束准直镜组底部卡入振镜单元，在振镜单元下方设置有成形工作组件，在成形工作组件和振镜单元之间设置有惰性气体气帘。避免了成形区域边缘位置光斑有所变形，成形精度变差，成形件尺寸易于变大的弊端。

Description

移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备
技术领域
本发明涉及快速成型技术领域，特别涉及一种移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备。
背景技术
选择性激光熔化 SLM是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维 CAD模型直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，是激光快速成型技术应用的主要方向之一。具有以下优点：
（1）能直接制成终端金属产品，不用任何后处理工艺或简单的表面处理，通过简单的CAD造型和材料选择即可直接加工出可直接使用的零件，极大地缩短了产品开发周期；
（2）能得到具有非平衡态过饱和固溶体及均匀细小金相组织的实体，致密度几乎能达到100%，零件机械性能与锻造工艺所得相当；
（3）使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金属，使得加工出来的金属零件具有很高的尺寸精度( 达0.1mm) 以及好的表面粗糙度(Ra 30～50μm)；
（4）由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点的金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展了；
（5）适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构，如空腔、三维网格以及用传统方法无法制造的复杂工件。
    但是现在市场上销售的SLM设备都是通过振镜来控制激光束光斑的运动，最终扫描成形的。由于振镜机械结构、光学结构等的限制，使其成形尺寸难以变大。现在的振镜式SLM设备由于激光束通过平场聚焦透镜进行聚焦，因此在成型区域边缘位置光斑有所变形，成形精度变差。
发明内容
本发明提供一种移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，包括通过通信线路同带有横向导轨组的X轴直线电机和纵向导轨组的Y轴直线电机相连接的数控系统，X轴直线电机和Y轴直线电机构成了扫描驱动结构，该扫描驱动结构同激光扩束准直镜组驱动连接，激光扩束准直镜组底部卡入振镜单元，在振镜单元下方设置有成形工作组件，在成形工作组件和振镜单元之间设置有惰性气体气帘。避免了成形区域边缘位置光斑有所变形，成形精度变差，成形件尺寸易于变大的弊端。 
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，包括通过通信线路1同带有横向导轨组的X轴直线电机2和纵向导轨组的Y轴直线电机3相连接的数控系统15，X轴直线电机2和Y轴直线电机3构成了扫描驱动结构，该扫描驱动结构同激光扩束准直镜组4驱动连接，激光扩束准直镜组4底部卡入振镜单元，在振镜单元下方设置有成形工作组件，在成形工作组件和振镜单元之间设置有惰性气体气帘17。
所述的成形工作组件包括选择性激光熔化SLM设备工作平台11，选择性激光熔化SLM设备工作平台11上设置有成形工作台气缸及电机组10，成形工作台气缸及电机组10外表面上环绕设置有成形件约束缸9，成形工作台气缸及电机组10顶部连接有成形件及未成形金属粉末承载平台19，成形件及未成形金属粉末承载平台19的两侧分别设置有载粉桶8和集粉桶18，载粉桶8上设置有刮粉平板6，刮粉平板6同刮粉平板直线电机组7驱动连接。
所述的X轴直线电机2和Y轴直线电机3的最大速度为200m/分钟。
所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备的设计定位精度能够达到2μm/500mm范围。
所述的数控系统20能够直接识别G代码。
所述的振镜单元包括框架式平场聚焦透镜平台固定机构13，平场聚焦透镜平台固定机构13的底部为平场聚焦透镜固定平板14，平场聚焦透镜固定平板14的底部设置有平场聚焦透镜15，平场聚焦透镜平台固定机构13的内部设置有X轴振镜5和Y轴振镜12。
本发明的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其优点如下：
1. 本发明采用直线电机作为扫描驱动结构，最大运动速度达到200m/分钟。
2. 直线电机寿命长，经过计算在负载激光扫描头的情况下能够连续不间断工作9年。
3. 定位精度高，设计定位精度能够达到2μm/500mm，相较振镜式选择性激光熔化SLM设备能够提高5倍以上。
4. 本发明加工模型数据处理简单，数控系统能够直接识别G代码，使得选择性激光熔化SLM成形程序的编写变得简单、方便。
5. 成形零件能力强，能够成形1000×1000×500mm的零件。这是传统选择性激光熔化SLM设备所无法达到的。
附图说明
附图为本发明的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明：
如附图所示，移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，包括通过通信线路1同带有横向导轨组的X轴直线电机2和纵向导轨组的Y轴直线电机3相连接的数控系统15，该通信线路1为光纤，X轴直线电机2和Y轴直线电机3构成了扫描驱动结构，该扫描驱动结构同激光扩束准直镜组4驱动连接，激光扩束准直镜组4底部卡入振镜单元，在振镜单元下方设置有成形工作组件，在成形工作组件和振镜单元之间设置有惰性气体气帘17。所述的成形工作组件包括选择性激光熔化SLM设备工作平台11，选择性激光熔化SLM设备工作平台11上设置有成形工作台气缸及电机组10，成形工作台气缸及电机组10外表面上环绕设置有成形件约束缸9，成形工作台气缸及电机组10顶部连接有成形件及未成形金属粉末承载平台19，成形件及未成形金属粉末承载平台19的两侧分别设置有载粉桶8和集粉桶18，载粉桶8上设置有刮粉平板6，刮粉平板6同刮粉平板直线电机组7驱动连接。所述的X轴直线电机2和Y轴直线电机3的最大速度为200m/分钟。所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备的设计定位精度能够达到2μm/500mm范围。所述的数控系统20能够直接识别G代码。所述的振镜单元包括框架式平场聚焦透镜平台固定机构13，平场聚焦透镜平台固定机构13的底部为平场聚焦透镜固定平板14，平场聚焦透镜固定平板14的底部设置有平场聚焦透镜15，平场聚焦透镜平台固定机构13的内部设置有X轴振镜5和Y轴振镜12。
本发明的工作原理为：数控系统20通过零件三维模型经过软件剖分处理成STL格式文件，该文件经过配套成形，按照相应的工艺参数生产加工成G代码，启动外部的选择性激光熔化SLM成形机，并启动惰性气体气帘保护功能，当外部的氧含量传感器测量成型区域达到成形条件时，启动成形程序，刮粉平板6在刮粉平板直线电机组7驱动下将金属粉末16从载粉桶8刮至成形件及未成形金属粉末承载平台19，多余金属粉末16进入集粉桶18，成形件及未成形金属粉末承载平台19安装成形区域被分成等大小的区域，并按顺序从一开始递增编号，振镜单元在X轴直线电机2和Y轴直线电机3带动下按照第一区域G代码生成扫描路径，振镜单元在X轴直线电机2和Y轴直线电机3带动下移动到第二区域进行扫描，直至所有被划分区域被扫描完成，成形件及未成形金属粉末承载平台19在成形工作台气缸及电机组10的带动下，下降到设定的高度，刮粉平板6重复刮粉动作，振镜单元重复扫描动作，直至零件加工完成。

