CN106077639A - 一种激光选区熔化成形设备及其成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光选区熔化成形设备，包括设备总平台、可升降的成形平台、可旋转送铺粉装置及激光系统，设备总平台上开设有通孔，通孔沿设备总平台上表面向下延伸，成形平台内嵌于通孔内且可在通孔内上下运动，激光系统位于可升降成形平台上方。本发明还公开了一种成形的方法，具体按照以下步骤：步骤1、将基材放置于成形平台上，使基材上表面与设备总平台上表面平齐；步骤2、从送粉仓加入粉末，中空转轴旋转使粉末在基材表面铺设一层粉末；步骤3、启动激光系统对成形平台区域内粉末层进行扫描；步骤4、扫描完成后，成形平台下降一个层厚的距离，重复步骤2中铺粉和步骤3扫描步骤，直至完成成形。本发明成形效率高。

Description

一种激光选区熔化成形设备及其成形方法
技术领域
本发明属于激光增材制造技术领域，涉及一种激光选区熔化成形设备，还涉及采用激光选区熔化成形设备进行成形的方法。
背景技术
激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基础发展起来的一种先进激光增材制造技术，其通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，是一种通过逐层铺粉、逐层熔化、凝固堆积的方式制造三维实体零件的方法。激光选区熔化成形技术突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，可根据零件的三维数模，利用金属粉末无需任何工装夹具和模具，直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。
目前，现有的激光选区熔化成形设备均采用单向直线铺粉方式，即通过铺粉装置从成形平台一侧运动至另一侧实现粉末层的铺设，之后铺粉装置回程，准备下一层粉末的铺设。采用该种铺粉方式，铺粉装置的回程过程极大地造成了成形时间的浪费，降低了成形设备的效率，进而增加了产品的制造成本。此外，目前市面上的激光选区熔化成形设备多为单缸成形，即，每次只能成形单个零件，这就制约了激光选区熔化成形技术的推广、应用。
随着激光选区熔化成形技术不断的被市场认可，越来越多的零件开始批量化生产，如何降低成本、提高产能，成为该领域日益激烈的话题。同时，一种低成本、高效率增材制造设备也正在被期待。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光选区熔化成形设备，该激光选区熔化成形设备能旋转铺粉。
本发明的另一个目的是提供了一种激光选区熔化成形方法，该成形的方法的成形效率高。
本发明所采用的技术方案是，一种激光选区熔化成形设备，包括设备总平台、可升降的成形平台、可旋转送铺粉装置及激光系统，可旋转送铺粉装置的旋转中心位于设备总平台的中心处，设备总平台上开设有至少两个通孔，通孔沿设备总平台上表面向下延伸，成形平台内嵌于通孔内且可在通孔内上下运动，激光系统位于可升降成形平台上方，用于对与其对应的可升降成形平台表面粉末层进行扫描熔化。
本发明的特点还在于，
可旋转送铺粉装置包括送粉仓、中空转轴和刮刀系统，送粉仓底部开口，中空转轴一端开口、一端封闭，中空转轴的开口端与送粉仓底部开口相连通，中空转轴靠近封闭端一侧轴体上设置有粉末出口，刮刀系统通过粉末出口与中空转轴相连通，中空转轴位于设备总平台的中心处。
中空转轴靠近封闭端一侧沿轴体周向均匀设置有至少两个粉末出口，所述至少两个粉末出口位于所述中空转轴的同一截面上，所述刮刀系统和所述粉末出口数量相同，每个刮刀系统通过不同的粉末出口与中空转轴相连通，所述通孔的数量与刮刀系统的数量相同，两个相邻刮刀系统之间包含有一个所述通孔。
