CN111842886A - 一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备及扫描方法，该设备包括多个结构相同的吹吸风口单元、刮刀、粉末床表面及用于成形区域划分和扫描的动态聚焦振镜组，所述的动态聚焦振镜组沿刮刀运动方向均匀分布多列且每列下方均设有吹吸风口单元，所述的吹吸风口单元包括吹风口和吸风口，吹风口与吸风口与外部除尘过滤系统连接；还包括用于吹吸风口单元支撑的风口运动支架、用于风口运动支架竖直运动的竖直运动导轨和用于风口运动支架水平运动的水平运动导轨，所述的吹吸风口单元沿刮刀运动方向均匀分布在风口运动支架上，本发明能够保证零件的成形质量及工艺一致性，使设备长时间稳定运行，同时提高设备的成形效率。

Description

一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备及扫描方法

技术领域

本发明涉及激光选区熔化技术领域，具体涉及一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备及扫描方法。

背景技术

在现有激光选区熔化设备中，成形过程中所产生的烟尘主要通过一套除尘净化系统来去除，其基本结构主要包括两部分，分别为成形仓内一组相对的吹、吸风口结构及成形仓外的包含过滤箱以及风机在内的粉尘过滤系统，它们通过管道相互连接，共同组成一个封闭的循环回路。在工作过程中，防爆风机带动气流的流动，进而在成形仓内吹、吸风口之间的粉末层上方形成稳定的层流将成形过程所产生的烟尘经吸风口带走，并送入到过滤箱进行过滤，所获得的纯净气氛再通过管道回路重新经吹风口输送到成形仓内，形成一个封闭循环。在吹风口及吸风口的结构设计上，一般遵循保证吹风口处及吸风口处的各自的气流流速一致性的原则。除此之外，在成形仓内一般设有保护振镜的吹气装置，避免烟尘附着到振镜保护镜上造成激光的损耗及对振镜保护镜的破坏。

目前激光选区熔化设备所使用的吹、吸风口结构布局一般只适用于成形幅面在500mm以下的设备中，当成形幅面扩大到一定程度时(如500mm)，会出现许多难以避免的问题，导致除尘效果迅速降低。例如，在多激光束阵列扫描时，气流上游成形区域所带来的烟尘会削弱下游成形区域的激光功率；惰性气流的流速在流动方向上损失较大，气流容易扩散，导致烟尘不易被及时吸走；以及烟尘中的较大颗粒容易落到粉层上，影响烧结及铺粉质量等。如此不仅会大大增加零件成形的工艺难度，而且严重影响零件的成形质量及性能的均一性，同时也降低了设备的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供了一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备及扫描方法，能够保证零件的成形质量及工艺一致性，使设备长时间稳定运行，同时提高设备的成形效率。

第一方面，本发明的实施例提出一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，包括多个结构相同的吹吸风口单元、刮刀、粉末床表面及用于成形区域划分和扫描的动态聚焦振镜组，所述的动态聚焦振镜组沿刮刀运动方向均匀分布多列且每列下方均设有吹吸风口单元，所述的吹吸风口单元包括吹风口和吸风口，吹风口与吸风口与外部除尘过滤系统连接；还包括用于吹吸风口单元支撑的风口运动支架、用于风口运动支架竖直运动的竖直运动导轨和用于风口运动支架水平运动的水平运动导轨，所述的吹吸风口单元沿刮刀运动方向均匀分布在风口运动支架上，所述的水平运动导轨设在竖直运动导轨之间且与刮刀运动方向相同，所述的风口运动支架滑动设置在水平运动导轨内。

进一步地，所述相邻的吹风口与吸风口背向贴合。

进一步地，所述动态聚焦振镜组的列数与吹吸风口单元的数量相同。

进一步地，所述风口运动支架包括用于连接多个吹吸风口单元的连接杆，连接杆滑动设在水平运动导轨上。

进一步地，所述竖直运动导轨上设有用于限定风口运动支架上下位置的限位开关，水平运动导轨上水平设有用于限定风口运动支架左右位置的限位杆。

进一步地，所述吹风口及吸风口的长度大于成形幅面的宽度。

第二方面，本发明提供一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，利用第一方面所述的除尘设备，包括如下步骤：