Claims (6)

1.一种移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于包括通过通信线路（1）同带有横向导轨组的X轴直线电机（2）和纵向导轨组的Y轴直线电机（3）相连接的数控系统（15），X轴直线电机（2）和Y轴直线电机（3）构成了扫描驱动结构，该扫描驱动结构同激光扩束准直镜组（4）驱动连接，激光扩束准直镜组（4）底部卡入振镜单元，在振镜单元下方设置有成形工作组件，在成形工作组件和振镜单元之间设置有惰性气体气帘（17）。
2.根据权利要求1所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于所述的成形工作组件包括选择性激光熔化SLM设备工作平台（11），选择性激光熔化SLM设备工作平台（11）上设置有成形工作台气缸及电机组（10），成形工作台气缸及电机组（10）外表面上环绕设置有成形件约束缸（9），成形工作台气缸及电机组（10）顶部连接有成形件及未成形金属粉末承载平台（19），成形件及未成形金属粉末承载平台（19）的两侧分别设置有载粉桶（8）和集粉桶（18），载粉桶（8）上设置有刮粉平板（6），刮粉平板（6）同刮粉平板直线电机组（7）驱动连接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于所述的X轴直线电机（2）和Y轴直线电机（3）的最大速度为200m/分钟。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备的设计定位精度能够达到2μm/500mm范围。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于所述的数控系统（20）能够直接识别G代码。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的移动振镜选择性激光熔化SLM成形设备，其特征在于所述的振镜单元包括框架式平场聚焦透镜平台固定机构（13），平场聚焦透镜平台固定机构（13）的底部为平场聚焦透镜固定平板（14），平场聚焦透镜固定平板（14）的底部设置有平场聚焦透镜（15），平场聚焦透镜平台固定机构（13）的内部设置有X轴振镜（5）和Y轴振镜（12）。
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