專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬零件選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬零件的選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備，特 別涉及一種三缸可加熱式金屬零件的激光選區(qū)熔化快速成型設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，用于金屬零件的激光快速成型技術(shù)主要有三種①激光熔 覆直接制造技術(shù)(DLF);②選擇性激光燒結(jié)制造技術(shù)(SLS);③選 擇性激光熔化制造技術(shù)(SLM)。
激光熔覆直接制造技術(shù)是采用大功率的Nd:YAG或CCM敫光器為 能量源，以同軸噴嘴輸送金屬粉末，輸送的粉末匯聚點(diǎn)與激光作用點(diǎn) 重合。工作時(shí)，金屬粉末通過(guò)噴嘴源源不斷地送入熔池而形成與基體 金屬冶金結(jié)合且稀釋率很低的新金屬層，通過(guò)工作臺(tái)或噴嘴的移動(dòng)， 獲得堆積的金屬實(shí)體。其缺點(diǎn)在于激光光斑較大，所得零件的尺寸 精度和表面光潔度較差，需要進(jìn)一步進(jìn)行精加工才能使用；同時(shí)，該 方法難以制造形狀復(fù)雜程度高的零件，特別是對(duì)具有懸空特征和曲率 過(guò)大零件的制造無(wú)能為力。
選擇性激光燒結(jié)制造技術(shù)將金屬粉末和某種粘結(jié)劑按一定比例 混合均勻，用激光束對(duì)混合粉末進(jìn)行選擇性?huà)呙?，激光的作用使低?點(diǎn)的粘結(jié)劑熔化并將金屬粉末粘結(jié)在一起，形成金屬零件的坯體。再 將金屬零件坯體進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，如進(jìn)行二次燒結(jié)來(lái)進(jìn)一步提高金
屬零件的強(qiáng)度和其它力學(xué)性能。其缺點(diǎn)在于工藝過(guò)程較復(fù)雜，無(wú)法
獲得高致密度的零件，零件的力學(xué)性能較差且尺寸精度不高，需要進(jìn) 行二次高溫?zé)Y(jié)以提高力學(xué)性能。
選擇性激光熔化制造技術(shù)是通過(guò)滾筒或刮板鋪粉，聚焦激光束根據(jù)圖形作選擇性?huà)呙枞刍瘜?shí)現(xiàn)金屬零件的直接制造，主要適合制作高 尺寸精度和表面光潔度的小型金屬零件。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)"一種金屬零
件選區(qū)激光熔化快速成型裝置"(ZL200420094739.5)公開(kāi)了一種采 用選擇性激光熔化技術(shù)制造金屬零件的加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括激 光器、光束聚焦系統(tǒng)、鋪粉滾筒、成型件缸和粉末缸。鋪粉時(shí)，粉末 缸上升，鋪粉滾筒依次經(jīng)過(guò)粉末缸和成型件缸完成鋪粉過(guò)程。光束聚 焦系統(tǒng)位于成型件缸上方，激光通過(guò)該聚焦系統(tǒng)聚焦于成型件缸表 面，由掃描振鏡控制激光光斑移動(dòng)，完成單層激光加工后，鋪粉滾筒 回至初始位置。循環(huán)進(jìn)行粉末缸上升、滾筒鋪粉、激光掃描和成型件 缸下降完成整個(gè)零件的成型制造。但根據(jù)上述描述和附圖可以看出， 該設(shè)備具有以下幾個(gè)不足
(1) 該設(shè)備只對(duì)成型件缸進(jìn)行了局部的氣體保護(hù)，對(duì)于鈦合金 等高活性金屬難以防止零件發(fā)生氧化。由于整個(gè)設(shè)備沒(méi)有氣體凈化系 統(tǒng)，激光熔化金屬粉末產(chǎn)生的納米粉末粉塵彌散在整個(gè)工作腔體中， 污染激光聚焦鏡，導(dǎo)致聚焦鏡在激光的作用下容易發(fā)生損壞。設(shè)備排 出的粉塵對(duì)操作人員的健康不利。
