CN213591753U - 兼顾成形效率和成形精度的双光束slm成形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于先进制造技术领域，并公开了兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其包括两激光源、光束切换组件和扫描加工组件，两激光源分别用于输出中/低功率激光束和中/高功率激光束；光束切换组件包括运动机构和错位布置的两反射镜，两反射镜在运动机构驱动下实现位置调整，分别用于将准直后的中/低功率激光束和中/高功率激光束反射至扫描加工组件；扫描加工组件用于将光束切换组件反射的中/低功率激光束或中/高功率激光束聚焦在金属粉末床表面，完成金属零部件的SLM成形。本实用新型能够解决现有双光束SLM装备普遍存在的光束切换可靠性低、成形尺寸小、造价高的问题，同时实现金属零部件高效率、高精度SLM成形。

Description

兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置

技术领域

本实用新型属于先进制造技术领域，更具体地，涉及兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置。

背景技术

激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是应用前景最广的高性能金属增材制造技术之一，它通过对逐层预铺的金属粉末施加选择性的激光扫描熔化与堆积，实现复杂金属构件的整体成形。然而，市面上通用的SLM装备一般采用低功率激光器，成形效率偏低(一般仅为5-40cm³/h)，无法满足批量生产需求。为解决这一问题，国内外研究机构近期相继提出了基于双光束协同加工的新型SLM装备，此类装备同时配备了低功率激光源和高功率激光源，通过低功率激光和高功率激光的配合实现金属零部件的成形。

对于双光束SLM技术而言，如何实现低功率激光束与高功率激光束的快速、可靠切换，并兼顾成形尺寸和装备成本，是发展该技术所必须解决的核心问题。然而，国内外现有的双光束SLM装备尚未给出理想的解决方案。例如，专利CN108580896A公开了一种包含两套扫描振镜系统的双光束SLM装备，其中，两套振镜平行安装在成形缸上方，并分别与一台激光器相连。这不仅导致装备成本较高，且双光束加工仅能在两套振镜的扫场重合区域内进行，成形尺寸严重受限。再如，专利CN103658647B公开了一种基于四激光双工位的激光选区熔化设备及加工方法，它可通过调整全反射镜片的角度，使高功率激光束和低功率激光束交替性地进入同一台扫描振镜系统，这一技术方案具有装备成本低、成形尺寸大的优势，但其对全反射镜片的旋转定位精度要求极高，双光束快速、可靠切换的实现难度较大。再如，专利CN210098969U和CN104708003B提出了基于半透镜(分光镜)的光束切换方案，使两束激光分别通过半透镜的反射和透射进入同一台扫描振镜系统，这一方案不涉及光束切换装置的旋转定位，可靠性较强。但是，半透镜造价较高，且对两束激光的波长有特殊要求，不太适合较高功率激光束的长时间工作，不利于应用推广。

综上所述，开发一种光束切换速度快、可靠性高、成形尺寸大、制造成本低、适用性强的双光束SLM装备，具有重要意义。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，旨在解决现有双光束SLM装备普遍存在的光束切换可靠性低、成形尺寸小、造价高等问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其包括第一激光源、第二激光源、光束切换组件和扫描加工组件，其中：

第一激光源用于输出中/低功率激光束，以实现高精度SLM成形，第二激光源用于输出中/高功率激光束，以实现高效率SLM成形，整个成形过程中第一激光源和第二激光源错时工作或仅其中一个工作；

光束切换组件包括第一反射镜、第二反射镜和运动机构，第一反射镜和第二反射镜错位布置，并可在运动机构的驱动下实现位置调整，以保证两者错时工作，其中第一反射镜用于将准直后的中/低功率激光束反射至扫描加工组件，第二反射镜用于将准直后的中/高功率激光束反射至扫描加工组件；

扫描加工组件用于将光束切换组件反射的中/低功率激光束或中/高功率激光束聚焦在金属粉末床表面，以此完成金属零部件的高精度和高效率的SLM成形。

作为进一步优选的，第一反射镜和第二反射镜错位布置在反射镜支座上，该反射镜支座与运动机构相连，并与导轨滑动配合，通过该运动机构的驱动可带动反射镜支座及其上的第一反射镜和第二反射镜沿导轨移动。