S1：沿刮刀运动方向对成形幅面进行区域划分形成与动态聚焦多振镜组列数相对应的等宽度矩形扫描区域，并确定相邻两个振镜的扫描范围重叠的区域作为搭接区；

S2：将所获得的每一个等宽度矩形扫描区域沿刮刀运动方向进一步划分成三个等宽度的细分矩形区域，分别为区域1、区域2和区域3；

S3：按照零件模型的切片数据对成形幅面进行分区扫描。在开始扫描时，风口运动支架位于初始的A状态，此时风口运动支架位于水平运动导轨左侧且位于竖直运动导轨上侧，且刮刀在粉末床表面进行铺粉；

S4：待S3完成后，风口运动支架运动至B状态，此时风口运动支架位于水平运动导轨左侧且位于竖直运动导轨下侧，当风口运动支架位于B状态时，所述的动态聚焦多振镜组依次扫描区域1和区域2，待所有动态聚焦多振镜组完成区域1的扫描后，风口运动支架由B状态向C状态移动，所述的C状态下，风口运动支架位于水平运动导轨的右侧且位于竖直运动导轨下侧，在风口运动支架由B状态向C状态运动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组等待风口运动支架运动至C状态，待风口运动支架运动至C状态之后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组开始扫描区域3，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续依次扫描区域2和区域3直至所有动态聚焦多振镜组完成区域3的扫描；

S5：待S4完成后，风口运动支架由C状态运动至D状态，所述的D状态下，风口运动支架位于水平运动导轨的右侧且位于竖直运动导轨的上侧，且刮刀继续在粉末床表面进行铺粉；

S6：待S5完成后，风口运动支架由D状态移动至C状态，动态聚焦多振镜组依次扫描区域3和区域2，待所有动态聚焦多振镜组完成区域3的扫描后，风口运动支架由C状态向B状态移动，在风口运动支架由C状态向B状态移动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组等待运动至B状态，待风口运动支架运动至B状态后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组开始扫描区域1，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续的依次扫描区域2和区域1直至所有动态聚焦多振镜组完成区域1的扫描；

S7：重复S3至S6，直至成形完毕。

根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述等宽度矩形扫描区域的长宽小于等于450mm×450mm。

根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述搭接区的宽度为50mm～100mm。

综上，本发明适用于大幅面激光选区熔化设备中的固定式动态聚焦多振镜组，无需要振镜组移动，避免了对设备传动装置提出较高的精度要求，提高了设备的成形精度；通过设计支架运动方式及对扫描路径进行分区规划，在风口运动支架运动过程中，能够尽量保持激光的不间断扫描，同时风口运动支架行程较短，提高了设备的成形效率；相对于移动式的振镜组，面向固定式动态聚焦多振镜组，能够针对设备所成形的幅面大小，最大化设置振镜的数量，提高设备的成形速率；所有吹吸气口都固定在一个运动支架上，同时吹吸气口运动轨迹的较为固定和简单，降低了传动装置的复杂程度，提高了设备稳定性；通过对成形区域进行区域划分，并针对振镜组设置对应的吹吸风口，可以避免在多激光束阵列扫描时，上游成形区域气流的所带来的烟尘对下游成形区域的激光功率的影响。同时可以通过吹风口支架的运动，避免其与刮刀运动轨迹之间的冲突，同时实现了整个成形幅面的无死角成形及烟尘去除。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明振镜组扫描区域的搭接关系示意图；

图2是本发明细分区域示意图；

图3是本发明除尘设备结构示意图；

图4是本发明中A状态下工作状态示意图；

图5是本发明中B状态下工作状态示意图；

图6是本发明中C状态下工作状态示意图；

图7是本发明中D状态下工作状态示意图。

图中：

1、竖直运动导轨2、水平运动导轨3、风口运动支架4、吹风口5、吸风口6、刮刀7、粉末床表面8、动态聚焦多振镜组9、限位杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1至图3所示是本发明实施例的第一方面，本发明的实施例提出一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，包括多个结构相同的吹吸风口单元、刮刀6、粉末床表面7及用于成形区域划分和扫描的动态聚焦振镜组，所述的动态聚焦振镜组沿刮刀6运动方向均匀分布多列且每列下方均设有吹吸风口5单元，所述的吹吸风口5单元包括吹风口4和吸风口5，吹风口4与吸风口5与外部除尘过滤系统连接；还包括用于吹吸风口5单元支撑的风口运动支架3、用于风口运动支架3竖直运动的竖直运动导轨1和用于风口运动支架3水平运动的水平运动导轨2，所述的吹吸风口5单元沿刮刀6运动方向均匀分布在风口运动支架3上，所述的水平运动导轨2设在竖直运动导轨1之间且与刮刀6运动方向相同，所述的风口运动支架3滑动设置在水平运动导轨2内。