(2) 鋪粉滾筒易粘粉，特別不適合小粒徑金屬粉末材料的平鋪， 同時(shí)獲得的最小鋪粉層厚較厚，限制了后續(xù)制造零件的精密程度。
(3) 該設(shè)備中沒(méi)有粉末無(wú)回收缸，每一層激光掃描完成后，鋪 粉滾筒直接經(jīng)成型件缸、粉末缸回至初始位置，將熔化層表面殘留的 的大顆粒雜質(zhì)刮回了粉末缸。再次鋪粉時(shí)，這些大顆粒雜質(zhì)不但阻礙 滾筒運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鋪粉不均勻，還會(huì)夾雜在成型零件之中影響其組織性 能。
(4) 設(shè)備的成型件缸內(nèi)以松散的金屬粉末作為零件的底層支撐， 第一層粉末材料在熔化后會(huì)發(fā)生收縮翹曲而不平整，直接導(dǎo)致后續(xù)鋪 粉層的厚度不均勻，粉末在熔化后表面凹凸不平，從而影響整個(gè)零件 的成型精度或?qū)е录す獬尚瓦^(guò)程終止。
(5) 選擇性激光熔化制造零件是急冷急熱的過(guò)程，零件內(nèi)部會(huì) 產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，該設(shè)備制造的金屬零件處于自由狀態(tài)，零件的變形無(wú)法控制，尤其難以制造薄壁的金屬零件。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種金屬零件選區(qū)激光熔化快速成 型設(shè)備，采用該設(shè)備可快速地加工出任意形狀的金屬零件，能基本消 除零件的變形，零件具有良好的尺寸精度和表面粗糙度、高的致密度 和機(jī)械性能。
本實(shí)用新型提供的金屬零件選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備，它包
括激光器、X-Y兩軸掃描振鏡、F-e組合透鏡、成型缸、送粉缸、第一、
第二活塞，其特征在于它還包括基板調(diào)平和鋪粉裝置、氣體凈化系
統(tǒng)、回收缸和控制系統(tǒng)。
激光器的出光口、擴(kuò)束鏡、X-Y兩軸掃描振鏡、F-e組合透鏡和保
護(hù)鏡片依次位于同一光路上。
成型缸位于回收缸和送粉缸之間，并均位于腔體內(nèi)；三個(gè)缸的工 作表面位于同一水平面上，構(gòu)成一個(gè)工作臺(tái)，回收缸、成型缸和送粉 缸的下端分別與各活塞連接，各活塞分別連接有伺服電機(jī)；回收缸上 部安裝有金屬過(guò)濾篩，成型缸內(nèi)設(shè)有加熱板，加熱板通過(guò)螺栓固定在 第二活塞的上表面，加熱板的上表面加工有定位螺紋孔，用于固定基 板。
基板調(diào)平和鋪粉裝置位于腔體內(nèi)，它包括懸臂梁、滑軌、刮板和 絲杠；懸臂梁上部沿Y軸方向安裝有滑軌，滑軌與工作臺(tái)面與平行； 調(diào)平支架垂直安裝在滑軌上，并能沿著滑軌在Y軸方向前后滑動(dòng)，調(diào) 平支架上開(kāi)有貫穿圓孔和緊固螺釘，緊固螺釘?shù)妮S線(xiàn)與圓孔的幾何軸 心垂直；刮板被置于定位板下端的凹槽處，刮板的上端面和側(cè)面分別 與定位板的凹槽的兩個(gè)端面緊靠，利用壓板將刮板平整壓緊并緊固； 刮板的長(zhǎng)度與基板沿Y軸方向的長(zhǎng)度相等；定位板通過(guò)螺栓沿Y軸方 向安裝在懸臂梁的下部；所述工作臺(tái)的Y方向一側(cè)沿X軸方向平行安裝有絲杠，絲杠與伺服電機(jī)連接；懸臂梁垂直安裝在絲杠上。
氣體凈化系統(tǒng)通過(guò)管道與腔體相連；控制系統(tǒng)分別與激光器、 X-Y兩軸掃描振鏡、加熱板、驅(qū)動(dòng)各活塞和絲杠的伺服電機(jī)、以及氣 體凈化系統(tǒng)電連接，計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)相連。
本實(shí)用新型將快速成型技術(shù)與激光加工技術(shù)相結(jié)合，將掃描振鏡 用于金屬零件的直接成型，大幅度提高了成型件的成型效率、成型精 度和質(zhì)量。為獲得精密、少或無(wú)缺陷的金屬零件，本實(shí)用新型采用了 三工作缸設(shè)置、基板加熱及調(diào)平、刮板鋪粉等新設(shè)計(jì)。具體而言，本
