CN112658289A - 一种激光增材制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光增材制造设备，包括工作腔体，所述工作腔内安装有工作台和设置在所述工作台上方的激光器系统，所述激光器系统在所述工作台上产生成形金属件；所述工作腔体内还设置有可变形的密封件，所述密封件将所述工作腔体分为容积可变的空气腔和保护气体腔；所述激光器系统和所述工作台均设置在所述保护气体腔内；所述工作腔体上还设置有连通所述空气腔的通气口、及连通所述保护气体腔的进气口和出气口；本发明通过向保护气体腔中充入保护气体，使保护气体和空气不接触，缩短了充入保护气体的时间，提高了工作效率，并且减少了保护气体的浪费，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光增材的技术领域，尤其涉及一种激光增材制造设备。
背景技术
激光增材技术是利用快速原型制造的基本原理，以金属粉末为原材料， 采用高能量的激光作为能量源，按照预定的加工路径，将同步送给的金属粉 末进行逐层熔化，快速凝固和逐层沉积，从而实现金属零件的直接制造。
在大气环境下进行激光增材制造过程，一些活泼金属(钛合金、铝合金 等)表面会发生氧化现象，由于金属氧化物对激光能量的吸收率不同，以及 氧化物造成的构件表面起伏不平，导致工作面不同部位对激光束的吸收率出 现明显变化，使得移动熔池的尺寸在增材制造过程中无法保持稳定，从而显 著影响成形件的表面质量和性能。所以在进行激光增材时，需要向工作腔内 预先充入保护气体，保证腔体内氧气的含量控制在一定范围之内，以防止活 泼金属在成形过程中被氧化，影响成形材料的最终性能。
在充入保护气体的过程中，保护气体会与工作腔内的空气混合，部分保 护气体会随空气一同被排出。随着工作腔内的保护气体浓度逐渐增加，氧气 浓度下降的速度越来越慢，这使充入保护气体的时间过长，导致生产效率降 低，并且部分保护气体被浪费，提高了生产成本。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种激光增材制造设备， 使保护气体和空气不接触，缩短了充入保护气体的时间，并减少了保护气体 的浪费。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光增材制造设备，包 括工作腔体，所述工作腔内安装有工作台和设置在所述工作台上方的激光器 系统，所述激光器系统在所述工作台上产生成形金属件；
所述工作腔体内还设置有可变形的密封件，所述密封件将所述工作腔体 分为容积可变的空气腔和保护气体腔；所述激光器系统和所述工作台均设置 在所述保护气体腔内；所述工作腔体上还设置有连通所述空气腔的通气口、 及连通所述保护气体腔的进气口和出气口。
本发明的有益效果是：通过向保护气体腔中充入保护气体，使保护气体 和空气不接触，缩短了充入保护气体的时间，提高了工作效率，并且减少了 保护气体的浪费，降低了生产成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述密封件为气模，并且所述气膜连接所述工作腔体的底部四 周内壁及所述激光器系统顶部的所述工作腔体内壁。
进一步，当所述激光器系统工作时，所述气膜紧贴所述工作腔体内壁的 顶面及四周侧面；当所述激光器系统停止工作时，所述气膜紧贴所述工作腔 体内壁的底面、所述激光器系统和所述工作台。
进一步，所述工作腔体包括底座和盖体，所述气膜安装在所述盖体上； 所述盖体固定，所述底座底部设置有控制所述底座升降的升降机构。
进一步，所述盖体底部设置有密封圈，所述密封圈的底部紧贴所述底座 的顶部。
进一步，所述激光器系统通过z轴机构安装于所述盖体顶部的内壁。
进一步，所述工作台通过x轴机构和y轴机构安装于所述底座的顶部。
进一步，所述通气口安装在所述盖体上。
进一步，所述进气口和所述出气口安装在所述底座上。
附图说明
图1为本发明一种激光增材制造设备工作时的结构示意图；
图2为本发明一种激光增材制造设备停止工作时的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、工作腔体，11、底座，12、盖体，13、密封圈，14、气膜，15、空 气腔，16、保护气体腔，17、通气口，18、进气口，19、出气口，2、升降 机构，3、激光器系统，4、工作台，5、z轴机构，6、x轴机构，7、y轴机 构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种激光增材制造设备，包括底座11和盖体12， 盖体12为倒置的桶装，并且盖体12的底部安装有密封圈13，密封圈13的 底部紧贴底座12。底座11和盖体12构成工作腔体1，并且盖体12固定， 底座11底部安装有控制底座11升降的升降机构2。升降机构2控制底座11 移动至下方时，工作腔体1打开，可以从工作腔体1内取出成形金属件；升 降机构2控制底座11移动至上方并压紧盖体12时，底座11和盖体12的连 接处密封。
