CN203227820U - 一种不等宽构件的激光直接成形装置 - Google Patents
一种不等宽构件的激光直接成形装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203227820U CN203227820U CN 201320256917 CN201320256917U CN203227820U CN 203227820 U CN203227820 U CN 203227820U CN 201320256917 CN201320256917 CN 201320256917 CN 201320256917 U CN201320256917 U CN 201320256917U CN 203227820 U CN203227820 U CN 203227820U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- direct forming
- forming device
- laser direct
- condenser lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种不等宽构件的激光直接成形装置，包括主要由激光器、导光光路、送粉系统构成的工作头，工件台，传动系统和控制系统，所述导光光路中设有聚焦透镜，导光光路将激光器发出的激光束传导至工件台上的工件待加工处，所述传动系统控制工作头和工件台的相对位置，其特征在于：与所述聚焦透镜连接，设置有驱动装置，所述驱动装置驱动所述聚焦透镜使其具有沿光轴方向运动的自由度。本实用新型通过设置与聚焦透镜连接的驱动装置，利用离焦方式实现激光光斑的连续变化，通过一次扫描而非多道搭接即可堆积出不等宽熔道，逐层堆积直接制造出三维构件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光加工装置，具体涉及一种激光直接成形制备三维构件的装置，尤其是通过激光变斑方法直接成形不等宽构件的装置。
背景技术
激光金属直接成形技术是在激光熔覆基础上，融合快速原型技术而发展起来的一种先进制造技术。以“离散－堆积”成形原理为基础，首先建立加工零件的三维CAD模型，然后将三维模型划分成一系列的二维平面，并根据二维平面轮廓规划合理的激光扫描路径，进而转化为数控工作台的运行指令，最终实现金属零件的直接成形。与一般的快速成型技术相比，激光金属直接成形技术能够快速制造出传统工艺方法难以制造的复杂金属零件；实现功能梯度材料的制造；能够制造全致密及力学性能优异的零件。由于具有以上优点，激光金属直接成形技术逐渐成为快速成形技术研究的热点和发展趋势，并在航空航天、汽车船舶和武器装备等制造领域具有广泛应用。
现有技术中，对于不等宽构件，采用激光金属直接成形的方法均是通过多道搭接及规划扫描路径下堆积成形的，如附图1所示，在该图中，构件的最宽部位需4道搭接才能实现。黄卫东（激光立体成形—高性能致密金属零件的快速自由成形[M]，西北工业大学出版社，2007年11月）等人指出零件在搭接成形过程中其搭接率的大小直接影响成形表面宏观平整程度。如果搭接率选择得不合理将直接导致成形表面宏观倾斜角度，一旦这种情况发生，成形表面的尺寸精度将很难保证，严重时甚至会导致成形无法进行。尚晓峰（金属粉末激光成形扫描方式[J]，机械工程学报,2005,41(7)）等人指出三维零件每一层堆积过程中其成形轨迹是按照一定的扫描路径成形的，而扫描路径规划问题是激光直接成形工艺中关键步骤，因为它直接影响着零件的成形效率和成形质量，所以一直是学者们关注的热点。扫描路径规划不合理不仅会造成效率低下，更会引起内部热应力分布不均，造成内部成形质量较差。且在激光直接成形中由于工艺条件复杂，成形过程受很多因素的影响，而这些因素将直接影响激光金属成形的精度和质量。所以，在成形中如何简化这些工艺影响，并能够提高成形效率及质量无疑是激光金属直接成形领域关心的关键问题。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种不等宽构件的激光直接成形装置，在激光直接成形过程中，通过装置的改进实现光斑大小的变化，从而减少加工中的搭接，避免由于搭接率选择的不合理而造成的熔覆层内部孔洞及表面不平整、多次扫描及多次扫描下路径规划的不合理而造成的冷却不均匀等缺陷问题。
为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种不等宽构件的激光直接成形装置，包括主要由激光器、导光光路、送粉系统构成的工作头，工件台，传动系统和控制系统，所述导光光路中设有聚焦透镜，导光光路将激光器发出的激光束传导至工件台上的工件待加工处，所述传动系统控制工作头和工件台的相对位置，与所述聚焦透镜连接，设置有驱动装置，所述驱动装置驱动所述聚焦透镜使其具有沿光轴方向运动的自由度。
进一步的技术方案，所述驱动装置由伺服电机和连接在伺服电机输出轴上的将旋转运动转换为直线运动的运动转换装置构成，所述运动转换装置的直线运动输出端与聚焦透镜的支架连接。
上述技术方案中，送粉系统为现有技术，通常由同轴送粉喷嘴和保护气体输出通道构成，送出的粉末位于工件待加工处，由激光束进行熔覆成形。
本装置使用时，包括下列步骤：
(1)用计算机建立三维成形零件模型，通过软件对模型进行分层处理，获取零件的轮廓层面信息；
(2) 根据加工部位的宽度确定熔道尺寸，控制同轴送粉喷嘴的驱动装置，根据熔道尺寸驱动聚焦透镜上下运动，调节激光光斑的大小，并根据已知的熔道尺寸与工艺参数的关系，同步调节激光功率、扫描速度及送粉量，进行激光成形；采用上述方式一次扫描直接成形出一层不等宽熔道；
(3)完成一层后，提升喷嘴一个分层高度，在已成形的熔覆层上面按照步骤(2)的方法再熔覆新的熔道，循环操作直至三维零件制造完成。
上述技术方案中，步骤(1)为现有技术方法，步骤(2)中，所述的已知的熔道尺寸与工艺参数的关系可以预先通过实验获得，在确定熔覆层高度、熔覆用粉末配方后，通过实验获取不同熔道宽度与光斑大小、激光功率、扫描速度、送粉量的关系，以保证变斑前后的光束能量密度及送粉密度保持不变，为后续工艺参数的调节提供依据。为保证制备效果，激光光斑应可以连续变化，可调光斑直径为0.1mm～10mm。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
本实用新型通过设置与聚焦透镜连接的驱动装置，利用离焦方式实现激光光斑的连续变化，通过一次扫描而非多道搭接即可堆积出不等宽熔道，逐层堆积直接制造出三维构件。采用本装置进行三维直接成形，避免了搭接率及扫描路径对零件的成形造成的影响，提高了零件的成形精度及成形效率，进而节约了成本。
附图说明
图1是现有技术中采用搭接方式激光直接成形示意图。
图2是本实用新型实施例中激光变斑直接成形的工作原理图。
图3是本实用新型实施例中激光变斑的装置示意图。
图4是实施例中激光变斑直接成形工艺流程图。
其中：1、激光束；2、运动转换装置；3、伺服电机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：一种不等宽构件的激光直接成形装置，包括主要由激光器、导光光路、送粉系统构成的工作头，工件台，传动系统和控制系统，所述导光光路中设有聚焦透镜，导光光路将激光器发出的激光束传导至工件台上的工件待加工处，所述传动系统控制工作头和工件台的相对位置，与所述聚焦透镜连接，设置有驱动装置，所述驱动装置驱动所述聚焦透镜使其具有沿光轴方向运动的自由度。
