CN106735220A - 一种多材料激光选区熔化成型装置与方法 - Google Patents

一种多材料激光选区熔化成型装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多材料激光选区熔化成型装置与方法;包括第一、第二供粉系统;每个供粉系统均包括粉料缸、铺粉导轨和铺粉臂;第一铺粉臂与第二铺粉臂相互交替工作,用于将与其对应的粉料缸内的粉末平铺在成型缸的工件成型区域。本装置采用独立的供粉系统,可以根据成型零件的属性要求,选择不用的成型材料进行激光选区熔化成型,两个系统同时受到控制系统的控制而独立运行,实现在同一成型缸成型多种材料零件的目的,具有铺粉速度快、成型效率高等优点。本装置针对每一供粉系统个配备了粉末回收室,可以将对应供粉系统运行中多余的粉末回收起来重新利用,避免了因不同粉末之间混合而造成粉末的污染和浪费。

Description

一种多材料激光选区熔化成型装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及激光选区熔化成型金属零件的快速成型领域,尤其涉及一种多材料激 光选区熔化成型装置与方法。
背景技术
[0002]激光选区熔化(SLM)成形技术是增材制造技术的一种,是快速成型技术的最新发 展技术。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理,依据三维设计软件设计的数字化零件的 三维数据,采用高能激光束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出功能零件"。与电 子束选区熔化、激光选区烧结等金属增材制造技术相比,激光选区熔化成形技术具有成型 精度高、致密度高以及后处理简单的特点,可以直接成型出具有复杂几何空间结构的高精 度功能零部件。该技术以结构功能一体化设计、制造周期短、近终形、无模具、无刀具等技术 优势成为复杂构件快速制造的先进制造手段,是金属增材制造技术最有发展前景的技术之 〇
[0003]虽然激光选区熔化技术发展迅速,已开始广泛应用于工业、运输、模具、航空航天 以及医疗等领域,但是目前激光选区熔化成型设备每次成型时只能选择一种材料,只能够 成型出具有单材料性能的零件产品,这无法满足人们对多种材料一体化零件的直接成型要 求,严重限制了激光选区熔化技术的应用范围。另外虽有学者尝试送粉式多材料成型方法, 但是会导致原始粉末混合而受到污染,无法重复利用。因此需要研宄一种能够在一次成型 中可以同时选择两种及两种以上材料,并且可以单独回收原始粉末重新利用,同时能满足 异种材料之间良好冶金结合性能的激光选区熔化设备。
发明内容
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足,提供一种多材料激光选区熔 化成型装置与方法。通过两供粉系统交替工作,实现异种材料的激光选区成型。
[0005] 本发明通过下述技术方案实现:
[0006] —种多材料激光选区熔化成型装置,包括控制系统5、供能系统及成型室16,所述 成型室16内包括成型缸14和供粉系统;
[0007]所述供粉系统分为第一供粉系统、第二供粉系统;
[000S]所述第一供粉系统包括第一粉料缸7、第一铺粉导轨11和第一铺粉臂8;所述第一 铺粉臂8安装在第一铺粉导轨11上,并沿其轨迹往复运动;
[0009]所述第二供粉系统包括第二粉料缸2、第二铺粉导轨13和第二铺粉臂15;所述第二 铺粉臂15安装在第二铺粉导轨13上,并沿其轨迹往复运动;
[0010]所述第一铺粉臂S与第二铺粉臂is相互交替工作,用于将与其对应的粉料缸内的 粉末平铺在成型缸14的工件6成型区域。
[0011]所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分别位于成型缸14相邻的两个侧边;第一铺粉导 轨11和第二铺粉导轨13分别位于成型缸14相邻的的另两个侧边;
[0012] 所述第一铺粉导轨11与第二铺粉导轨13的轴线彼此垂直,第一铺粉臂8与第二铺 粉臂15的运行轨迹彼此垂直。
[0013] 所述第一粉料缸7的长度与成型缸14的宽度相等;第二粉料缸2的长度与成型缸14 长度相等;第一粉料缸7的长边线垂直于第二粉料缸2的长边线。
