CN109261966A - 一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大成形尺寸可移动式高效烟尘处理选区激光熔化装备，主要包括激光振镜系统、智能监测系统、铺粉吹吸烟集成装置、成形工作台系统、粉末回收系统，所述激光振镜系统用于该装备的能量源和扫描路径的实施。所述成形工作台系统包括基板、基台、预热系统、微动调平机构、粉末密封装置以及基台运动控制及反馈系统。基台运动控制及反馈系统则实现基台和基板上下运动和位置的实时反馈。所述粉末回收系统包含收粉仓及收粉罐，实现粉末的即时回收。本发明解决了选区激光熔化成形尺寸小、成形过程烟尘难以有效处理等难题，可实现大尺寸选区激光熔化成形及其烟尘的有效实时处理，保证了零件的高质量成形。

Description

一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备

技术领域

本发明涉及一种金属激光增材制造设备，尤其涉及一种基于铺粉及吹吸烟机构一体式设计可移动式吹吸烟的选区激光熔化设备。

背景技术

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是金属增材制造技术的一种，它能根据零件三维CAD模型的切片数据直接成形出接近完全致密且性能优良的金属零件。基于逐层选择性完全熔化的成形机理，SLM具有多种独特优势：(1)能成形高度复杂结构零件，如轻量化多孔结构、随性冷却流道等；(2)设计者设计自由度得到极大解放，排除了大量制造工艺约束，使其能设计出更多优秀产品；(3)加工过程无需工装夹具，使加工工序大大缩减，产品研发与生产周期大为缩短，从而能快速响应市场需求；(4)能实现零件的一体化成形，提高了零件的整体性能及其可靠性；(5)材料利用率高，无切削浪费，回收的金属粉末可以重复使用；(6)无环境污染。成形过程为在惰性密闭环境中进行的金属粉末熔化成形，惰性气体在设备内循环过滤使用，无工业废水。(7)快速熔化快速凝固的成形机理，能获得显著细化且均匀的显微组织，零件综合性能得到提升。因此，SLM技术已受到欧美等发达国家高度重视，并制定了大量的产业化发展政策。然而，在SLM产业化推进过程中，仍然面临着大量技术难题：(1)选区激光熔化设备成形尺寸小，难以满足航空航天、汽车等行业大零件应用需求；(2)成形过程烟尘难以有效处理。成形尺寸的增大，会导致吹吸烟跨距增加，由于重力作用烟尘会落在成形零件表面，对零件性能产生影响；(3)选区激光熔化设备自动化及智能化程度不够，成形前处理及后处理时间过长，且缺乏成形过程的智能处理，即面对成形过程中的成形缺陷无法实时监测并作出相应的反馈措施；(4)成形基板难以进行有效固定。针对大成形基板，通过简单在边缘进行螺钉固定，不能有效抑制基板中心区域由于热应力累计引起的变形。因此，这一系列问题都将阻碍选区激光熔化技术产业化发展。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备。可根据路径规划调整吹吸烟距离，实现移动式吹吸烟。在保证不影响铺粉质量的前提下，提高吹吸烟效率，从而提高零件成形质量。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，包括激光振镜系统、智能检测系统、铺粉吹吸烟集成装置、成形工作台系统、粉末回收系统；

所述铺粉吹吸烟集成装置包括吸烟装置和铺粉吹烟集成装置；

所述成形工作台系统包括基板、基台、电动磁吸机构、预热装置、导轨滑块机构、电机以及基台架，所述基台架垂直设置于所述导轨滑块机构上，所述电机与所述基台架驱动连接，所述电动磁吸机构设置于所述基板与所述基台接触面之间，所述预热装置设置于所述基台架上表面内；

所述吸烟装置为一对分别设置于所述基台上方的机架两侧上，且与所述铺粉吹烟集成装置在同一水平面设置；

所述粉末回收系统包括承接于所述基台两边缘的收粉仓；

所述铺粉吹烟集成装置滑动设置于所述基台上方；

所述激光振镜系统、智能检测系统均设置于所述基台上方。

进一步地，所述铺粉吹烟集成装置包括可动安装板，垂直导轨、垂直滑块、水平导轨、水平滑块、主架、铺粉块，所述可动安装板通过所述水平滑块滑动安装于所述水平导轨上，所述垂直导轨设置于所述可动安装板上，所述主架的端部通过所述垂直滑块与所述垂直滑轨滑动连接，所述铺粉块固定设置于所述主架的底部，所述可动安装板上设置有驱动所述垂直滑块的电机。

更进一步地，所述可动安装板通过水平驱动装置驱动移动。

更进一步地，所述水平驱动装置为水平方向运动的皮带。

更进一步地，所述成形工作台系统还包括光栅尺，用于检测所述基板的升降位移。

更进一步地，所述成形工作台系统还包括微型调平电机，所述微型调平电机至少为三个设置于所述基台上，且其输出端作用于所述基板下端。

更进一步地，所述成形工作台系统还包括弹簧密封装置，所述弹簧密封装置设置于所述基台与所述收粉仓接触的两端的凹槽内，所述弹簧密封装置包括弹簧以及作用于所述收粉仓侧边的封闭塞。

