CN105081319A - 一种辅助激光立体成形装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助激光立体成形装置及方法，其特征是，包括激光头、滑动移动副、支撑体、复位弹簧和送粉管。本发明所达到的有益效果：在进行成形时，依靠支撑体滚动沿成形零件侧壁同步移动辅助激光立体成形。与滑块导轨连接的悬臂围绕激光束轴线自由转动，可以柔性调整角度，确保送粉管、激光束以及悬臂所处的平面始终与支撑点切线方向垂直，大大提高了整体成形时的准确度。依靠事先录入的路径，完成对产品的自主快速成形，减少了人力的浪费，同时提高了生产效率。

Description

一种辅助激光立体成形装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种激光成形的装置以及使用方法，属于快速成形技术领域。

背景技术

激光立体成形技术能够实现高性能致密金属零件的无模快速近终成形，是现代材料技术、激光技术和快速原型制造技术相结合的新技术。激光立体成形技术具有无模具、短周期、低成本、高性能及快速响应等特点。首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维信息转换成一系列二维轮廓信息，随后在计算机的控制下，用激光熔覆的方法将材料按照二维轮廓信息逐层堆积，得到三维实体零件或近形件。但是，已实现的激光成形零件多为直壁零件或截面尺寸逐层减小的实心零件，而截面尺寸逐层增大的零件通常难以使用激光立体成形技术来实现。这是由于当上一层的截面尺寸大于下层时，超出下层支撑范围的部分熔融金属液体会在重力作用下流失，无法进行有效堆积。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种辅助激光立体成形装置及其方法，以解决熔融金属流失的问题，实现激光有效堆积。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种辅助激光立体成形装置，其特征是，包括激光头、滑动移动副、支撑体、复位弹簧和送粉管；所述滑动移动副包括支撑体转轴、滑块、导轨和悬臂；所述激光头设置在悬臂的中部；所述悬臂的底部设置有限位挡块；所述滑块连接支撑体转轴和悬臂的底部；所述复位弹簧设置在支撑体转轴和限位挡块之间；所述转轴的一端设置在支撑体内部；所述支撑体包括外壳、内层、冷却水管道和冷却水进出口；所述冷却水管道设置在位于内层内部的支撑体转轴上；所述冷却水进出口设置在外壳上；所述送粉管设置在悬臂的一端，与支撑体转轴分别位于激光头两侧。

前述的一种辅助激光立体成形装置，其特征是，所述外壳采用陶瓷材料，外壳内壁设置有黄铜层；所述内层采用金属材料。

前述的一种辅助激光立体成形装置，其特征是，所述悬臂绕激光头自由旋转；所述滑块在悬臂上沿激光头射出的激光束径向移动。

一种基于前述的辅助激光立体成形装置的辅助激光立体成形方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在非工作状态下，将滑块在复位弹簧的约束下与限位挡块贴合，使得激光头射出的光斑落在支撑体上；

2）在基板上设置凸台，调整激光头的高度，确保支撑体的上表面与凸台的上表面齐平而不发生干涉；

3）调整激光头水平方向上的位置，并同时调整悬臂的角度，使支撑体与凸台边缘接触，并确保送粉管、激光头发射的激光束以及悬臂所处的平面与接触点切线垂直；

4）沿水平方向调整激光头位置，压缩复位弹簧，直至激光束形成的光斑恰好脱离支撑体，位于凸台边缘处，此时滑块与限位挡块分离；

5）进行激光熔覆逐层堆积，当堆积第n＋1层时，支撑体与第n层轮廓紧密贴合。

前述的一种辅助激光立体成形方法，其特征是，当成形截面尺寸减小的空心零件时，将支撑体置于封闭轮廓内侧。

前述的一种辅助激光立体成形方法，其特征是，所述步骤5）中，激光的旋转轨迹由控制程序事先将需要形成的模型图导入后控制运行。

本发明所达到的有益效果：在进行成形时，依靠支撑体滚动沿成形零件侧壁同步移动辅助激光立体成形。与滑块导轨连接的悬臂围绕激光束轴线自由转动，可以柔性调整角度，确保送粉管、激光束以及悬臂所处的平面始终与支撑点切线方向垂直，大大提高了整体成形时的准确度。依靠事先录入的路径，完成对产品的自主快速成形，减少了人力的浪费，同时提高了生产效率。

附图说明

图1辅助激光立体成形装置的结构图；

图2辅助激光立体成形初始定位示意图；

图3辅助激光立体成形原理图。

图中附图标记的含义：

1-激光头，2-悬臂，3-限位挡块，4-复位弹簧，5-挡块，6-支撑体转轴，7-外层，8-冷却水进出口，9-冷却水管道，10-内层，11-激光束，12-送粉管，13-凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示的辅助激光立体成形装置的结构图，在非工作状态下，滑块在复位弹簧4的约束下与限位挡块3贴合，此时激光光斑落在支撑体上。