作为本发明的一具体实施例，为了能够降低吹风口4及吸风口5所占的区域面积，使其能够放置于细分的矩形区域内，并使吹风口4及吸风口5之间的距离略大于所作用的两个细分矩形区域，以保证吹风口4与吸风口5之间所形成的气流能够覆盖两个细分矩形区域，所述相邻的吹风口4与吸风口5背向贴合。

作为本发明的一具体实施例，所述动态聚焦振镜组的列数与吹吸风口5单元的数量相同，对于更大成形幅面的激光选区熔化设备，可以通过增加吹风口4与吸风口5的长度及列数来达到使用要求，为了提高除尘效果吹风口4与吸风口5之间的距离为400mm～500mm。

作为本发明的一具体实施例，所述风口运动支架3包括用于连接多个吹吸风口5单元的连接杆，连接杆滑动设在水平运动导轨2上。

作为本发明的一具体实施例，所述竖直运动导轨1上设有用于限定风口运动支架3上下位置的限位开关，水平运动导轨2上水平设有用于限定风口运动支架3左右位置的限位杆9，本实施例中的限位开关为现有接触开关或光电开关，只要能够起到限位功能的电控开关均可，水平运动导轨2上水平设有用于限定风口运动支架3左右位置的限位杆9，限位杆9上同样设有限位开关。

作为本发明的一具体实施例，为了确保吹风口4与吸风口5之间所形成的气流能够覆盖成形时所作用扫描区域，并保证成形区域上方的气流均匀分布，所述吹风口4及吸风口5的长度大于成形幅面的宽度。

如图4至图7所示，第二方面，本发明提供一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，利用第一方面所述的除尘设备，包括如下步骤：

S1：沿刮刀6运动方向对成形幅面进行区域划分形成与动态聚焦多振镜组8列数相对应的等宽度矩形扫描区域，并确定相邻两个振镜的扫描范围重叠的区域作为搭接区；

S2：将所获得的每一个等宽度矩形扫描区域沿刮刀6运动方向进一步划分成三个等宽度的细分矩形区域，分别为区域1、区域2和区域3；

S3：按照零件模型的切片数据对成形幅面进行分区扫描。在开始扫描时，风口运动支架3位于初始的A状态，此时风口运动支架3位于水平运动导轨2左侧且位于竖直运动导轨1上侧，且刮刀6在粉末床表面7进行铺粉；

S4：待S3完成后，风口运动支架3运动至B状态，此时风口运动支架3位于水平运动导轨2左侧且位于竖直运动导轨1下侧，当风口运动支架3位于B状态时，所述的动态聚焦多振镜组8依次扫描区域1和区域2，待所有动态聚焦多振镜组8完成区域1的扫描后，风口运动支架3由B状态向C状态移动，所述的C状态下，风口运动支架3位于水平运动导轨2的右侧且位于竖直运动导轨1下侧，在风口运动支架3由B状态向C状态运动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8等待风口运动支架3运动至C状态，待风口运动支架3运动至C状态之后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8开始扫描区域3，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8持续依次扫描区域2和区域3直至所有动态聚焦多振镜组8完成区域3的扫描；

S5：待S4完成后，风口运动支架3由C状态运动至D状态，所述的D状态下，风口运动支架3位于水平运动导轨2的右侧且位于竖直运动导轨1的上侧，且刮刀6继续在粉末床表面7进行铺粉；

S6：待S5完成后，风口运动支架3由D状态移动至C状态，动态聚焦多振镜组8依次扫描区域3和区域2，待所有动态聚焦多振镜组8完成区域3的扫描后，风口运动支架3由C状态向B状态移动，在风口运动支架3由C状态向B状态移动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8等待运动至B状态，待风口运动支架3运动至B状态后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8开始扫描区域1，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组8持续的依次扫描区域2和区域1直至所有动态聚焦多振镜组8完成区域1的扫描；