本实施例中，所述驱动装置由伺服电机3和连接在伺服电机3输出轴上的将旋转运动转换为直线运动的运动转换装置2构成，所述运动转换装置2的直线运动输出端与聚焦透镜的支架连接。
采用本实施例的装置直接成形不等宽构件的方法，包括如下步骤：
（1）用计算机建立三维成形零件模型，通过软件对模型进行分层处理，获取零件的轮廓层面信息。
（2）参照图2及图4，激光束1聚焦形成光斑，在成形过程中，控制同轴送粉喷嘴的驱动装置，通过离焦或光束变换等方式实现激光光斑大小的连续变化。依据实验的熔道尺寸与工艺参数的关系，在激光变斑的过程中同时调节激光功率、扫描速度及送粉量。采用大功率激光器光斑的连续变化，一次扫描而非搭接直接成形出一层不等宽熔道。采用离焦方式实现光斑的连续变化如附图3所示。
（3）完成一层后，提升喷嘴一个分层高度，在已经熔覆层上面按照步骤2再熔覆新的熔道，如此循环，直至三维零件制造完成。
Claims (2)
1. 一种不等宽构件的激光直接成形装置，包括主要由激光器、导光光路、送粉系统构成的工作头，工件台，传动系统和控制系统，所述导光光路中设有聚焦透镜，导光光路将激光器发出的激光束传导至工件台上的工件待加工处，所述传动系统控制工作头和工件台的相对位置，其特征在于：与所述聚焦透镜连接，设置有驱动装置，所述驱动装置驱动所述聚焦透镜使其具有沿光轴方向运动的自由度。
2. 根据权利要求1所述的不等宽构件的激光直接成形装置，其特征在于：所述驱动装置由伺服电机和连接在伺服电机输出轴上的将旋转运动转换为直线运动的运动转换装置构成，所述运动转换装置的直线运动输出端与聚焦透镜的支架连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320256917 CN203227820U (zh) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | 一种不等宽构件的激光直接成形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320256917 CN203227820U (zh) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | 一种不等宽构件的激光直接成形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203227820U true CN203227820U (zh) | 2013-10-09 |
Family
ID=49283969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201320256917 Expired - Fee Related CN203227820U (zh) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | 一种不等宽构件的激光直接成形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203227820U (zh) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104923784A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-23 | 苏州大学 | 一种提高激光变斑直接成形不等宽构件精度的方法 |
| WO2016026706A1 (en) | 2014-08-20 | 2016-02-25 | Etxe-Tar, S.A. | Method and system for additive manufacturing using a light beam |
| CN105642893A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-06-08 | 哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司 | 选区激光熔化系统激光光斑直径输出可调装置及方法 |
| CN106378452A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-08 | 南京农业大学 | 一种增／减材混合制造平台 |
| CN106513676A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-03-22 | 西北工业大学 | 一种光斑与粉斑自动协同可控的激光金属增材制造装置及方法 |
| CN107379528A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种3d打印装置 |
| CN107385430A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-11-24 | 广东工业大学 | 一种不等宽构件多姿态变光斑激光冲击锻打复合成形系统及方法 |
| CN110834094A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-25 | 东北大学 | 一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法 |
| US11123797B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-09-21 | California Institute Of Technology | High toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing |
| US11155907B2 (en) | 2013-04-12 | 2021-10-26 | California Institute Of Technology | Systems and methods for shaping sheet materials that include metallic glass-based materials |
| US11168776B2 (en) | 2015-03-05 | 2021-11-09 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing tailored metallic glass-based strain wave gears and strain wave gear components |
| US11185921B2 (en) | 2017-05-24 | 2021-11-30 | California Institute Of Technology | Hypoeutectic amorphous metal-based materials for additive manufacturing |
| US11198181B2 (en) * | 2017-03-10 | 2021-12-14 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating strain wave gear flexsplines using metal additive manufacturing |