中空转轴靠近封闭端一侧沿轴体周向均匀设置有至少两个粉末出口，所述至少两个粉末出口位于所述中空转轴的同一截面上，所述刮刀系统和所述粉末出口数量相同，每个刮刀系统通过不同的粉末出口与中空转轴相连通，所述通孔的数量大于刮刀系统的数量，至少两个刮刀系统中至少存在一组相邻刮刀系统之间包含有多个所述通孔。
通孔围绕所述可旋转送铺粉装置的旋转中心设置。
通孔沿以可旋转送铺粉装置旋转中心为中心的圆的径向设置。
激光系统包括激光器、振镜单元及光路系统。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种激光选区熔化成形方法，包括以下步骤：
步骤1、将基材放置于成形平台上，调整成形平台的高度，使基材上表面与设备总平台上表面平齐；
步骤2、向送粉仓内加入粉末，中空转轴旋转，使粉末流经粉末出口，进入刮刀系统中，刮刀系统在设备总平台上所有成形平台上的基材表面铺设一层粉末，中空转轴停止旋转；
步骤3、启动激光系统，激光系统对各自对应的成形平台区域内粉末层进行扫描；
步骤4、扫描完成后，可升降成形平台下降一个层厚的距离，重复步骤2中铺粉和步骤3扫描步骤，直至完成所有零件的成形。
本发明的有益效果是：一种激光选区熔化成形设备，能旋转铺粉，极大节约了成形时间，提高了成形设备的效率，进而降低了产品的制造成本。一种成形的方法，采用一种激光选区熔化成形设备，采用同一设备多个成形平台，实现高效率、批量化零件成形，同时一台设备共用一套气氛保护系统、一套控制系统，最大程度降低设备成本，减少场地占用，进而降低零件加工成本。一种激光选区熔化成形方法，该成形的方法的成形效率高。
附图说明
图1是本发明一种激光选区熔化成形设备实施例一的结构示意图；
图2是本发明一种激光选区熔化成形设备实施例二的结构示意图；
图3是本发明一种激光选区熔化成形设备实施例三的结构示意图；
图4是本发明一种激光选区熔化成形设备中送粉仓和中空转轴连接的剖视图。
图中，1.送粉仓，2.激光系统，3.刮刀系统，4.升降平台，5.设备总平台，6.中空转轴，7.粉末出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种激光选区熔化成形设备，包括设备总平台5、可升降的成形平台4、可旋转送铺粉装置及激光系统2，可旋转送铺粉装置的旋转中心位于设备总平台5的中心处，设备总平台5上开设有至少两个通孔，通孔沿设备总平台上表面向下延伸，成形平台4内嵌于通孔内且可在通孔内上下运动，通孔及成形平台4构成激光选区熔化成形设备的成形缸，激光系统2位于可升降成形平台上方，用于对与其对应的可升降成形平台表面粉末层进行扫描熔化。
其中，可旋转送铺粉装置包括送粉仓1、中空转轴6和刮刀系统3，送粉仓1底部开口，中空转轴6一端开口、一端封闭，中空转轴6的开口端与送粉仓1底部开口相连通，中空转轴6靠近其封闭端的一侧轴体上设置有粉末出口7，刮刀系统3通过粉末出口7与中空转轴6相连通，中空转轴6位于设备总平台5的中心处，从而使送粉仓内的粉末在重力的作用下流经中空转轴6进入刮刀系统3内，在旋转的过程中，刮刀系统3将粉末均匀铺设在成形平台4上。
如图1、图4所示，一种激光选区熔化成形设备包括设备总平台5、可升降的成形平台4、可旋转送铺粉装置及激光系统2，可旋转送铺粉装置包括送粉仓1、中空转轴6和刮刀系统3，送粉仓1底部开口，中空转轴6一端开口、一端封闭，中空转轴6的开口端与送粉仓1底部开口相连通，中空转轴6靠近其封闭端一侧轴体上设置有一个粉末出口7，配套一个刮刀系统3，刮刀系统3通过粉末出口7与中空转轴6相连通，中空转轴6位于设备总平台5的中心处，设备总平台5上围绕中空转轴6开设有六个通孔，通孔沿设备总平台上表面向下延伸，六个成形平台4分别内嵌于六个通孔内且可在通孔内上下运动，激光系统2位于成形平台4上方，用于对与各自对应的成形平台4表面粉末层进行扫描熔化，激光系统2包括激光器、振镜单元及光路系统。