[0014] 所述成型缸14两个临近第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13的侧边,分别设置有第 一粉末回收室12和第二粉末回收室9;它们分别对应回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在铺 粉过程中收集剩余的粉末。
[0015] 所述第一粉末回收室12的长边与成型缸14的短边尺寸相等;所述第二粉末回收室 9的长边与成型缸14的长边尺寸相等。
[0016] 所述第一铺粉臂8沿第一铺粉导轨11上的运动由第一驱动电机10驱动;
[0017] 所述第二铺粉臂15沿第二铺粉导轨13上的运动由第二驱动电机1驱动。
[0018] 所述控制系统5和供能系统相邻、并位于成型室16的右侧空余处;
[0019] 控制系统5用于控制激光器发射激光、关停激光、控制供粉系统的铺粉运动,以及 成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降;
[0020] 供能系统包括激光器4、光纤3和扫描振镜17,激光器4产生的激光通过光纤3传递 到扫描振镜17,并照射到成型缸14的工件6成型区域的粉末材料表面。
[0021] 本发明多材料激光选区熔化成型装置的运行方法,包括如下步骤:
[0022]步骤一:根据待加工工件6的属性要求,将不同材质的粉末分别装入相应的第一粉 料缸7和第二粉料缸2内;
[0023] 步骤二:控制系统5根据待成型的工件6的属性要求,控制第一铺粉臂8处于初始位 置,接着第一粉料缸7内粉末上升一个粉层高度,随后第一铺粉臂8在第一驱动电机10的驱 动下,沿着第一铺粉导轨I3通过第一铺粉刷I9将第一粉料缸7内的粉末平铺到成型缸14的 成型区域上,多余的粉末材料则进入第一粉末回收室12内,完成第一粉料缸7的铺粉作业; 控制系统5根据工件6成型工艺参数,控制激光器4产生激光束18,同时控制扫描振镜17的扫 描速度,开始成型作业;
[0024]步骤三:当一层或者一层以上(具体层数根据零件的要求而定)的零件实体成型 后,控制系统5控制第二铺粉臂15处于初始位置,接着第二粉料缸2内粉末上升一个粉层高 度,随后第二铺粉臂I5在第二驱动电机1的驱动下,沿着第二铺粉导轨13通过第二铺粉刷23 将第二粉料缸2内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上,多余的粉末材料则进入第二粉末 回收室9内,完成第二粉料缸2的铺粉作业;控制系统5根据工件6成型工艺参数,控制激光器 4产生激光束1S,同时控制扫描振镜17的扫描速度,开始成型作业。
[0025]根据待加工工件6各层的工艺要求,循环进行步骤二和步骤三,即可成型出具有多 材料属性的工件。
[0026]本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:
[0027]本发明采用独立的第一与第二供粉系统,可以根据成型零件的属性要求,选择不 用的成型材料进行激光选区熔化成型,两个系统同时受到控制系统的控制而独立运行,实 现在同一成型缸成型多种材料零件的目的,具有铺粉速度快、成型效率高等优点。
[0028]本发明针对每一供粉系统个配备了粉末回收室,可以将对应供粉系统运行中多余 的粉末回收起来重新利用,避免了因不同粉末之间混合而造成粉末的污染和浪费。 L “多勸供縣统,实现了材獅快職购多余材料的回 雖讎瓣—麵廳綱纖 供粉系统采用垂鼓叉式11作布局,当—个供粉系统工作完成 踰置,—了两个供縣统运行时_碰撞与干涉问题。
[0031]本发明结构简单,造价低廉。
附图说明
[0032]图1为本发明多材料激光选区熔化成型装置结构示意图。
[0033]图2为图1中A-A剖面结构示意图。
[0034]图3为图1中B—B剖面结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0036] 实施例
[0037]如图1至3所不。本发明公开了一种多材料激光选区恪化成型装置,包括控制系统 5、供能系统及成型室16,所述成型室16内包括成型缸14和供粉系统;所述供粉系统分为第 一供粉系统、第二供粉系统;
[0038]所述第一供粉系统包括第一粉料缸7、第一铺粉导轨11和第一铺粉臂8;所述第一 铺粉臂8安装在第一铺粉导轨11上,并沿其轨迹往复运动;
[0039]所述第二供粉系统包括第二粉料缸2、第二铺粉导轨13和第二铺粉臂15;所述第二 铺粉臂15安装在第二铺粉导轨13上,并沿其轨迹往复运动;
[0040]所述第一铺粉臂8与第二铺粉臂15相互交替工作,用于将与其对应的粉料缸内的 粉末平铺在成型缸14的工件6成型区域。