實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果
(1) 采用三工作缸設(shè)置，增加了粉末回收缸。每一層加工完畢 后，刮板將鋪粉過(guò)程中多余的粉末以及熔化層表面的大顆粒雜質(zhì)一同 刮入設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)的粉末回收缸中，保證了新的熔化層的激光成型質(zhì) 量。過(guò)濾后貯存在回收缸中的粉末可直接重新利用，提高了粉末的利 用率。
(2) 在成型件缸的活塞上方固定一定厚度的表面平整的金屬板
作為成型基板，金屬零件牢固結(jié)合生長(zhǎng)在基板表面，從而可以控制零 件在成型過(guò)程中發(fā)生熱變形。
(3) 基板調(diào)平和定位裝置可充分保證基板與刮板平行，結(jié)合無(wú)
磁性且具有特殊形狀的刮板進(jìn)行鋪粉，能獲得最小鋪粉層厚較小的均 勻粉末層，實(shí)現(xiàn)高精度零件的成型加工。
(4) 成型件缸內(nèi)設(shè)有加熱系統(tǒng)，可預(yù)熱基板和金屬粉末，能減 少成型零件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件尤其是復(fù)雜薄壁工件的變形 和產(chǎn)生裂紋。同時(shí)熱的粉末也增加了對(duì)激光的吸收率。
(5) 激光快速成型在封閉的腔體內(nèi)進(jìn)行，腔體配備有抽氣、換 氣和過(guò)濾功能的氣體凈化系統(tǒng)，不但能防止金屬零件發(fā)生氧化，而且 能過(guò)濾吸收激光成型過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵，使激光聚焦鏡免受污染，同 時(shí)保護(hù)操作人員不受有害粉塵的傷害。

圖l為本實(shí)用新型的選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的基板的安裝和調(diào)平俯視圖； 圖4為本實(shí)用新型的鋪粉刮板安裝示意圖，其中，3A為主視圖， 3B為側(cè)視圖4為本實(shí)用新型的一種鋪粉刮板的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，4A為主 視圖，4B為側(cè)視圖，4C為俯視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括激光器l、 X-Y兩軸掃描振鏡3、 F-e組合透鏡4、控制系統(tǒng)IO、回收缸ll、成型缸13、送粉缸16、加熱 板15、氣體凈化系統(tǒng)18、腔體20、基板調(diào)平和鋪粉裝置。
激光器l的出光口、擴(kuò)束鏡2、 X-Y兩軸掃描振鏡3、 F-e透鏡4和保 護(hù)鏡片5依次位于同一光路上。激光器l發(fā)出的水平激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡 2后射入X-Y兩軸掃描振鏡3中被轉(zhuǎn)變90。，轉(zhuǎn)向后的激光束被F-e組合 透鏡4聚焦后經(jīng)過(guò)保護(hù)鏡片5形成聚焦激光束6，聚焦激光束6的焦點(diǎn)位 置位于成型缸13的表面。保護(hù)鏡片5的作用是為了防止激光成型過(guò)程 中產(chǎn)生的煙塵污染F-e組合透鏡4。
成型缸13位于回收缸11和送粉缸16之間，三個(gè)缸的工作表面位于
同一水平面上，構(gòu)成一個(gè)工作臺(tái)，并且各個(gè)缸的下端分別連接有升降 活塞17、 17'、 17"?；厥崭?1上部安裝有金屬過(guò)濾篩12，能將刮板8