更进一步地，所述粉末回收系统还包括与所述收粉仓连接的收粉罐。

更进一步地，所述主架两侧设置有吹气孔。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明解决了选区激光熔化成形尺寸小、成形过程烟尘难以有效处理等难题，可实现大尺寸选区激光熔化成形及其烟尘的有效实时处理，保证了零件的高质量成形。

附图说明

图1是本发明的整体结构的剖视结构示意图；

图2是铺粉吹烟集成装置的主视结构示意图；

图3是铺粉吹烟集成装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参照图1、图2、图3所示的结构示意图。

本发明实施例的一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，包括激光振镜系统1、智能检测系统2、铺粉吹吸烟集成装置、成形工作台系统、粉末回收系统。

其中铺粉吹吸烟集成装置包括吸烟装置3和铺粉吹烟集成装置4。

成形工作台系统包括基板5、弹簧密封装置6、电动磁吸机构7；微型调平电机8、基台11、预热装置12、光栅尺14、导轨滑块机构15、电机16以及基台架17。

成形工作台系统包括基板5、弹簧密封装置6、电动磁吸机构7；微型调平电机8、基台11、预热装置12、光栅尺14、导轨滑块机构15、电机16以及基台架17。

电动磁吸机构设置于所述基板与所述基台接触面之间，所述预热装置设置于所述基台架上表面内。

微型调平电机至少为三个设置于所述基台上，且其输出端作用于所述基板下端。通三个微型调平电机形成三点定位一个平面。固定其中一个调平电机，通过前后调平电机调整基板5，保证基板5和铺粉吹烟集成装置4的间隙均匀，然后调整左右调平电机调整基板5保证铺粉吹烟集成装置4左右运动时始终保持与基板5的间隙均匀，即铺粉层厚均匀。

粉末回收系统包括收粉仓9和收粉罐13。

弹簧密封装置设置于所述基台与所述收粉仓接触的两端的凹槽内，所述弹簧密封装置包括弹簧以及作用于所述收粉仓侧边的封闭塞。

激光振镜系统1安装在设备顶部安装板上，通过透镜进行密封产生偏转激光束，用于熔化粉末层。

智能检测系统2同样安装在顶部安装板上，由CCD、热成像仪构成，通过航空插头进行外部数据传输，且根据成形尺寸的大小进行多个均匀分布，用于监测成形过程。

激光振镜系统、智能检测系统均设置于基台上方，并正对着基台。

铺粉吹烟集成装置4包含了直线电机4－1、导轨4－2、滑块4－3、皮带4－4、可动安装板4－5、主架4－6、铺粉块4－7。铺粉块4－7由毛刷或者塑胶条构成，固定在主架4－6底部，用于粉末铺平。主架4－6通过滑块4－3安装在可动安装板上，通过电机4－1驱动，实现在导轨4－2上垂直上下运动。

导轨4－2包括垂直导轨、水平导轨、滑块4－3包括垂直滑块、水平滑块。可动安装板通过水平滑块滑动安装于水平导轨上，垂直导轨设置于可动安装板上，主架的端部通过垂直滑块与所述垂直滑轨滑动连接。

如图2所示，可动安装板4－5通过滑块4－3固定在本发明设备侧板上，通过皮带4－4带动其实现如图1所示的左右运动。

吸烟装置为一对分别设置于所述基台上方的机架两侧上，且与所述铺粉吹烟集成装置在同一水平面设置。

主架两侧设置有吹气孔。

本发明设备具体实施先后顺序为：基板5预先磨平，若基板为非磁性材料，如钛合金，需镶嵌磁块，用于吸附固定基板在基台上，若基板为磁性材料，则不需要镶嵌磁块。将基板放置在基台11上。基台上装有电动磁吸机构7，通过产生电磁将基板进行固定。驱动微动调平电机8实现基板在垂直方向缓慢运动，并配合铺粉吹烟集成装置4左右移动进行基板5的调平。铺粉吹烟集成装置4铺粉通过电机16驱动调整基板和铺粉块4－7之间的距离为一个层厚距离(20￣80微米)。预热装置12安装在基台5内，对基板进行预热。铺粉吹烟集成装置4复位回到基板的一端，智能检测系统2开启，检测铺粉质量。待仓内氧含量低于预设值及基板温度达到预设值后，铺粉吹烟集成装置4移动另一端完成铺粉，多余的粉末通过收粉仓9落到收粉罐13进行回收。主架4－6上升，避免对已铺粉末层产生影响，同时根据扫描区域规划移动到扫描最近区域，吹吸烟开启，在主架4－6与吸烟装置3之间形成惰性气体对流，并与外接过滤器(装有真空泵)开始气体循环，如图1箭头所示。激光振镜系统1开启，根据扫描路径策略进行当前层零件截面数据的扫描。根据扫描区域的移动，铺粉吹烟集成装置4进行跟随移动，实现移动式吹吸烟。整个成形过程智能监测系统2保持开启，实时反馈温度及变形数据。待一层成形结束，铺粉吹烟集成装置4就近回到两端复位点，电机16驱动基台11下降一个层厚，基台11位移量通过光栅尺14实时反馈数据实时调整，提高基台定位精度和重复定位精度。主架4－6下移并移动到另一端完成铺粉动作，如此循环以上步骤，直到整个零件加工完成。