作为进一步优选的，低功率激光束的输出功率小于500W，中功率激光束的输出功率为500W～1000W，高功率激光束的输出功率大于1000W。

作为进一步优选的，高功率激光束的输出功率优选大于1000W且小于等于10000W，进一步优选为2000W～6000W。

作为进一步优选的，扫描加工组件为二轴扫描振镜与F-Theta聚焦镜的组合，或者是动态聚焦扫描振镜。

作为进一步优选的，第一反射镜的镜面与第一激光源的光束输出路径的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径的夹角均优选设计为45°；

作为进一步优选的，第二反射镜的镜面与第二激光源的光束输出路径的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径的夹角均优选设计为45°。

作为进一步优选的，第一激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径的交点优选位于经过第一反射镜镜面中心的竖直线上。

作为进一步优选的，第二激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径的交点优选位于经过第二反射镜镜面中心的竖直线上。

作为进一步优选的，运动机构为直线驱动机构。

作为进一步优选的，第一反射镜、第二反射镜和反射镜支座的内部均设置有循环冷却流道，该冷却通道外接液冷装置。

总体而言，本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型的双光束SLM成形装置的中/高功率激光-中/低功率激光的切换通过运动机构驱动两套反射镜运动即可实现，且只包含一套扫描加工组件，制造成本低、成形尺寸大。

2.本实用新型的双光束SLM成形装置对反射镜的运动精度要求较低，只需保证激光源光束输出路径和扫描加工组件光束输入路径的交点位于反射镜的镜面表面，就能满足加工需求，无需两路径的交点完全与反射镜镜面中心重合，可实现双光束的快速、可靠切换。

3.本实用新型通过反射镜支座实现两反射镜与运动机构的间接相连，以此通过运动机构可实现两反射镜位置的调整，进而实现两光束的自由切换，且两反射镜错位布置，在一反射镜调整至指定位置时，另一反射镜不会与之干涉，保证传输的可靠性。

4.本实用新型采用反射镜作为激光束的传输部件，造价低，且对激光波长无特殊要求，特别适合高功率激光束尤其是功率在2000W以上的激光束长时间工作，有利于应用推广。

5.本实用新型的成形装置适用性强，可提供多种功率的激光束，以适应不同加工要求的金属零部件的高效率、高精度的SLM成形。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置的各关键器件的相对位置示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；

图3为本实用新型所提供的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置采用中/低功率激光束成形时各关键器件的相对位置示意图；

图4为本实用新型所提供的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置采用中/低功率激光束成形时的光束传输示意图；

图5为本实用新型所提供的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置采用中/高功率激光束成形时各关键器件的相对位置示意图；

图6为本实用新型所提供的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置采用中/高功率激光束成形时的光束传输示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一激光源；2-第二激光源；3-扫描加工组件；4-第一反射镜；5-第二反射镜；6-反射镜支座；7-运动机构；8-导轨；11-第一激光源的光束输出路径；21-第二激光源的光束输出路径；31-扫描加工组件的光束输入路径；40-第一反射镜的镜面中心；41-经过第一反射镜镜面中心的竖直线条；50-第二反射镜的镜面中心；51-经过第二反射镜镜面中心的竖直线条；311-第一激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径的交点；321-第二激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径的交点。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM(激光选区熔化)成形装置，其包括第一激光源1、第二激光源2、光束切换组件和扫描加工组件3，其中，第一激光源1用于输出中/低功率激光束(中功率激光束或低功率激光束)，经过准直后经反射镜输入到扫描加工组件，以实现金属零部件(例如其精密部分或者需要有高精度的轮廓部分)的高精度SLM成形，第二激光源2用于输出中/高功率激光束(中功率激光束或高功率激光束)，经过准直后经反射镜输入到扫描加工组件，以实现金属零部件(例如尺寸较大零件或精度要求较低零件)的高效率SLM成形。具体的，低功率激光束的输出功率小于500W，能量分布为高斯模式。中功率激光束的输出功率为500W～1000W，能量分布可为高斯模式、平顶模式、环形模式以及各类高阶模式。高功率激光束的输出功率大于1000W，优选为大于1000W且小于等于10000W，进一步优选为2000W～6000W，能量分布可为高斯模式、平顶模式、环形模式以及各类高阶模式。