刮入的粉末進(jìn)行過(guò)濾，除去其中的大顆粒雜質(zhì)，避免其累積后將刮板 8抬起影響鋪粉質(zhì)量，過(guò)濾后的金屬粉末落入回收缸ll內(nèi)被回收再利 用。金屬過(guò)濾篩12的網(wǎng)眼尺寸根據(jù)激光成型所用粉末的最大粒徑而 定。成型缸13內(nèi)設(shè)有加熱板15，加熱的溫度范圍為25 12(TC。加熱 板15通過(guò)4個(gè)螺栓被固定在活塞17'的上表面，在固定后其上表面與工 作臺(tái)面保持平行。加熱板15的上表面加工有三個(gè)定位螺紋孔，設(shè)備工 作時(shí)通過(guò)這三個(gè)定位螺孔能將基板14固定在加熱板15的上表面。
7參見(jiàn)圖1和圖2，基板調(diào)平和鋪粉裝置的結(jié)構(gòu)為懸臂梁9上部沿
Y軸方向安裝有滑軌26，滑軌26與工作臺(tái)面保持平行。調(diào)平支架7垂 直安裝在滑軌26上，并能沿著滑軌26在Y軸方向前后滑動(dòng)，調(diào)平支架 7上開(kāi)有貫穿圓孔25和緊固螺釘24，緊固螺釘24的軸線(xiàn)與圓孔25的幾 何軸心垂直。
參見(jiàn)圖3，刮板8被置于定位板28下端的凹槽處，刮板8的上端面 和側(cè)面分別與定位板28的凹槽的兩個(gè)端面緊靠，利用壓板29將刮板8 平整壓緊并用4個(gè)螺釘30緊固。刮板8的長(zhǎng)度與基板14沿Y軸方向的長(zhǎng) 度相等。通過(guò)2個(gè)貫穿的方形槽27用螺栓將定位板28沿Y軸方向初步 固定在懸臂梁9的下部。當(dāng)需要更換刮板時(shí)，將定位板28從懸臂梁9 上卸下，松開(kāi)螺釘30取下舊刮板，然后重復(fù)上述步驟安裝新的刮板。 工作臺(tái)的Y方向一側(cè)沿X軸方向平行安裝有絲杠21,絲杠21由伺服電 機(jī)驅(qū)動(dòng)。懸臂梁9垂直安裝在絲杠21上，在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，絲杠 21能夠帶動(dòng)懸臂梁9及其上的調(diào)平支架7、滑軌26、定位板28及其上的 刮板8整體沿X軸方向左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基板調(diào)平、刮板鋪粉和回收粉 末的動(dòng)作。
激光成型的工作臺(tái)、基板調(diào)平和鋪粉裝置整體位于封閉的腔體20 中，氣體凈化系統(tǒng)18通過(guò)進(jìn)氣管道和出氣管道分別與腔體20相連，構(gòu) 成一個(gè)封閉的內(nèi)部氣體循環(huán)系統(tǒng)。氣體凈化系統(tǒng)18具有抽真空、回充 氣體、換氣和過(guò)濾粉塵的功能，能夠?qū)⑶惑w20抽真空至10Pa的真空度， 同時(shí)回充氮?dú)饣驓鍤獾缺Ｗo(hù)氣體，并能在激光成型過(guò)程通過(guò)換氣維持 腔體20內(nèi)的氧含量小于1PPM，防止激光成型零件的表面發(fā)生氧化。 氣體凈化系統(tǒng)18中設(shè)置的過(guò)濾器可以將激光成型過(guò)程中產(chǎn)生的納米 煙塵過(guò)濾吸收，保護(hù)操作人員不受有害粉塵的傷害。
控制系統(tǒng)10分別用控制線(xiàn)與激光器1的光閘、X-Y兩軸掃描振鏡3 的擺動(dòng)電機(jī)、加熱板15的溫控設(shè)備、驅(qū)動(dòng)活塞1'7、 17'、 17"和絲杠21 的伺服電機(jī)、以及氣體凈化系統(tǒng)18的開(kāi)關(guān)電連接。計(jì)算機(jī)19與控制系 統(tǒng)10相連，由計(jì)算機(jī)19中的專(zhuān)用激光成型軟件發(fā)出指令可分別或同時(shí) 控制激光器l的開(kāi)光或關(guān)光，掃描振鏡3的啟動(dòng)、停止、掃描速度和掃
8描路徑，加熱板15的開(kāi)啟、停止和溫度控制，活塞17的上升、下降和 升降速度，懸臂梁9的左右運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)速度，以及氣體凈化系統(tǒng)18的 開(kāi)啟或停止。
激光成型前，需要完成基板14的安裝和調(diào)平。參見(jiàn)圖2，安裝前， 基板14需要進(jìn)行機(jī)械加工，使基板14的上下表面平行。同時(shí)在基板14 上加工出貫穿基板的三個(gè)定位螺紋孔22和三個(gè)調(diào)平螺孔23，基板14 上的三個(gè)定位螺紋孔22與加熱板15上的三個(gè)定位螺紋孔的位置相同， 螺紋孔22和23同時(shí)作用能實(shí)現(xiàn)基板14的固定和調(diào)平。