工作腔体1内安装有激光器系统3和工作台4。激光器系统3通过z轴 机构5连接盖体12顶部的内壁，z轴机构5驱动激光器系统3上下移动。工 作台4通过x轴机构6和y轴机构7连接，x轴机构6和y轴机构7驱动工 作台4在水平方向上前后左右移动。激光器系统3设置在工作台4的上方， 通过工作台4在水平方向上移动，并且激光器系统3逐渐向上移动，使工作台4上自下而上的生成成形金属件。
工作腔体1内还安装有可变形的密封件，在本实施例中，密封件是气膜 14。气膜14的底部连接在盖体12四周内壁的底部，并且顶部连接在激光器 系统3顶部的盖体12的内壁，气膜14将工作腔体1分为相互隔离的容积可 变的两个部分，分别是上方的空气腔15的下方的保护气体腔16。激光器系 统3和工作台4均安装在下方的保护气体腔16内。盖体12上设置有多个连 通空气腔15的通气口17，使空气腔15与外界直接相连通。底座11上设置 有连通保护气体腔16的进气口18和出气口19，进气口18用于向保护气体 腔16中充入保护气体，出气口19用于抽出保护气体腔16中的气体。
本实施例的使用方法如下：
使用前，保护气体腔16内没有气体，因此，空气腔15内的空气将气膜 14压紧在激光器系统3、工作台4及底座11上。
使用时，先关闭出气口19，通过进气口18向保护气体腔16内充入保护 气体，使保护气体腔16的容积逐渐增大，空气腔15内的空气逐渐通过通气 口17向外界流出，最终使气膜14紧贴盖体12的四周内壁及顶部内壁，保 护气体腔16的容积变为最大。
然后开启激光器系统3、z轴机构5、x轴机构6和z轴机构7，在工作 台4上自下而上的逐渐生成成形金属件。在生成成形金属件的过程中，开启 出气口18，通过进气口19缓慢向保护气体腔16内充入保护气体，保证腔体 内氧气的含量被控制在一定范围之内。
成形金属件生成完毕后，升降机构2将底座11移动至下方，将成形金 属件取出。之后升降机构2将底座11顶升至上方，并压紧盖体12，使保护 气体腔16密封。然后关闭进气口19，通过出气口18抽出保护气体腔16内 的气体，空气逐渐通过通气口17进入空气腔15中，并使气膜14压紧在激 光器系统3、工作台4及底座11上。
由于空气位于空气腔15内，而保护气体位于保护气体腔16内，保护气 体和空气不接触。在充入保护气体的过程中，保护气体不会与空气混合并随 空气一同被排出，缩短了充入保护气体的时间，提高了工作效率，并且减少 了保护气体的浪费，降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光增材制造设备，其特征在于，包括工作腔体，所述工作腔内安装有工作台和设置在所述工作台上方的激光器系统，所述激光器系统在所述工作台上产生成形金属件；
所述工作腔体内还设置有可变形的密封件，所述密封件将所述工作腔体分为容积可变的空气腔和保护气体腔；所述激光器系统和所述工作台均设置在所述保护气体腔内；所述工作腔体上还设置有连通所述空气腔的通气口、及连通所述保护气体腔的进气口和出气口。
2.根据权利要求1所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述密封件为气模，并且所述气膜连接所述工作腔体的底部四周内壁及所述激光器系统顶部的所述工作腔体的内壁。
3.根据权利要求2所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，当所述激光器系统工作时，所述气膜紧贴所述工作腔体内壁的顶面及四周侧面；当所述激光器系统停止工作时，所述气膜紧贴所述工作腔体内壁的底面、所述激光器系统和所述工作台。
4.根据权利要求3所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述工作腔体包括底座和盖体，所述气膜安装在所述盖体上；所述盖体固定，所述底座底部设置有控制所述底座升降的升降机构。
5.根据权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述盖体底部设置有密封圈，所述密封圈的底部紧贴所述底座的顶部。
6.根据权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述激光器系统通过z轴机构安装于所述盖体顶部的内壁。
7.根据权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述工作台通过x轴机构和y轴机构安装于所述底座的顶部。
8.根据权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述通气口安装在所述盖体上。
9.根据权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，所述进气口和所述出气口安装在所述底座上。
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