在准备成形截面不断变大的碗状零件时，可先在基板上利用激光熔覆堆积起一个凸台13，如图2所示，此凸台13也可采用机加工的方式获得，确保支撑体上表面可以与凸台13上表面齐平而不发生干涉。

调整激光头1的高度使与其相连的支撑体上表面与凸台13上表面齐平，调整激光头1水平方向上的位置，并同时调整悬臂2的角度，使支撑体与凸台13边缘接触，并确保送粉管12、激光束11以及悬臂2所处的平面与接触点切线垂直。

继续沿水平方向调整激光头1位置，压缩复位弹簧4，直至光斑恰好脱离支撑体，位于凸台13边缘处，此时滑块与限位挡块3分离。

启动程序进行激光熔覆逐层堆积，如图3所示，当堆积第n＋1层时，支撑体7与第n层轮廓紧密贴合，即使第n＋1层截面尺寸变大，但在支撑体7的辅助下熔融金属液体快速凝固，不会在重力作用下流失，逐层堆积便可获得截面尺寸不断变大的碗状零件。

支撑体外层7由陶瓷材料制成，内部为黄铜，可围绕其轴线自由转动。堆积过程中，熔融金属得到了支撑体的辅助，不会向下流失。陶瓷材料熔点比金属材料高，且其转轴内设有冷却水路，可以快速将支撑体上的热量转移，所以熔融金属液滴无法与支撑体表面发生冶金结合。

支撑体的转轴另一端与一滑块相连，滑块可在与悬臂2连接的导轨内做直线运动，由于受到复位弹簧4的挤压作用，滑块被顶在一个极限位置上，此时光斑落在支撑体上。工作过程中，压缩弹簧偏离支撑体，用激光堆积的下一层对支撑体进行限位，让支撑体与零件侧壁紧密接触，由于支撑体温度较低，当金属液滴与支撑接触时便会快速凝固，从而阻止金属液滴在重力作用下流失。随着光斑的移动，支撑体以滚动的方式沿成形零件侧壁同步移动辅助激光立体成形。

在光斑围绕封闭轮廓线运动过程中，悬臂2的自由转动可柔性调整角度，确保送粉管12、激光束11以及悬臂2所处的平面始终与支撑点切线方向垂直，使支撑体能够连续滚动而不发生任何干涉。

同理，当成形截面尺寸减小的空心零件时，将支撑体置于封闭轮廓内侧便可。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种辅助激光立体成形装置，其特征是，包括激光头、滑动移动副、支撑体、复位弹簧和送粉管；

所述滑动移动副包括支撑体转轴、滑块、导轨和悬臂；所述激光头设置在悬臂的中部；所述悬臂的底部设置有限位挡块；所述滑块连接支撑体转轴和悬臂的底部；所述复位弹簧设置在支撑体转轴和限位挡块之间；

所述转轴的一端设置在支撑体内部；所述支撑体包括外壳、内层、冷却水管道和冷却水进出口；所述冷却水管道设置在位于内层内部的支撑体转轴上；所述冷却水进出口设置在外壳上；所述送粉管设置在悬臂的一端，与支撑体转轴分别位于激光头两侧。

2.根据权利要求1所述的一种辅助激光立体成形装置，其特征是，所述外壳采用陶瓷材料，外壳内壁设置有黄铜层；所述内层采用金属材料。

3.根据权利要求1所述的一种辅助激光立体成形装置，其特征是，所述悬臂绕激光头自由旋转；所述滑块在悬臂上沿激光头射出的激光束径向移动。

4.一种基于权利要求1所述的辅助激光立体成形装置的辅助激光立体成形方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在非工作状态下，将滑块在复位弹簧的约束下与限位挡块贴合，使得激光头射出的光斑落在支撑体上；

2）在基板上设置凸台，调整激光头的高度，确保支撑体的上表面与凸台的上表面齐平而不发生干涉；

3）调整激光头水平方向上的位置，并同时调整悬臂的角度，使支撑体与凸台边缘接触，并确保送粉管、激光头发射的激光束以及悬臂所处的平面与接触点切线垂直；

4）沿水平方向调整激光头位置，压缩复位弹簧，直至激光束形成的光斑恰好脱离支撑体，位于凸台边缘处，此时滑块与限位挡块分离；

5）进行激光熔覆逐层堆积，当堆积第n＋1层时，支撑体与第n层轮廓紧密贴合。

5.根据权利要求4所述的一种辅助激光立体成形方法，其特征是，当成形截面尺寸减小的空心零件时，将支撑体置于封闭轮廓内侧。

6.根据权利要求4所述的一种辅助激光立体成形方法，其特征是，所述步骤5）中，激光的旋转轨迹由控制程序事先将需要形成的模型图导入后控制运行。