[0041]所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分别位于成型缸14相邻的两个侧边;第一铺粉导 轨11和第二铺粉导轨13分别位于成型缸14相邻的的另两个侧边;
[0042] 所述第一铺粉导轨11与第二铺粉导轨13的轴线彼此垂直,第一铺粉臂8与第二铺 粉臂15的运行轨迹彼此垂直。
[0043] 所述第一粉料缸7的长度与成型缸14的宽度相等;第二粉料缸2的长度与成型缸14 长度相等;第一粉料缸7的长边线垂直于第二粉料缸2的长边线。
[0044] 所述成型缸14两个临近第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13的侧边,分别设置有第 一粉末回收室12和第二粉末回收室9;它们分别对应回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在铺 粉过程中剩余的粉末。
[0045] 所述第一粉末回收室12的长边与成型缸14的短边尺寸相等;所述第二粉末回收室 9的长边与成型缸14的长边尺寸相等。
[0046] 所述第一铺粉臂8沿第一铺粉导轨11上的运动由第一驱动电机1〇驱动;
[0047] 所述第二铺粉臂15沿第二铺粉导轨13上的运动由第二驱动电机1驱动。
[0048] 所述控制系统5和供能系统相邻、并位于成型室16的右侧空余处;不仅节省空间并 利用散热,而且可以放止电器干扰。
[0049]控制系统5用于控制激光器发射激光、关停激光、控制供粉系统的铺粉运动,以及 成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降;
[0050]供能系统包括激光器4、光纤3和扫描振镜17,激光器4产生的激光通过光纤3传递 到扫描振镜17,并照射到成型缸14的工件6成型区域的粉末材料表面。
[0051]激光器4和控制系统5与成型室16通过2mm厚不锈钢板隔离,且激光器4与控制系统 5之间保留5cm的缝隙用于散热,激光器4与控制系统5之间通过控制信号线相连通。
[0052] 本发明多材料激光选区熔化成型装置的运行方法,可通过如下步骤实现:
[0053]步骤一:根据待加工工件6的属性要求,将不同材质的粉末分别装入相应的第一粉 料缸7和第二粉料缸2内;
[00M] 步骤二:控制系统5根据待成型的工件6的属性要求,控制第一铺粉臂8处于初始位 置,接着第一粉料缸7内粉末上升一个粉层高度,随后第一铺粉臂8在第一驱动电机10的驱 动下,沿着第一铺粉导轨I3通过第一铺粉刷I9将第一粉料缸7内的粉末平铺到成型缸14的 成型区域上,多余的粉末材料则进入第一粉末回收室12内,完成第一粉料缸7的铺粉作业; 控制系统5根据工件6成型工艺参数,控制激光器4产生激光束I8,同时控制扫描振镜17的扫 描速度,开始成型作业;
[0055] 步骤三:当一层或者一层以上(具体层数根据零件的要求而定)的零件实体成型 后,控制系统5控制第二铺粉臂15处于初始位置,接着第二粉料缸2内粉末上升一个粉层高 度,随后第二铺粉臂15在第二驱动电机1的驱动下,沿着第二铺粉导轨13通过第二铺粉刷23 将第二粉料缸2内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上,多余的粉末材料则进入第二粉末 回收室9内,完成第二粉料缸2的铺粉作业;控制系统5根据工件6成型工艺参数,控制激光器 4产生激光束18,同时控制扫描振镜17的扫描速度,开始成型作业。
[0056]根据待加工工件6各层的工艺要求,循环进行步骤二和步骤三,即可成型出具有多 材料属性的工件。 '
[0057]第一铺粉刷I9和第二铺粉刷23为激光切割的间距为lrara的梳子形状,材料为厚度 是0.05mm的316L不锈钢薄片。
[0058] 如上所述,便可较好地实现本发明。
[0059]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他任何未背离本发明的精神实质 与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在^发明^ 保护范围之内。 '

Claims (9)