光束切换组件用于实现中/低功率光束和中/高功率光束的切换，其包括第一反射镜4、第二反射镜5和运动机构7，第一反射镜4用于接收第一激光源1输出的中/低功率激光束，并将接收的激光束传输给扫描加工组件3，第二反射镜5用于接收第二激光源2输出的中/高功率激光束，并将接收的激光束传输给扫描加工组件3。第一反射镜4和第二反射镜5错位布置，例如第二反射镜5位于第一反射镜4的右下方，第一反射镜4和第二反射镜5可在运动机构7的驱动下上下运动，以使得两者调整至所需位置进而接收对应功率的激光束，即将第一反射镜4调整至工作位，以将中/低功率激光束反射至扫描加工组件中，此时第二反射镜5不工作，或将第二反射镜5调整至工作位，以将中/高功率激光束反射至扫描加工组件中，此时第一反射镜4不工作，即第一反射镜4和第二反射镜5两者错时工作，保证扫描加工组件3始终只输出一种激光束。

扫描加工组件3用于将光束切换组件反射的中/低功率激光束或中/高功率激光束聚焦在金属粉末床表面，完成金属零部件的高精度、高效率SLM成形。其中，中/高功率激光束可以用于加工对成形精度无具体要求或允许后续机加工的，且可以采用中/高功率激光加工的区域，以实现该区域的高效率成形。中/低功率激光束可以用于成形难以采用中/高功率激光加工的区域(如精度要求高的区域、不允许后续机加工的区域、壁厚小于中/高功率激光束光斑直径的区域等)，以实现该区域的高精度成形。

本实用新型的SLM成形装置在整个成形过程中，两个激光源(第一激光源1和第二激光源2)错时工作，即两个激光源都投入使用，但两者不同时工作而是错时交替工作；或者两个激光源仅其中一个投入使用，例如仅第一激光源1工作，以提供中/低功率激光束，实现金属零部件的高精度成形，又如仅第二激光源2工作，以提供中/高功率激光束，实现金属零部件的高效率成形。由此本实用新型的成形装置不仅可以提供中/低功率与中/高功率组合(即低功率+中功率、低功率+高功率、中功率+中功率、中功率+高功率)的激光束，还可以仅提供低功率激光束、中功率激光束或者高功率激光束，以大大提高本实用新型成形装置的适用性，可适用于任意金属零部件(例如复杂结构、简单结构、高精度要求、低精度要求等)的SLM成形，适用性和扩展性强。

具体的，为了保证调整的可靠性和稳定性，第一反射镜4和第二反射镜5通过反射镜支座6与运动机构7相连，该反射镜支座6还与导轨8滑动配合，即第一反射镜4和第二反射镜5错位布置在反射镜支座6上，该反射镜支座6与运动机构7相连，通过该运动机构7的驱动可带动反射镜支座6沿导轨8上下运动，进而带动反射镜支座6上的第一反射镜4和第二反射镜5一起上下运动，以此实现第一反射镜4、第二反射镜5上下位置的调节。

如前所述，反射镜用于接收激光源输出的激光束，并将接收的激光束传输给扫描加工组件，即反射镜可以从一个部件接收激光束，并将接收的激光束传输给另一部件，为了实现上述功能，激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径之间必定存在一定夹角(即非平行)，也即反射镜必定倾斜布置，且激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径的交点需位于反射镜的镜面上。即反射镜的镜面与激光源的光束输出路径具有一定夹角，并且激光源的光束输出路径需与反射镜的镜面相交，由此使得激光源的激光束能入射至反射镜的镜面，并经反射镜的镜面反射至扫描加工组件中，具体的夹角可以根据需要设定。

为了便于激光源、扫描加工组件和反射镜的布置，优选使反射镜的镜面与激光源的光束输出路径的夹角为45°，反射镜的镜面与扫描加工组件的光束输入路径的夹角为45°，以使得加工时激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径垂直，即加工时激光源、反射镜和扫描加工组件布置在直角三角形的三个顶点上，且加工时激光源的光束输出路径与扫描加工组件的光束输入路径垂直，如此设计便于三者的安装布置，避免加工时彼此干涉和影响，保证激光传输的质量。为了保证反射的效果，避免镜面对反射光源的影响，激光源的光束输出路径与扫描加工组件3的光束输入路径的交点优选位于经过反射镜镜面中心的竖直线上。