具有上述结构的激光选区熔化成形设备在进行零件成形时，一个刮刀系统3负责设备总平台上5所有成形平台4的铺粉，可旋转送铺粉装置旋转360度后，完成铺粉，停止旋转，之后激光系统2对各自对应的成形平台4表面粉末层进行扫描熔化，扫描完成后，成形平台4下降一个层厚的距离，可旋转送铺粉装置再次旋转360度，完成铺粉，相较于单向铺粉设备，无需回程，缩短了铺粉时间，提高了成形效率。
在上述结构的基础上，为了进一步提高成形效率，可旋转送铺粉装置还可以按如下两种方式设置，即：
(1)可旋转送铺粉装置包括至少两个刮刀系统3，其中空转轴6上设置有至少两个粉末出口7，至少两个粉末出口7位于中空转轴6的同一截面上，刮刀系统3和粉末出口7数量相同，每个刮刀系统3通过不同的粉末出口7与中空转轴6相连通，通孔的数量与刮刀系统3的数量相同，两个相邻刮刀系统3之间包含有一个通孔；
如图2、图4所示，可旋转送铺粉装置的中空转轴6上设置六个粉末出口7，配套六个刮刀系统3，设备总平台5上围绕中空转轴6设置六个通孔，即刮刀系统3、粉末出口7、通孔的数量相等，且两个相邻刮刀系统3之间包含有一个通孔。
可旋转送铺粉装置按照该种方式设置的激光选区熔化成形设备，由于刮刀系统数量与通孔数量相同，即每个刮刀系统仅负责一个通孔内成形平台4的铺粉，因此，可旋转送铺粉装置只需旋转60度(以图2所示为例)，就能够完成设备总平台上5所有成形平台4的铺粉工作，进一步提高了零件成形效率。
(2)可旋转送铺粉装置包括至少两个刮刀系统3，其中空转轴6上设置有至少两个粉末出口7，至少两个粉末出口7位于中空转轴6的同一截面上，刮刀系统3和粉末出口7数量相同，每个刮刀系统3通过不同的粉末出口7与中空转轴6相连通，通孔的数量大于刮刀系统3的数量，至少两个刮刀系统3中至少存在一组相邻刮刀系统3之间包含有多个通孔。
如图3、图4所示，可旋转送铺粉装置的中空转轴6上设置三个粉末出口7，配套三个刮刀系统3，设备总平台3上围绕中空转轴6设置六个通孔，即刮刀系统3和粉末出口7的数量相同，通孔数量大于刮刀系统3的数量，刮刀系统中至少存在有一组相邻刮刀系统3之间包含有多个通孔。
可旋转送铺粉装置按照该种方式设置的激光选区熔化成形设备，由于通孔数量大于刮刀系统数量，即刮刀系统3中至少存在一个刮刀系统3需要负责多个通孔内成形平台4的铺粉，因此，可旋转送铺粉装置需要旋转120度(以图3所示为例)，完成设备总平台5上所有成形平台4的铺粉工作，该种结构的激光选区熔化成形设备在一定程度上提高了零件成形效率，但与图2所示结构相比，同时降低了设备成本。
本发明激光选区熔化成形设备的设备总平台5上的通孔可围绕可旋转送铺粉装置的旋转中心设置，也可以沿以可旋转送铺粉装置旋转中心为中心的圆的径向设置。
一种激光选区熔化成形方法，采用一种激光选区熔化成形设备，包括以下步骤：
步骤1、将基材放置于成形平台4上，调整成形平台4的高度，使基材上表面与设备总平台5上表面平齐；
步骤2、向送粉仓1内加入粉末，中空转轴6旋转，使粉末流经粉末出口7，进入刮刀系统3中，刮刀系统3在设备总平台5上所有成形平台4上的基材表面铺设一层粉末，中空转轴6停止旋转；
步骤3、启动激光系统2，激光系统2对各自对应的成形平台4区域内粉末层进行扫描；
步骤4、扫描完成后，成形平台4下降一个层厚的距离，重复步骤2中铺粉和步骤3扫描步骤，直至完成所有零件的成形。
本发明的一种激光选区熔化成形设备，采用旋转铺粉，极大节约了成形时间，提高了成形设备的效率，进而降低了产品的制造成本。采用同一设备多个成形平台，实现高效率、批量化零件成形，同时一台设备共用一套气氛保护系统、一套控制系统，最大程度降低设备成本，减少场地占用，进而降低零件加工成本。一种激光选区熔化成形方法，该成形的方法的成形效率高。