基板14的安裝和調(diào)平步驟如下首先將基板14的上表面噴砂獲得 一定的粗糙度，以利于激光成型時(shí)第一層金屬粉末熔化后和基板牢固 結(jié)合。將噴砂后的基板14裝入成型缸13中加熱板15的上面，將基板14 上的三個(gè)定位螺紋孔22與加熱板15的三個(gè)定位螺紋孔上下對(duì)齊，用螺 桿將基板14初步固定在加熱板15上。同時(shí)，將另外三個(gè)螺桿分別旋入 基板14的三個(gè)調(diào)平螺紋孔23中，但不緊固。將千分表垂直安裝于調(diào)平 支架7上的圓孔25中，調(diào)整千分表的上下位置，使表針剛好作用于基 板14的表面，此時(shí)用緊固螺釘24將千分表緊固。利用絲杠21和滑軌26 可以使千分表到達(dá)基板14表面的任何位置，根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面的 原理和千分表在各個(gè)位置的高度變化，反復(fù)配合調(diào)節(jié)定位螺紋孔22 和調(diào)平螺紋孔23內(nèi)的螺桿，最終使基板14表面上各個(gè)位置的高度差別 在士lpm以?xún)?nèi)，同時(shí)保證基板14牢牢固定在加熱板15上。此時(shí)基板14
的上表面與工作臺(tái)面平行。
當(dāng)基板14完成安裝和調(diào)平后，還需將刮板8的位置進(jìn)行最后的調(diào) 整和定位。步驟如下通過(guò)升高或降低成型缸13中的活塞17'，使基板 14的上表面與工作臺(tái)面處于同一水平面上。用手垂直向下輕壓定位板 28，并利用方形槽27調(diào)整定位板28的上下位置，使刮板8的刃口與基 板14之間無(wú)間隙接觸，此時(shí)緊固方形槽27中的螺栓完成刮板8在懸臂 梁9上的最后安裝。
當(dāng)完成基板14的安裝和調(diào)平，以及刮板8的安裝后，整個(gè)激光快 速成型設(shè)備就可以開(kāi)始工作。具體的工作流程如下(1) 刮板8移動(dòng)至送粉缸16右側(cè)的初始位置(見(jiàn)圖l)，送粉缸16 中的活塞17"和成型缸13中的活塞17'分別下降一定距離。通過(guò)腔體20 上的操作窗口，用一定數(shù)量和粒徑的金屬或合金粉末把送粉缸16裝 滿(mǎn)。然后關(guān)閉手動(dòng)操作窗口，將腔體20密封。
(2) 開(kāi)啟氣體凈化系統(tǒng)18，氣體凈化系統(tǒng)18內(nèi)的真空泵開(kāi)始工 作將腔體20抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到10Pa時(shí)，真空泵自動(dòng)停止工作，向 腔體20中充入純度為99.999%的保護(hù)氣體(氮?dú)?、氬氣、氦氣或上?氣體組成的混合氣體)，當(dāng)腔體20內(nèi)的氧含量降低到1PPM以下時(shí)，充 氣停止。在整個(gè)激光成型過(guò)程中，氣體凈化系統(tǒng)18將一直處于工作狀 態(tài)，利用換氣功能使腔體20內(nèi)的氧含量保持在1PPM以下。
(3) 在氣體凈化系統(tǒng)18開(kāi)始工作的同時(shí)，加熱板15開(kāi)始工作， 將金屬基板14加熱到80 10(TC (根據(jù)零件的材料而定)，金屬基板14 在整個(gè)激光成型過(guò)程中保持在設(shè)定的加熱溫度。
(4) 將設(shè)計(jì)好的三維零件以STL格式文件輸入計(jì)算機(jī)19中，利 用分層切片軟件對(duì)零件進(jìn)行分層離散，生成激光加工數(shù)控指令。開(kāi)啟 激光器l，啟動(dòng)激光成型控制軟件，在控制系統(tǒng)10的控制下，激光選 區(qū)熔化快速制造零件的過(guò)程自動(dòng)開(kāi)始進(jìn)行。