如图2所示，第一反射镜4的镜面与第一激光源的光束输出路径11的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径31的夹角均为45°，扫描加工时，第一激光源1、第一反射镜4和扫描加工组件3布置在直角三角形的三个顶点上，且第一激光源1的光束输出路径与扫描加工组件3的光束输入路径垂直。第二反射镜5的镜面与第二激光源的光束输出路径21的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径31的夹角均为45°，扫描加工时，第二激光源2、第二反射镜5和扫描加工组件3布置在直角三角形的三个顶点上，且第二激光源2的光束输出路径与扫描加工组件3的光束输入路径垂直。第一激光源的光束输出路径11与扫描加工组件的光束输入路径31的交点311位于经过第一反射镜镜面中心40的竖直线41上，第二激光源的光束输出路径21与扫描加工组件的光束输入路径31的交点321位于经过第二反射镜镜面中心50的竖直线51上。

进一步的，运动机构7为直线驱动机构，优选为成本较低、运动速度较高、尺寸较小的电缸或气缸，由于本实用新型的装置对运动精度要求并不高，因此采用电缸或气缸即可满足需求。为了便于反射镜的冷却降温，提高其使用寿命及保证使用精度，第一反射镜4、第二反射镜5和反射镜支座6的内部设置有循环冷却流道，该冷却通道外接液冷装置。更为具体的，本实用新型的成形装置以振镜扫描的形式进行SLM成形，相配套的扫描加工组件3为二轴扫描振镜与F-Theta聚焦镜的组合，或者为动态聚焦扫描振镜。

下面对本实用新型的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1首先，根据需采用的激光束调整反射镜位置：

若需采用中/低功率激光束(例如难以采用中/高功率激光加工的区域，如精度要求极高的区域、不允许后续机加工的区域、壁厚小于中/高功率激光束光斑直径的区域，一般需采用中/低功率激光束，以保证成形精度)，则通过运动机构7调整第一反射镜4的位置，使第一激光源1的光束输出路径和扫描加工组件的光束输入路径的交点位于第一反射镜4的镜面上，并转入步骤S2；

若需采用中/高功率激光束(对成形精度无具体要求或允许后续机加工的区域一般采用中/高功率激光束，以保证成形效率)，则通过运动机构7调整第二反射镜5的位置，使第二激光源2的光束输出路径和扫描加工组件的光束输入路径的交点位于第二反射镜5的镜面上，并转入步骤S3；

S2第一激光源1发射中/低功率激光束，激光束经准直后由第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，完成金属零部件对应区域的高精度SLM成形；

S3第二激光源2发射中/高功率激光束，激光束经准直后由第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，完成金属零部件对应区域的高效率SLM成形。具体的，对于高效率SLM成形而言，可进行多个薄层粉末层叠加之后的同时扫描成形，即可铺设多层金属粉末，采用中/高功率激光束实现一次性高效率SLM成形，以此进一步提高成形效率。

以下为具体实施例：

实施例1

本实施例以镍基高温合金航空摇臂支架为例，对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1首先确定零件不同区域成形所用的激光束类型：

该零件由基座和悬臂两部分组成；其中，基座形状简单、精度要求低、允许后续机械加工，故采用高功率激光束成形；悬臂结构复杂、精度要求高、难以采用高功率激光束成形，故采用中功率激光束成形；

S2对零件三维模型进行切片处理，生成N层切片层(N≥2)；

S3对零件的第1切片层所含悬臂部分进行成形：通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S4第一激光源1发射功率为800W激光束经过准直后，经第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含悬臂部分的高精度成形；

S5对零件的第1切片层所含基座部分进行成形：通过运动机构7将第二反射镜5的镜面中心50调整至与第二激光源的光束输出路径21和扫描加工组件的光束输入路径31的交点321基本重合，如图5所示，此时的激光束传输情况如图6所示；

S6第二激光源2发射功率为4000W激光束经过准直后，再经第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含基座部分的高效率成形；

S7按照S3-S6，完成后续N-1个切片层的加工，实现镍基高温合金航空摇臂支架的高效率、高精度SLM成形。

实施例2

本实施例以钛合金燃气轮机静叶片为例对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1首先确定零件不同区域成形所用的激光束类型：