S7：重复S3至S6，直至成形完毕。

根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述等宽度矩形扫描区域的长宽小于等于450mm×450mm。

根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述搭接区的宽度为50mm～100mm。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，包括多个结构相同的吹吸风口单元、刮刀、粉末床表面及用于成形区域划分和扫描的动态聚焦振镜组，其特征在于，所述的动态聚焦振镜组沿刮刀运动方向均匀分布多列且每列下方均设有吹吸风口单元，所述的吹吸风口单元包括吹风口和吸风口，吹风口与吸风口与外部除尘过滤系统连接；还包括用于吹吸风口单元支撑的风口运动支架、用于风口运动支架竖直运动的竖直运动导轨和用于风口运动支架水平运动的水平运动导轨，所述的吹吸风口单元沿刮刀运动方向均匀分布在风口运动支架上，所述的水平运动导轨设在竖直运动导轨之间且与刮刀运动方向相同，所述的风口运动支架滑动设置在水平运动导轨内。

2.根据权利要求1所述的大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，其特征在于，所述相邻的吹风口与吸风口背向贴合。

3.根据权利要求1所述的大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，其特征在于，所述动态聚焦振镜组的列数与吹吸风口单元的数量相同。

4.根据权利要求1所述的大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，其特征在于，所述风口运动支架包括用于连接多个吹吸风口单元的连接杆，连接杆滑动设在水平运动导轨上。

5.根据权利要求1所述的大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，其特征在于，所述竖直运动导轨上设有用于限定风口运动支架上下位置的限位开关，水平运动导轨上水平设有用于限定风口运动支架左右位置的限位杆。

6.根据权利要求1所述的大型激光选区熔化成形除尘扫描设备，其特征在于，所述吹风口及吸风口的长度大于成形幅面的宽度。

7.一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，利用权利要求1-5中任一项所述的除尘设备，其特征在于，包括如下步骤：

S1：沿刮刀运动方向对成形幅面进行区域划分形成与动态聚焦多振镜组列数相对应的等宽度矩形扫描区域，并确定相邻两个振镜的扫描范围重叠的区域作为搭接区；

S2：将所获得的每一个等宽度矩形扫描区域沿刮刀运动方向进一步划分成三个等宽度的细分矩形区域，分别为区域1、区域2和区域3；

S3：按照零件模型的切片数据对成形幅面进行分区扫描，在开始扫描时，风口运动支架位于初始的A状态，此时风口运动支架位于水平运动导轨左侧且位于竖直运动导轨上侧，且刮刀在粉末床表面进行铺粉；

S4：待S3完成后，风口运动支架运动至B状态，此时风口运动支架位于水平运动导轨左侧且位于竖直运动导轨下侧，当风口运动支架位于B状态时，所述的动态聚焦多振镜组依次扫描区域1和区域2，待所有动态聚焦多振镜组完成区域1的扫描后，风口运动支架由B状态向C状态移动，所述的C状态下，风口运动支架位于水平运动导轨的右侧且位于竖直运动导轨下侧，在风口运动支架由B状态向C状态运动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组等待风口运动支架运动至C状态，待风口运动支架运动至C状态之后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组开始扫描区域3，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续依次扫描区域2和区域3直至所有动态聚焦多振镜组完成区域3的扫描；

S5：待S4完成后，风口运动支架由C状态运动至D状态，所述的D状态下，风口运动支架位于水平运动导轨的右侧且位于竖直运动导轨的上侧，且刮刀继续在粉末床表面进行铺粉；

S6：待S5完成后，风口运动支架由D状态移动至C状态，动态聚焦多振镜组依次扫描区域3和区域2，待所有动态聚焦多振镜组完成区域3的扫描后，风口运动支架由C状态向B状态移动，在风口运动支架由C状态向B状态移动的过程中，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续扫描区域2，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组等待运动至B状态，待风口运动支架运动至B状态后，已完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组开始扫描区域1，未完成区域2扫描的动态聚焦多振镜组持续的依次扫描区域2和区域1直至所有动态聚焦多振镜组完成区域1的扫描；

S7：重复S3至S6，直至成形完毕。

8.根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述等宽度矩形扫描区域的长宽小于等于450mm×450mm。

9.根据权利要求7所述的一种大型激光选区熔化成形除尘扫描方法，其特征在于，所述搭接区的宽度为50mm～100mm。

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