(5) 送粉缸16中的活塞17"推動(dòng)金屬或合金粉末上升一定距離， 保證有足夠的粉末用于后續(xù)鋪粉。刮板8以一定的速度從右向左運(yùn)動(dòng)， 經(jīng)過(guò)成型缸13時(shí)將粉末平鋪在基板14的表面，獲得一定厚度的均勻金 屬粉末層。刮板8最后在回收缸11的中間位置停止，鋪粉過(guò)程中多余 的粉末經(jīng)過(guò)過(guò)濾篩12后落入回收缸11中。
(6) 控制系統(tǒng)10控制X-Y兩軸掃描振鏡3使聚焦激光束6按照設(shè) 定的運(yùn)動(dòng)軌跡掃描，并根據(jù)填充路徑的需要自動(dòng)控制激光器l的光閘 開(kāi)啟或關(guān)閉，在一定的激光成型工藝參數(shù)下將基板14表面的粉末層熔化。
(7) 回收缸11中的活塞17下降一定距離，同時(shí)成型缸13中的活 塞17'帶動(dòng)基板14也下降一定距離，然后刮板8以一定的速度從左向右 運(yùn)動(dòng)，回到右側(cè)的初始位置。重復(fù)上述步驟(5)、 (6)和(7)，直至 完成整個(gè)零件的熔化堆積制造。(8)加熱板15停止工作，待基板14及其表面生長(zhǎng)的零件的溫度 降至室溫后，氣體凈化系統(tǒng)"停止工作，打開(kāi)腔體20上的操作窗口， 將基板和成型的金屬零件一同取出，然后用線(xiàn)切割的方法從基板上切 下零件。為更好實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，激光器為高光束質(zhì)量連續(xù)固體激光器， 激光功率為150 200W，聚焦光斑的直徑為10 100jam。本實(shí)用新型的刮板釆用Al203或Si02等陶瓷材料加工而成。由于陶瓷材料硬度高，在刮粉過(guò)程中不會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生磁性，不但能獲得 厚度均勻的預(yù)置粉末層，而且刮板的使用壽命很長(zhǎng)。本實(shí)用新型的刮 板的形狀可采用多種方式實(shí)現(xiàn)，圖4列舉了刮板的一種具體的結(jié)構(gòu)形 式，但本實(shí)用新型所使用的刮板的形狀并不局限于此。本設(shè)備適用于鐵基、不銹鋼、工具鋼、鈷基合金、鎳基合金、鈦 及鈦合金等不同粒徑的金屬或合金粉末，但最大粒徑大于或等于 lO)iim;金屬過(guò)濾篩的網(wǎng)眼尺寸比激光成型所用粉末的最大粒徑略大。 基板的材料特性與粉末材料相接近，基板的厚度為25 40mm，基板 的最佳預(yù)熱溫度范圍為80 10(TC 。成型過(guò)程中，每次送粉缸上升的高度為l 3mm，回收缸下降的 高度為l 2mm，成型缸下降的高度為10 30^im,基板表面鋪粉的厚 度為20 60pm。鋪粉刮板的運(yùn)動(dòng)速度為l 10m/min，激光的掃描速 度為50 3000mm/s。 實(shí)施例為達(dá)到本實(shí)用新型的發(fā)明目的，可以選用GSI公司生產(chǎn)的X-Y兩 軸掃描振鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)激光束的掃描運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體20的抽氣、換氣 和過(guò)濾，同時(shí)保證腔體20在整個(gè)激光快速成型過(guò)程中始終保持低的氧 含量(小于1PPM)，可以釆用米幵羅有限公司生產(chǎn)的MK100型超級(jí)凈 化系統(tǒng)作為本實(shí)用新型的氣體凈化系統(tǒng)。