该零件由基座和叶片体两部分组成，其中，基座形状简单、精度要求低、允许后续机械加工，故采用高功率激光束成形；叶片体结构复杂、精度要求高、难以采用高功率激光束成形，故采用低功率激光束成形；

S2对零件三维模型进行切片处理，生成N层切片层(N≥2)；

S3对零件的第1切片层所含叶片体部分进行成形：通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11，和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S4第一激光源1发射功率为300W的激光束经过准直后，再经第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含叶片体部分的高精度成形；

S5对零件的第1切片层所含基座部分进行成形：通过运动机构7将第二反射镜5的镜面中心50调整至与第二激光源的光束输出路径21和扫描加工组件的光束输入路径31的交点321基本重合，如图5所示，此时的激光束传输情况如图6所示；

S6第二激光源2发射功率为6000W的激光束经过准直后，再经第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含基座部分的高效率成形；

S7按照S3-S6，完成后续N-1个切片层的加工，实现钛合金燃气轮机静叶片的高效率、高精度SLM成形。

实施例3

本实施例以镁合金生物支架为例对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1确定需采用的激光束：由于镁合金生物支架结构复杂，难以采用高功率激光束成形，所以其所有部位均采用低功率激光束成形；

S2通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S3第一激光源1发射功率为180W的激光束，经准直后由第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成镁合金生物支架的高精度成形。

实施例4

本实施例以不锈钢支撑梁为例对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1确定需采用的激光束，由于不锈钢支撑梁外形简单，所有部位均可采用高功率激光束成形，且精度要求低，允许后续机加工，所以其所有部位均采用高功率激光束成形；

S2通过运动机构7将第二反射镜5的镜面中心50调整至与第二激光源的光束输出路径21和扫描加工组件的光束输入路径31的交点321基本重合，如图5所示，此时的激光束传输情况如图6所示；

S5第二激光源2发射功率为5500W的激光束，经准直后由第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成不锈钢支架的高效率成形。

实施例5

本实施例以镍基高温合金飞机发动机进气道为例，对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1首先确定零件不同区域成形所用的激光束类型：

该零件由基座和进气口两部分组成；其中，基座形状简单、精度要求低、允许后续机械加工，故采用中功率激光束成形；进气口结构复杂、精度要求高、难以采用中/高功率激光束成形，故采用低功率激光束成形；

S2对零件三维模型进行切片处理，生成N层切片层(N≥2)；

S3对零件的第1切片层所含进气口部分进行成形：通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S4第一激光源1发射功率为400W激光束经过准直后，经第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含进气口部分的高精度成形；

S5对零件的第1切片层所含基座部分进行成形：通过运动机构7将第二反射镜5的镜面中心50调整至与第二激光源的光束输出路径21和扫描加工组件的光束输入路径31的交点321基本重合，如图5所示，此时的激光束传输情况如图6所示；

S6第二激光源2发射功率为900W激光束经过准直后，再经第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含基座部分的高效率成形；

S7按照S3-S6，完成后续N-1个切片层的加工，实现镍基高温合金飞机发动机进气道的高效率、高精度SLM成形。

实施例6

本实施例以铜合金导电壳体为例，对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1首先确定零件不同区域成形所用的激光束类型：

该零件由底座和壳体曲面两部分组成；其中，底座形状简单、精度要求低、允许后续机械加工，故采用中功率激光束成形；壳体曲面结构复杂、精度要求高、难以采用高功率激光束成形，但可以采用中功率激光束成形，故采用中功率激光束成形；

S2对零件三维模型进行切片处理，生成N层切片层(N≥2)；

S3对零件的第1切片层所含壳体曲面部分进行成形：通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S4第一激光源1发射功率为600W激光束经过准直后，经第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含壳体曲面部分的高精度成形；

S5对零件的第1切片层所含底座部分进行成形：通过运动机构7将第二反射镜5的镜面中心50调整至与第二激光源的光束输出路径21和扫描加工组件的光束输入路径31的交点321基本重合，如图5所示，此时的激光束传输情况如图6所示；

S6第二激光源2发射功率为850W激光束经过准直后，再经第二反射镜5反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成第1切片层所含底座部分的高效率成形；