本发明具有如下优点：

(1)采用双激光或四激光等多激光拼接方案设计。可实现选区激光熔化大尺寸零件成形，且多激光分工协作，极大提高零件成形效率；

(2)采用铺粉机构和吹吸烟机构集成式设计，即铺粉吹吸烟集成装置，可实现移动式烟尘处理。所述铺粉吹吸烟集成装置是在铺粉侧板上设有吹烟管道口，形成较大的储气仓，而在侧板上采用渐变式缩小孔径，达到气流增压效果，提高烟尘处理效率。同时该装置通过带轮进行传动，实现装置的左右运动。为了避免该装置运动过程中对已铺粉末的影响，同时设有电机驱动其上下运动，即铺好粉后，该装置能实现一定距离上升。该装置采用对称式设计，根据激光扫描区域的规划智能选择左吹方案还是右吹方案，最大限度的处理成形过程中产生的烟尘。

(3)铺粉机构采用对称方案设计，实现双向铺粉。所述铺粉机构设有螺旋供粉机构，保证铺粉机构内粉末均匀铺展，同时在铺粉机构底部对称设有齐整碳纤维或耐磨软塑胶，减小零件微变形对铺粉过程的影响。

(4)采用镶嵌式磁吸固定装置，实现大尺寸基板的有效固定。所述磁吸固定装置是在基板上镶嵌有多个磁块，而在基台上对应设有电磁装置，成形过程进行自动磁吸固定，取件时则可实现自动分离，保证多材料(包含非磁性材料)基板的有效固定。

(5)所述基台还包括了用于基板调平的微动电机、用于避免侧壁漏粉的弹簧密封装置以及采用分块式分布、用于基板预热的预热装置。

(6)所述基台与基台架采用螺钉连接，电机通过丝杠螺母驱动基台架上下运动，同时基台架旁设有光栅尺，用于精确反馈基台运动位置信息。

(7)所述发明设备在成形仓两侧设有收粉仓，且收粉仓连接有收粉罐，用于成形过程多余粉末的及时收集，实现粉末的重复利用。

(8)所述发明设备还包括了用于成形过程温度场检测的热成像仪和用于变形检测的CCD，实现整个成形过程的监测。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，包括激光振镜系统、智能检测系统、铺粉吹吸烟集成装置、成形工作台系统、粉末回收系统；

所述铺粉吹吸烟集成装置包括吸烟装置和铺粉吹烟集成装置；

所述成形工作台系统包括基板、基台、电动磁吸机构、预热装置、导轨滑块机构、电机以及基台架，所述基台架垂直设置于所述导轨滑块机构上，所述电机与所述基台架驱动连接，所述电动磁吸机构设置于所述基板与所述基台接触面之间，所述预热装置设置于所述基台架上表面内；

所述吸烟装置为一对分别设置于所述基台上方的机架两侧上，且与所述铺粉吹烟集成装置在同一水平面设置；

所述粉末回收系统包括承接于所述基台两边缘的收粉仓；

所述铺粉吹烟集成装置滑动设置于所述基台上方；

所述激光振镜系统、智能检测系统均设置于所述基台上方。

2.根据权利要求1所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述铺粉吹烟集成装置包括可动安装板，垂直导轨、垂直滑块、水平导轨、水平滑块、主架、铺粉块，所述可动安装板通过所述水平滑块滑动安装于所述水平导轨上，所述垂直导轨设置于所述可动安装板上，所述主架的端部通过所述垂直滑块与所述垂直滑轨滑动连接，所述铺粉块固定设置于所述主架的底部，所述可动安装板上设置有驱动所述垂直滑块的电机。

3.根据权利要求2所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述可动安装板通过水平驱动装置驱动移动。

4.根据权利要求3述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述水平驱动装置为水平方向运动的皮带。

5.根据权利要求2所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述成形工作台系统还包括光栅尺，用于检测所述基板的升降位移。

6.根据权利要求2所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述成形工作台系统还包括微型调平电机，所述微型调平电机至少为三个设置于所述基台好，且其输出端作用于所述基板下端。

7.根据权利要求2所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述成形工作台系统还包括弹簧密封装置，所述弹簧密封装置设置于所述基台与所述收粉仓接触的两端的凹槽内，所述弹簧密封装置包括弹簧以及作用于所述收粉仓侧边的封闭塞。

8.根据权利要求2所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述粉末回收系统还包括与所述收粉仓连接的收粉罐。

9.根据权利要求2－8任一项所述的大尺寸移动吹吸烟选区激光熔化智能装备，其特征在于，所述主架两侧设置有吹气孔。