至于本實(shí)用新型設(shè)備的擴(kuò)束 鏡、F-e組合透鏡、保護(hù)鏡片、控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、活塞、刮板等結(jié) 構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)商業(yè)化采購(gòu)或以多種方式設(shè)計(jì)加工來(lái)具 體實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1、一種金屬零件選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備，它包括激光器(1)、X-Y兩軸掃描振鏡(3)、F-θ組合透鏡(4)、成型缸(13)、送粉缸(16)、第一、第二活塞(17、17′)，其特征在于它還包括基板調(diào)平和鋪粉裝置、氣體凈化系統(tǒng)(18)、回收缸(11)和控制系統(tǒng)(10)；激光器(1)的出光口、擴(kuò)束鏡(2)、X-Y兩軸掃描振鏡(3)、F-θ組合透鏡(4)和保護(hù)鏡片(5)依次位于同一光路上；成型缸(13)位于回收缸(11)和送粉缸(16)之間，并均位于腔體(20)內(nèi)；三個(gè)缸的工作表面位于同一水平面上，構(gòu)成一個(gè)工作臺(tái)，回收缸(11)、成型缸(13)和送粉缸(16)的下端分別與各活塞連接，各活塞分別連接有伺服電機(jī)；回收缸(11)上部安裝有金屬過(guò)濾篩(12)，成型缸(13)內(nèi)設(shè)有加熱板(15)，加熱板(15)通過(guò)螺栓固定在第二活塞(17′)的上表面，加熱板(15)的上表面加工有定位螺紋孔，用于固定基板(14)；基板調(diào)平和鋪粉裝置位于腔體(20)內(nèi)，它包括懸臂梁(9)、滑軌(26)、刮板(8)和絲杠(21)；懸臂梁(9)上部沿Y軸方向安裝有滑軌(26)，滑軌(26)與工作臺(tái)面與平行；調(diào)平支架(7)垂直安裝在滑軌(26)上，并能沿著滑軌(26)在Y軸方向前后滑動(dòng)，調(diào)平支架(7)上開(kāi)有貫穿圓孔(25)和緊固螺釘(24)，緊固螺釘(24)的軸線(xiàn)與圓孔(25)的幾何軸心垂直；刮板(8)被置于定位板(28)下端的凹槽處，刮板(8)的上端面和側(cè)面分別與定位板(28)的凹槽的兩個(gè)端面緊靠，利用壓板(29)將刮板(8)平整壓緊并緊固；刮板(8)的長(zhǎng)度與基板(14)沿Y軸方向的長(zhǎng)度相等；定位板(28)通過(guò)螺栓沿Y軸方向安裝在懸臂梁(9)的下部；所述工作臺(tái)的Y方向一側(cè)沿X軸方向平行安裝有絲杠(21)，絲杠(21)與伺服電機(jī)連接；懸臂梁(9)垂直安裝在絲杠(21)上；氣體凈化系統(tǒng)(18)通過(guò)管道與腔體(20)相連；控制系統(tǒng)(10)分別與激光器(1)、X-Y兩軸掃描振鏡(3)、加熱板(15)、驅(qū)動(dòng)各活塞和絲杠(21)的伺服電機(jī)、以及氣體凈化系統(tǒng)(18)電連接，計(jì)算機(jī)(19)與控制系統(tǒng)(10)相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種三缸可加熱式選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備，主要包括激光器、掃描振鏡、F-θ組合透鏡、回收缸、成型缸、送粉缸、加熱板、基板調(diào)平和鋪粉裝置、氣體凈化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?；逭{(diào)平、加熱和鋪粉裝置，以及三個(gè)工作缸體位于腔體內(nèi)，氣體凈化系統(tǒng)通過(guò)管道與腔體相連?？刂葡到y(tǒng)分別與激光器、掃描振鏡、加熱板、驅(qū)動(dòng)各活塞和絲杠的伺服電機(jī)、以及氣體凈化系統(tǒng)電連接。利用該設(shè)備，在預(yù)熱和保溫的金屬基板上逐層鋪粉，然后利用連續(xù)的固體激光器，配合送粉缸上升、成型缸和回收缸下降，將粉末逐層熔化，可以快速地加工出任意形狀的金屬零件，并能基本消除零件的變形，零件具有良好的尺寸精度和表面粗糙度、高的致密度和機(jī)械性能。
文檔編號(hào)B22F7/06GK201300207SQ20082019207
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者凱 關(guān), 曾曉雁, 王澤敏, 胡乾午, 陳光霞 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)