Claims (8)

1.一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：包括设备总平台(5)、可升降成形平台(4)、可旋转送铺粉装置及激光系统(2)，可旋转送铺粉装置的旋转中心位于设备总平台(5)的中心处，设备总平台(5)上开设有至少两个通孔，通孔沿设备总平台上表面向下延伸，成形平台(4)内嵌于通孔内且可在通孔内上下运动，激光系统(2)位于可升降成形平台上方，用于对与其对应的可升降成形平台表面粉末层进行扫描熔化。
2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述可旋转送铺粉装置包括送粉仓(1)、中空转轴(6)和刮刀系统(3)，送粉仓(1)底部开口，中空转轴(6)一端开口、一端封闭，中空转轴(6)的开口端与送粉仓(1)底部开口相连通，中空转轴(6)靠近封闭端一侧轴体上设置有粉末出口(7)，刮刀系统(3)通过粉末出口(7)与中空转轴(6)相连通，中空转轴(6)位于设备总平台(5)的中心处。
3.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述中空转轴(6)靠近封闭端一侧沿轴体周向均匀设置有至少两个粉末出口(7)，所述至少两个粉末出口(7)位于所述中空转轴的同一截面上，所述刮刀系统(3)和所述粉末出口(7)数量相同，每个刮刀系统(3)通过不同的粉末出口(7)与中空转轴(6)相连通，所述通孔的数量与刮刀系统(3)的数量相同，两个相邻刮刀系统(3)之间包含有一个所述通孔。
4.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述中空转轴(6)靠近封闭端一侧沿轴体周向均匀设置有至少两个粉末出口(7)，所述至少两个粉末出口(7)位于所述中空转轴的同一截面上，所述刮刀系统(3)和所述粉末出口(7)数量相同，每个刮刀系统(3)通过不同的粉末出口(7)与中空转轴(6)相连通，所述通孔的数量大于刮刀系统(3)的数量，至少两个刮刀系统(3)中至少存在一组相邻刮刀系统(3)之间包含有多个所述通孔。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述通孔围绕所述可旋转送铺粉装置的旋转中心设置。
6.根据权利要求1～4任一项所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述通孔沿以可旋转送铺粉装置旋转中心为中心的圆的径向设置。
7.根据权利要求1～4任一项所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述激光系统(2)包括激光器、振镜单元及光路系统。
8.一种激光选区熔化成形方法，采用权利要求2所述的一种激光选区熔化成形设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将基材放置于成形平台(4)上，调整成形平台(4)的高度，使基材上表面与设备总平台(5)上表面平齐；
步骤2、向送粉仓(1)内加入粉末，中空转轴(6)旋转，使粉末流经粉末出口(7)，进入刮刀系统(3)中，刮刀系统(3)在设备总平台(5)上所有成形平台(4)上的基材表面铺设一层粉末，中空转轴(6)停止旋转；
步骤3、启动激光系统(2)，激光系统(2)对各自对应的成形平台(4)区域内粉末层进行扫描；
步骤4、扫描完成后，可升降成形平台(4)下降一个层厚的距离，重复步骤2中铺粉和步骤3扫描步骤，直至完成所有零件的成形。
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