| US11400613B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-08-02 | California Institute Of Technology | Self-hammering cutting tool |
| US11591906B2 (en) | 2019-03-07 | 2023-02-28 | California Institute Of Technology | Cutting tool with porous regions |
| US11680629B2 (en) | 2019-02-28 | 2023-06-20 | California Institute Of Technology | Low cost wave generators for metal strain wave gears and methods of manufacture thereof |
| US11753734B2 (en) | 2015-11-12 | 2023-09-12 | California Institute Of Technology | Method for embedding inserts, fasteners and features into metal core truss panels |
| US11859705B2 (en) | 2019-02-28 | 2024-01-02 | California Institute Of Technology | Rounded strain wave gear flexspline utilizing bulk metallic glass-based materials and methods of manufacture thereof |
| US11920668B2 (en) | 2012-06-26 | 2024-03-05 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale gears |
-
2013
- 2013-05-13 CN CN 201320256917 patent/CN203227820U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11920668B2 (en) | 2012-06-26 | 2024-03-05 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing bulk metallic glass-based macroscale gears |
| US11155907B2 (en) | 2013-04-12 | 2021-10-26 | California Institute Of Technology | Systems and methods for shaping sheet materials that include metallic glass-based materials |
| US10688561B2 (en) | 2014-08-20 | 2020-06-23 | Etxe-Tar, S.A. | Method and system for additive manufacturing using a light beam |
| WO2016026706A1 (en) | 2014-08-20 | 2016-02-25 | Etxe-Tar, S.A. | Method and system for additive manufacturing using a light beam |
| US11168776B2 (en) | 2015-03-05 | 2021-11-09 | California Institute Of Technology | Systems and methods for implementing tailored metallic glass-based strain wave gears and strain wave gear components |
| CN104923784A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-23 | 苏州大学 | 一种提高激光变斑直接成形不等宽构件精度的方法 |
| CN105642893B (zh) * | 2015-10-14 | 2019-01-22 | 哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司 | 选区激光熔化系统激光光斑直径输出可调装置及方法 |
| CN105642893A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-06-08 | 哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司 | 选区激光熔化系统激光光斑直径输出可调装置及方法 |
| US11753734B2 (en) | 2015-11-12 | 2023-09-12 | California Institute Of Technology | Method for embedding inserts, fasteners and features into metal core truss panels |
| CN106513676A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-03-22 | 西北工业大学 | 一种光斑与粉斑自动协同可控的激光金属增材制造装置及方法 |
| CN106378452B (zh) * | 2016-11-28 | 2018-02-06 | 南京农业大学 | 一种增/减材混合制造平台 |
| CN106378452A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-02-08 | 南京农业大学 | 一种增／减材混合制造平台 |
| US11839927B2 (en) | 2017-03-10 | 2023-12-12 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating strain wave gear flexsplines using metal additive manufacturing |
| US11198181B2 (en) * | 2017-03-10 | 2021-12-14 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating strain wave gear flexsplines using metal additive manufacturing |
| US11905578B2 (en) | 2017-05-24 | 2024-02-20 | California Institute Of Technology | Hypoeutectic amorphous metal-based materials for additive manufacturing |