1. 一种多材料激光选区熔化成型装置,包括控制系统(5)、供能系统及成型室(16),所 述成型室(16)内包括成型缸(14)和供粉系统;其特征在于: 所述供粉系统分为第一供粉系统、第二供粉系统; 所述第一供粉系统包括第一粉料缸(7)、第一铺粉导轨(11)和第一铺粉臂(8);所述第 一铺粉臂(8)安装在第一铺粉导轨(11)上,并沿其轨迹往复运动; 所述第二供粉系统包括第二粉料缸(2)、第二铺粉导轨(13)和第二铺粉臂(15);所述第 二铺粉臂(15)安装在第二铺粉导轨(13)上,并沿其轨迹往复运动; 所述第一铺粉臂(8)与第二铺粉臂(15)相互交替工作,用于将与其对应的粉料缸内的 粉末平铺在成型缸(14)的工件⑹成型区域。
2. 根据权利要求1所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述第一粉料缸 ⑺和第二粉料缸⑵分别位于成型缸(14)相邻的两个侧边;第一铺粉导轨(11)和第二铺粉 导轨(13)分别位于成型缸(14)相邻的的另两个侧边; 所述第一铺粉导轨(11)与第二铺粉导轨(13)的轴线彼此垂直,第一铺粉臂(8)与第二 铺粉臂(15)的运行轨迹彼此垂直。
3. 根据权利要求1所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述第一粉料缸 (7)的长度与成型缸(14)的宽度相等;第二粉料缸(2)的长度与成型缸(14)长度相等;第一 粉料缸⑺的长边线垂直于第二粉料缸(2)的长边线。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述 成型缸(14)两个临近第一铺粉导轨(11)和第二铺粉导轨(13)的侧边,分别设置有第一粉末 回收室(12)和第二粉末回收室(9);它们分别对应回收第一粉料缸(7)和第二粉料缸(2)在 铺粉过程中收集剩余的粉末。
5. 根据权利要求4所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述第一粉末回收 室(12)的长边与成型缸(14)的短边尺寸相等;所述第二粉末回收室(9)的长边与成型缸 (14)的长边尺寸相等。
6. 根据权利要求4所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述第一铺粉臂 ⑻沿第一铺粉导轨(11)上的运动由第一驱动电机(10)驱动; 所述第二铺粉臂(15)沿第二铺粉导轨(13)上的运动由第二驱动电机(1)驱动。
7.根据权利要求4所述多材料激光选区熔化成型装置,其特征在于:所述控制系统(5) 和供能系统相邻、并位于成型室(16)的右侧空余处; 控制系统(5)用于控制激光器发射激光、关停激光、控制供粉系统的铺粉运动,以及成 型缸(14)、第一粉料缸⑺和第二粉料缸⑵的升降; 供能系统包括激光器(4)、光纤(3)和扫描振镜(17),激光器(4)产生的激光通过光纤 (3)传递到扫描振镜(17),并照射到成型缸(14)的工件⑹成型区域的粉末材料表面。
8.权利要求1至7中任一项所述多材料激光选区熔化成型装置的运行方法,其特征在于 包括如下步骤: 步骤一:根据待加工工件^3)的属性要求,将不同材质的粉末分别装入相应的第一粉料 缸⑺和第二粉料缸⑵内; 步骤二:控制系统(5)根据待成型的工件(6)的属性要求,控制第一铺粉臂(8)处于初始 位置,接着第一粉料缸(7)内粉末上升一个粉层高度,随后第一铺粉臂(8)在第一驱动电机 (10)的驱动下,沿着第一铺粉导轨13通过第一铺粉刷(19)将第一粉料缸(7)内的粉末平铺 到成型缸(14)的成型区域上,多余的粉末材料则进入第一粉末回收室(1¾内,完成第一粉 料缸(7)的铺粉作业;控制系统(5)根据工件⑹成型工艺参数,控制激光器⑷产生激光束 (18),同时控制扫描振镜(17)的扫描速度,开始成型作业; 步骤三:当一层或者一层以上的零件实体成型后,控制系统(5)控制第二铺粉臂(15)处 于初始位置,接着第二粉料缸(2)内粉末上升一个粉层高度,随后第二铺粉臂(15)在第二驱 动电机⑴的驱动下,沿着第二铺粉导轨(1¾通过第二铺粉刷(23)将第二粉料缸(2)内的粉 末平铺到成型缸(14)的成型区域上,多余的粉末材料则进入第二粉末回收室⑼内,完成第 二粉料缸(2)的铺粉作业;控制系统(5)根据工件(6)成型工艺参数,控制激光器(4)产生激 光束(18),同时控制扫描振镜(17)的扫描速度,开始成型作业。
9.根据权利要求8所述多材料激光选区熔化成型装置的运行方法,其特征在于:根据代 加工工件⑹各层的属性要求,循环进行步骤二和步骤三,即可成型出具有多材料属性的工 件。
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