S7按照S3-S6，完成后续N-1个切片层的加工，实现铜合金导电壳体的高效率、高精度SLM成形。

实施例7

本实施例以CoCr合金人工脊柱为例对本实用新型的双光束SLM成形装置的工作过程进行说明，具体包括如下步骤：

S1确定需采用的激光束：CoCr合金人工脊柱结构复杂，难以采用高功率激光束成形，但能够采用中功率激光束成形，所以其所有部位均采用中功率激光束成形；

S2通过运动机构7将第一反射镜4的镜面中心40调整至与第一激光源的光束输出路径11和扫描加工组件的光束输入路径31的交点311基本重合，如图3所示，此时的激光束传输情况如图4所示；

S3第一激光源1发射功率为600W的激光束，经准直后由第一反射镜4反射至扫描加工组件中，并聚焦在金属粉末床表面，以完成CoCr合金人工脊柱的高精度成形。

本实用新型的双光束SLM成形装置能够解决现有双光束SLM装备普遍存在的光束切换可靠性低、成形尺寸小、造价高的问题，实现金属零部件的高效率、高精度SLM成形，装置结构简单，可通过改造现有SLM装备实现，扩展性强，可与“双向铺粉”(CN104001915A)、“可重组成形缸”(CN104668563A)、“随形缸”(CN106346006A)、“多区域并行加工(CN102266942A)”等技术相结合，更好地实现成形效率、精度、尺寸的提升与制造成本的降低。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，包括第一激光源(1)、第二激光源(2)、光束切换组件和扫描加工组件(3)，其中：

所述第一激光源(1)用于输出中/低功率激光束，以实现高精度SLM成形，所述第二激光源(2)用于输出中/高功率激光束，以实现高效率SLM成形，整个成形过程中所述第一激光源(1)和第二激光源(2)错时工作或仅其中一个工作；

所述光束切换组件包括第一反射镜(4)、第二反射镜(5)和运动机构(7)，所述第一反射镜(4)和第二反射镜(5)错位布置，并可在所述运动机构(7)的驱动下实现位置调整，以保证两者错时工作，其中所述第一反射镜(4)用于将准直后的所述中/低功率激光束反射至所述扫描加工组件(3)，所述第二反射镜(5)用于将准直后的所述中/高功率激光束反射至所述扫描加工组件(3)；

所述扫描加工组件(3)用于将所述光束切换组件反射的中/低功率激光束或中/高功率激光束聚焦在金属粉末床表面，以此完成金属零部件的高精度和高效率的SLM成形。

2.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述第一反射镜(4)和第二反射镜(5)错位布置在反射镜支座(6)上，该反射镜支座(6)与所述运动机构(7)相连，并与导轨(8)滑动配合，通过该运动机构(7)的驱动可带动所述反射镜支座(6)及其上的所述第一反射镜(4)和第二反射镜(5)沿所述导轨(8)移动。

3.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述低功率激光束的输出功率小于500W，中功率激光束的输出功率为500W～1000W，高功率激光束的输出功率大于1000W。

4.如权利要求3所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述高功率激光束的输出功率大于1000W且小于等于10000W。

5.如权利要求3所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述高功率激光束的输出功率为2000W～6000W。

6.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述扫描加工组件为二轴扫描振镜与F-Theta聚焦镜的组合，或者是动态聚焦扫描振镜。

7.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述第一反射镜(4)的镜面与所述第一激光源(1)的光束输出路径的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径的夹角均设计为45°；所述第二反射镜(5)的镜面与所述第二激光源(2)的光束输出路径的夹角以及与扫描加工组件的光束输入路径的夹角均设计为45°。

8.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述第一激光源(1)的光束输出路径与扫描加工组件(3)的光束输入路径的交点位于经过第一反射镜(4)镜面中心的竖直线上；所述第二激光源(2)的光束输出路径与扫描加工组件(3)的光束输入路径的交点位于经过第二反射镜(5)镜面中心的竖直线上。

9.如权利要求1所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述运动机构(7)为直线驱动机构。

10.如权利要求1-9任一项所述的兼顾成形效率和成形精度的双光束SLM成形装置，其特征在于，所述第一反射镜(4)、第二反射镜(5)和反射镜支座(6)的内部均设置有循环冷却流道，该冷却流道外接液冷装置。

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