| US11185921B2 (en) | 2017-05-24 | 2021-11-30 | California Institute Of Technology | Hypoeutectic amorphous metal-based materials for additive manufacturing |
| CN107385430A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-11-24 | 广东工业大学 | 一种不等宽构件多姿态变光斑激光冲击锻打复合成形系统及方法 |
| US11123797B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-09-21 | California Institute Of Technology | High toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing |
| US11773475B2 (en) | 2017-06-02 | 2023-10-03 | California Institute Of Technology | High toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing |
| CN107379528A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种3d打印装置 |
| US11680629B2 (en) | 2019-02-28 | 2023-06-20 | California Institute Of Technology | Low cost wave generators for metal strain wave gears and methods of manufacture thereof |
| US11859705B2 (en) | 2019-02-28 | 2024-01-02 | California Institute Of Technology | Rounded strain wave gear flexspline utilizing bulk metallic glass-based materials and methods of manufacture thereof |
| US11400613B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-08-02 | California Institute Of Technology | Self-hammering cutting tool |
| US11591906B2 (en) | 2019-03-07 | 2023-02-28 | California Institute Of Technology | Cutting tool with porous regions |
| CN110834094B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-06-15 | 东北大学 | 一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法 |
| CN110834094A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-25 | 东北大学 | 一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203227820U (zh) | 一种不等宽构件的激光直接成形装置 | |
| CN103231056B (zh) | 一种不等宽构件的激光直接成形方法 | |
| EP3345698B1 (en) | Powder bed system and methods for fabricating a component with laser array | |
| CN208391288U (zh) | 一种大型复杂曲面动态聚焦激光加工系统 | |
| CN109202082B (zh) | 增材、等材、减材复合金属3d激光成形装置及其方法 | |
| US20170232518A1 (en) | Synchronous powder-feeding space laser machining and three-dimensional forming method and device | |
| CN105414981B (zh) | 一种电弧增材和铣削加工装置 | |
| CN102248307B (zh) | 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置及方法 | |
| CN102328081A (zh) | 一种高功率激光快速成形三维金属零件的方法 | |
| EP2514553A2 (en) | Method of manufacturing a component | |
| CN107262713A (zh) | 一种光内同轴送粉激光冲击锻打复合加工成形装置及方法 | |
| CN106513676A (zh) | 一种光斑与粉斑自动协同可控的激光金属增材制造装置及方法 | |
| CN102430904A (zh) | 激光加热辅助铣削加工方法与装置 | |
| CN104001915A (zh) | 一种高能束增材制造大尺寸金属零部件的设备及其控制方法 | |
| JP2018012336A (ja) | ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム | |
| CN109175367B (zh) | 增材、等材复合金属3d激光成形装置及其方法 | |
| CN103071795B (zh) | 移动振镜选择性激光熔化slm成形设备 | |
| CN112775443A (zh) | 一种单激光大幅面振镜移动式3d打印装置及方法 | |
| CN107030379A (zh) | 一种激光加工头、激光加工装置及其加工方法 | |
| CN109202290A (zh) | 一种增减材复合制造装备及方法 | |
| CN106624826A (zh) | 一种微束等离子3d打印与铣削复合加工设备与方法 | |
| CN104325220A (zh) | 一种多功能激光复合加工设备及方法 | |
| CN109967741B (zh) | 一种基于增强学习的3d打印工艺优化方法 | |
| CN103071798B (zh) | 直线导轨式选择性激光熔化slm成形设备 | |
| CN106181068A (zh) | 一种具有三个激光切割头的激光切割机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131009 Termination date: 20210513 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |