一種金屬零件的激光增材制造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬零件的激光增材制造設(shè)備，它包括振鏡激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置；振鏡激光熔化成形裝置類似于不帶成型缸的選擇性激光熔化成形裝置；薄壁墻制備裝置安裝在選擇性激光熔化成形裝置的氣氛腔內(nèi)，用于逐層完成薄壁墻的制造，形成隨形腔，所述激光熔化成形裝置用于完成在所述隨形腔內(nèi)鋪金屬粉末及對該金屬粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。薄壁墻制備裝置可以是自動送粉的激光增材制造裝置，也可以堆焊裝置，還可以采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者自動落料機(jī)構(gòu)。本實用新型既保留了SLM金屬增材制造技術(shù)的優(yōu)點，又采用隨形缸，突破常規(guī)SLM設(shè)備固定尺寸成型缸的限制，可以實現(xiàn)大尺寸甚至超大尺寸零件的高精度制造。
【專利說明】一種金屬零件的激光增材制造設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型設(shè)備屬于激光增材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高精度金屬零件的增材制造設(shè)備，尤其適用于大尺寸甚至超大尺寸的復(fù)雜金屬零件的制造。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，基于“離散一堆積”和“添加成形”的激光增材制造技術(shù)已經(jīng)可以從CAD模型和金屬粉末直接制造密度近乎100%的金屬零件。常用金屬材料如工具鋼、不銹鋼、鎳合金、銅合金、鈦合金和鎢合金等都已經(jīng)試制成功，制造的金屬零件正在逐步走向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用。
[0003]目前，采用激光增材制造技術(shù)直接制造100%密度金屬零件的方法歸納起來有兩種:一種是基于自動送粉工藝的激光熔化沉積技術(shù)(LaserMeltingDeposition,以下簡稱LMD技術(shù))，另一種是基于預(yù)置鋪粉工藝的選區(qū)激光熔化技術(shù)(Selective Laser Melting,也稱選擇性激光熔化技術(shù)，以下簡稱SLM技術(shù))。
[0004]由于粉末供給方式不同，LMD與SLM兩者的技術(shù)路線和設(shè)備都有明顯差異。LMD采用的是自動送粉，即在加工成形過程中，金屬粉末是從儲粉斗通過噴嘴同步噴射到熔池中，一次性完成粉末的送入、熔化、凝固成形，因此也稱為一步法。
[0005]由于合金粉末是從噴嘴中動態(tài)噴出的，因此LMD技術(shù)中的激光光斑不能夠太小，否則大部分金屬粉末將不能夠被激光捕捉；而且由于激光與工件的相對運(yùn)動是采用機(jī)床來實現(xiàn)的，機(jī)床的加速度和速度都較小，成形制造精密構(gòu)件時沉積效率將會很低。因此，LMD工藝一般采用較大的光斑直徑，所制造的零件形狀相對比較簡單，成形線寬較寬，空間分辨率較低，成形件精度較差，一般在毫米量級。所以，LMD技術(shù)成形零件后續(xù)機(jī)加工較大。然而，LMD技術(shù)的顯著優(yōu)勢之一是，成形設(shè)備可以借用發(fā)展十分成熟的通用機(jī)床，制造大尺寸零部件所用的設(shè)備制造難度系數(shù)不高。因此，LMD技術(shù)可以制備大尺寸的零件，其投影面積尺寸可達(dá)到數(shù)平方米。
[0006]而SLM技術(shù)則采用預(yù)置鋪粉的方式，即預(yù)先在成型缸中鋪設(shè)一層一定厚度的金屬粉末床，然后采用激光束對合金粉末層實現(xiàn)選擇性熔化。這種粉末先預(yù)置、然后熔化成形的工藝又稱為兩步法。
[0007]SLM成形工藝中，由于合金粉末處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此采用很小的激光光斑也能夠有效捕捉住合金粉末，實現(xiàn)高精度成形。而且，由于采用掃描振鏡實現(xiàn)激光與工件的相對運(yùn)動，掃描振鏡的基本特性使得激光束的掃描速度、跳轉(zhuǎn)速度和加速度比LMD采用機(jī)床時的對應(yīng)參數(shù)大得多。因此，與LMD相比，SLM技術(shù)的最小成形線寬小得多，成形件的空間分辨率、成形精度和表面光潔度高得多。而且，由于是采用鋪粉工藝，粉床可以作為懸掛結(jié)構(gòu)的支撐。上述種種原因使得SLM技術(shù)特別適合具有精細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零件的凈成形。
[0008]下面結(jié)合圖la、lb具體說明其工作過程。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)中，SLM技術(shù)制造金屬零件I通常是在成型缸2內(nèi)完成，如圖1a所示，具體過程說明如下。[0010]首先，按照待加工金屬零件I所需要的精度，采用SLM設(shè)備中專門設(shè)計的軟件對待加工金屬零件I的三維CAD模型按照一定厚度進(jìn)行分層切片，獲得金屬零件I的每層平面輪廓掃描信息。為保護(hù)金屬在加工過程中不被氧化，成型缸2和儲粉斗(或者儲粉缸)3均需要采用氣體保護(hù)，一般地將成型缸2置于氣氛室4中，氣氛室4中可以充入各種保護(hù)氣氛，如氬氣、氮?dú)獾?。有的設(shè)備還會在成型缸2周圍布置加熱保溫裝置，使其具有預(yù)熱緩冷功能。在制造金屬零件I過程中，儲粉斗3中的金屬粉末5被送往成型缸2，自動鋪粉器7以成型缸2的上表面臺面6作為基準(zhǔn)面將粉末鋪平。鋪粉時成型缸2的整個區(qū)域都需要鋪滿金屬粉末5 (如圖1b所示的鋪粉后成型缸俯視圖)。由于傳統(tǒng)SLM設(shè)備成型缸2的大小是固定的，因此在制作金屬零件過程中，整個零件高度內(nèi)，成型缸2內(nèi)將鋪滿金屬粉末；計算機(jī)控制系統(tǒng)按照所需加工零件給定的圖形信息驅(qū)動掃描振鏡，使得激光束在粉床表面實現(xiàn)選擇性掃描、熔化金屬粉末，熔融粉末快速冷凝后就形成金屬零件I的一層；然后成型缸2的活塞下降一個單層厚度的高度，重復(fù)鋪粉-激光選擇性掃描-熔化成形過程；通過上述過程熔化粉末層的層層疊加，即獲得了金屬零件I。儲粉斗3可以置于成型缸2的側(cè)上方(此時一般稱為儲粉斗)，也可以平行放置在成型缸2的側(cè)面(此時一般稱為儲粉缸)。儲粉斗可以置于氣氛室4，也可以置于氣氛室4外；但是儲粉缸必須置于氣氛室4中。
[0011]與LMD技術(shù)相比，SLM技術(shù)成形的工藝特點為:金屬零件具有高精度、高機(jī)械性能、高表面光潔度，并且能成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)和形狀的金屬零件。其主要局限性在于，所能夠成形的零件大小受制于成型缸的尺寸和掃描振鏡掃場范圍。因此，現(xiàn)有的SLM技術(shù)一般用于制造中小型零件。如果的確需要采用SLM技術(shù)制造大尺寸零件，則必須采用大尺寸成型缸，大尺寸成型缸承載的大量粉末給機(jī)床帶來很重的負(fù)荷，使得SLM成形設(shè)備中的活塞、絲桿等機(jī)械部件承載的負(fù)荷大，設(shè)備的制造成本與難度系數(shù)大幅度增加。
[0012]綜上所述，LMD技術(shù)一般用來制造形狀相對簡單、尺寸精度要求較低的大尺寸金屬零件；而SLM技術(shù)則用來制造形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的金屬零件，但是目前無法制造大尺寸金屬零件。采用大尺寸成型缸的SLM方法制造大型金屬零件，會給SLM設(shè)備的制造帶來很多技術(shù)難題，例如必須有超量合金粉末填滿整個成型缸，才能完成零件制造，這將使得機(jī)床變得超重，機(jī)械設(shè)備復(fù)雜程度大幅度和設(shè)備制造成本大幅度增加。因此，人們一直在尋找大尺寸復(fù)雜金屬零件的高精度增材制造方法和裝置。
實用新型內(nèi)容
[0013]本實用新型設(shè)備提供了一種全新的金屬零件激光增材制造設(shè)備，其目的在于實現(xiàn)大尺寸甚至超大尺寸復(fù)雜金屬零件的高精度制造。
[0014]本實用新型設(shè)備提供的一種金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括振鏡激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置；
[0015]所述振鏡激光熔化成形裝置類似于不帶成型缸的選擇性激光熔化成形裝置；所述薄壁墻制備裝置安裝在選擇性激光熔化成形裝置的氣氛腔內(nèi)，用于逐層完成薄壁墻的制造，形成隨形腔，所述振鏡激光熔化成形裝置用于完成在所述隨形腔內(nèi)鋪金屬粉末及對該金屬粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。
[0016]作為上述激光增材制造設(shè)備的一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，所述振鏡激光熔化成形裝置包括儲粉斗、氣氛室、三維移動部件、工作臺面、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)、第一導(dǎo)光系統(tǒng)、自動鋪粉器和激光器；儲粉斗置于氣氛室內(nèi)或室外，工作臺面位于氣氛室底部，用于放置作為薄壁墻和零件承載體的基板；
[0017]掃描振鏡聚焦系統(tǒng)和自動鋪粉器通過安裝板安裝在三維移動部件上，自動鋪粉器的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，自動鋪粉器用于向隨形腔內(nèi)送粉，刮板并將隨形腔內(nèi)粉末鋪平；激光器通過第一導(dǎo)光系統(tǒng)與掃描振鏡聚焦系統(tǒng)的入光口相連；工作時，激光器出射的激光束經(jīng)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)匯聚在隨形腔內(nèi)的粉末床表面，并按照零件形狀對粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。
[0018]作為上述激光增材制造設(shè)備的另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，所述薄壁墻制備裝置包括激光器、光學(xué)聚焦系統(tǒng)、第二導(dǎo)光系統(tǒng)、同軸送粉噴嘴和三維移動部件；光學(xué)聚焦系統(tǒng)和同軸送粉噴嘴均通過安裝板安裝在三維移動部件上，同軸送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)同軸，并嘴通過粉管與儲粉斗的出粉口相連；工作時儲粉斗中的合金粉末在負(fù)壓帶動下沿著粉管輸入到同軸送粉噴嘴后，噴出粉末的匯聚點與光學(xué)聚焦系統(tǒng)的焦點位于粉床表面同一位置；激光器出射的激光束經(jīng)光學(xué)聚焦系統(tǒng)后匯聚在送粉噴嘴同軸噴出的粉末匯聚點上，在基板表面形成熔覆層。當(dāng)同軸送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)隨水平軸按預(yù)定的軌跡運(yùn)動時，在基板上形成所需形狀的薄壁墻，該薄壁墻所圍成的區(qū)域即隨形腔；所述薄壁墻制備裝置與所述振鏡激光熔化成形裝置共用一臺激光器和/或三維移動部件，或者各自分開配備。
[0019]所述薄壁墻制備裝置也可以采用焊接設(shè)備，或者配有板帶材料的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，或者配有板帶材料且安裝在三維移動部件上的自動落料機(jī)構(gòu)。
[0020]本實用新型設(shè)備的基本思想是:待加工零件的制造依然基于現(xiàn)有的SLM技術(shù)類似方法，即采用預(yù)置鋪粉和高速振鏡掃描方式，每一層預(yù)置一定厚度的粉末，掃描振鏡帶動激光束選擇性掃描、加熱、熔化合金粉末，完成該層的成形。通過層層疊加，最終形成高精度的三維實體。與現(xiàn)有SLM技術(shù)所不同的是，本實用新型設(shè)備不再采用SLM技術(shù)中固定尺寸的成型缸，而是隨著零件每層切片的形狀和尺寸不同，成型缸的形狀和尺寸也適當(dāng)調(diào)整變化，我們稱之為“隨形缸”。從三維空間來看，圍成該“隨形缸”的是薄壁墻。根據(jù)零件每層切片的形狀和尺寸，薄壁墻形成的空腔區(qū)域我們稱之為“隨形腔”，“隨形腔”的作用是為待加工零件每層的鋪粉提供平面基準(zhǔn)和腔體，使得合金粉末能夠按照所設(shè)計的厚度均勻地鋪放在成形構(gòu)件的表面。每一層中，“隨形腔”的個數(shù)可以是一個，也可以是多個:他們的形狀與其所包圍的金屬零件層的外輪廓基本一致，薄壁墻離待加工零件外圍輪廓有一定距離。“隨形腔”層疊即形成“隨形缸”。
[0021]因此，本實用新型設(shè)備既保留了激光選區(qū)熔化成形(SLM)金屬增材制造技術(shù)的優(yōu)點，即采用預(yù)置鋪粉和高速振鏡掃描，滿足復(fù)雜金屬零件高精度成形的要求；又由于采用了“隨形缸”，突破常規(guī)SLM設(shè)備固定尺寸成型缸的限制，實現(xiàn)大尺寸零件的高精度制造。所以，本實用新型設(shè)備不僅可使得制造高精度大尺寸零件成為可能，而且與現(xiàn)有基于固定成型缸結(jié)構(gòu)的大尺寸零件SLM成形技術(shù)相比，裝置復(fù)雜程度大幅度降低，需要的備用金屬粉末量也大幅度降低，從而為大尺寸復(fù)雜金屬零件的高精度、短流程制造提供了一種全新的激光增材制造技術(shù)。本實用新型設(shè)備可以采用的技術(shù)路線主要包括循環(huán)執(zhí)行的三個步驟:I)先根據(jù)零件層尺寸的大小制造隨形腔；2)鋪粉；3)高速掃描振鏡選擇性激光熔化成形。因此，又稱為二步法。
[0022]與LMD、SLM工藝相似，本實用新型設(shè)備可以釆用三步法增材制造技術(shù)，也是在封閉的氣氛室中完成的，因此可以通過調(diào)控氣氛室內(nèi)的氣氛，防止金屬材料發(fā)生氧化。
[0023]與現(xiàn)有的金屬零件激光增材制造技術(shù)LMD( —步法)和SLM( 二步法)技術(shù)相比，本實用新型設(shè)備提出的新型激光增材制造技術(shù)(三步法)具有如下優(yōu)勢:第一，可以制造大尺寸、高精度、復(fù)雜金屬零件:現(xiàn)有的LMD技術(shù)可以成形大尺寸構(gòu)件，但是加工精度低，后續(xù)加工量大，無法成形復(fù)雜、高精度零件；而SLM技術(shù)成形精度高，但是加工零件的尺寸受到成型缸的限制，成形大尺寸零件需要大成型缸，大成型缸不僅需要備用粉末多，而且存在負(fù)荷重、零件難以取出等諸多技術(shù)難題。本實用新型設(shè)備則使得大尺寸復(fù)雜金屬零件的高精度激光增材制造成為可能，并且設(shè)備相對簡單:通過保留SLM技術(shù)中預(yù)置鋪粉和振鏡掃描的方法成形待加工金屬零件，采用隨形缸技術(shù)避免需要大量金屬粉末，使得大尺寸甚至超大尺寸復(fù)雜零件的高精度激光增材制造成為可能；
[0024]第二，使用本實用新型設(shè)備，可以大幅度降低成形設(shè)備的制造成本:本實用新型設(shè)備提出的技術(shù)路線，采用傳統(tǒng)的多軸機(jī)床或者多關(guān)節(jié)機(jī)器人與SLM熔化成形方法相結(jié)合，設(shè)備構(gòu)成相對簡單，使得大尺寸復(fù)雜零件的高精度成形設(shè)備大幅度簡化，設(shè)備制造的難度系數(shù)與成本大幅度降低；
[0025]第三，使用本實用新型設(shè)備，可以大幅度節(jié)約備用金屬粉末:隨形缸是由隨形腔層疊而成，而隨形腔的尺寸大小是根據(jù)實際零件的形狀、輪廓和尺寸大小逐層變化，可以緊貼待加工零件，對于有的零件甚至可以按照零件的特點進(jìn)行分區(qū)設(shè)計多個隨形腔。因此所需要填入隨形缸體中的金屬粉末比傳統(tǒng)SLM設(shè)備固定“成型缸”時要少得多，從而解決了粉末大量“閑置”的難題，減少備用金屬粉末，降低投資力度；
[0026]第四，使用本實用新型設(shè)備，基板概念可以從傳統(tǒng)的平板向異形板擴(kuò)展:基板有時是可以作為零件的一部分的，在基板上采用本實用新型設(shè)備提供的技術(shù)成形完成其余部分零件制作。在傳統(tǒng)SLM技術(shù)中，第一層鋪粉厚度是由固定成型缸的上表面和基板之間的高度差決定的，因此為了保證均勻的鋪粉厚度，必須采用表面是水平的基板，這在制備有的零件比如底部存在大面積實體結(jié)構(gòu)但表面不水平的零件時會很浪費(fèi)時間和金錢。采用本實用新型設(shè)備，由于采用隨形腔結(jié)構(gòu)，可以使基板的概念和形狀圍大幅度擴(kuò)大，使得選區(qū)激光熔化工藝能夠象LMD工藝那樣，適用于非平面基板。比如，對于上述的情況，就可以使用表面為非平面的基體作為基板，這種底部實體就可以成為基板的一部分，這樣不但可以省卻這部分實體的成形時間，還可以采用不規(guī)則形狀基板?？梢姡捎帽緦嵱眯滦驮O(shè)備提出的隨形缸，可以使在復(fù)雜形狀或者大尺寸基板上局部成形精密構(gòu)件成為可能，這是傳統(tǒng)的SLM技術(shù)或者LMD技術(shù)所無法達(dá)到的；
[0027]第五，本實用新型設(shè)備可以將LMD技術(shù)與SLM技術(shù)組合使用:對于零件一些精度要求不高的部分，也可以直接采用LMD技術(shù)直接成形毛坯，結(jié)合機(jī)械加工完成部件的精密成形，提高成形效率；然后在此基礎(chǔ)上，再利用SLM技術(shù)進(jìn)一步制造復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)；
[0028]第六，本實用新型設(shè)備可以采用多臺振鏡協(xié)同工作，提高成型效率:如果所成形的金屬零件的尺寸足夠大，單臺振鏡工作效率低，則由于金屬粉末處于靜止?fàn)顟B(tài)，還可以配置多臺激光器、多臺掃描振鏡進(jìn)行掃描成形加工，從而大幅度提高成形效率。
[0029]綜上所述，本實用新型設(shè)備可以通過即時制備隨形缸，克服了傳統(tǒng)的SLM固定成型缸的需要粉末多、負(fù)荷重以及設(shè)備制造工藝復(fù)雜等技術(shù)難題，既使得制造大尺寸復(fù)雜零件具有高精度的特點，又大大簡化了設(shè)備的復(fù)雜程度，使得從CAD模型和金屬粉末直接制造100%密度的大尺寸高精度金屬零件成為可能，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1a是常規(guī)SLM技術(shù)制造金屬零件的主視圖，圖1b為鋪粉后成型缸俯視圖；
[0031]圖2是本實用新型設(shè)備提供的設(shè)備的一種具體實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是圖2的細(xì)節(jié)放大圖；
[0033]圖4是本實用新型設(shè)備提供的設(shè)備的另一種具體實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5是圖4的細(xì)節(jié)放大圖；
[0035]圖6是薄壁墻制備裝置采用的焊接設(shè)備示意圖；
[0036]圖7是薄壁墻制備裝置采用的多關(guān)節(jié)機(jī)器人的示意圖。
[0037]圖8是本實用新型設(shè)備實例提供的制造金屬零件的方法流程圖；
[0038]圖9a是本實用新型設(shè)備實例所制造的金屬零件主視圖，圖9b為鋪粉后成型缸俯視圖。
【具體實施方式】
[0039]預(yù)置鋪粉與振鏡掃描相結(jié)合，是SLM成形技術(shù)能實現(xiàn)高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的主要原因。但是，現(xiàn)有的SLM技術(shù)都采用固定大小的成型缸，使得制備的金屬零件尺寸受限。因此，如果在待加工零件的三維CAD模型中添加閉合的、一定厚度的(其厚度可以根據(jù)待加工零件的大小和材料確定)、能將待加工零件包圍的薄壁墻，則該薄壁型腔就可以充當(dāng)現(xiàn)有SLM設(shè)備中固定成型缸的作用。換句話說，閉合薄壁墻實質(zhì)作用就是常規(guī)SLM成形過程中的成型缸，只是其形狀和尺寸不再是固定不變的，而是根據(jù)所待加工金屬零件的形狀和尺寸變化，以與待加工金屬零件同步成形、并能夠包圍待加工金屬零件外輪廓的薄壁墻體。薄壁墻每層的上表面作為鋪粉的平面基準(zhǔn)，其高度增量等于擬鋪粉的單層粉末厚度，我們將這種薄壁墻形成的腔體稱之為“隨形腔”，層層疊加的“隨形腔”組合即為“隨形缸”?？梢?，與采用固定成型腔的SLM技術(shù)不同，本實用新型設(shè)備中的隨形缸是隨著零件的生長而同步生長的，其形狀和尺寸是隨零件形狀和尺寸的變化而變化的。
[0040]下面結(jié)合附圖對本實用新型設(shè)備的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型設(shè)備，但并不構(gòu)成對本實用新型設(shè)備的限定。此外，下面所描述的本實用新型設(shè)備各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征，只要彼此之間未構(gòu)成沖突，就可以相互組合。
[0041]本實用新型設(shè)備包括激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置；所述振鏡激光熔化成形裝置為不帶成型缸的激光選區(qū)熔化成形裝置，它可以是任意一種實現(xiàn)選區(qū)激光熔化成形功能的裝置，用于實現(xiàn)待加工金屬零件的激光熔化成形，得到所需成形的金屬零件。薄壁墻制備裝置安裝在激光選區(qū)熔化成形裝置的氣氛腔內(nèi)，用于逐層完成薄壁墻的制造，形成隨形腔，所述激光熔化成形裝置用于完成所述隨形腔內(nèi)鋪金屬粉末及對該金屬粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。
[0042]下面列舉幾種具體實現(xiàn)的設(shè)備:
[0043]所述振鏡激光熔化成形裝置包括儲粉斗、氣氛室、三維移動部件、工作臺面、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)、自動鋪粉器和激光器。其中，三維移動部件可以是多軸機(jī)床或者多關(guān)節(jié)機(jī)器人。
[0044]所述薄壁墻制備裝置可以是基于LMD原理，即采用自動送粉的激光增材制造裝置逐層制備薄壁墻；也可以是基于焊接原理，采用堆焊裝置逐層制備薄壁墻；還可以是基于機(jī)加工原理，采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者自動落料機(jī)構(gòu)將事先剪切好的板帶(鋼板、鋼帶、塑料帶、紙帶等)逐層鋪設(shè)薄壁墻。
[0045]如圖2、圖3所示，三維移動部件采用的是機(jī)床主軸式結(jié)構(gòu)，包括機(jī)床臺架11和機(jī)床主軸12。
[0046]儲粉斗3、氣氛室4、三維移動部件、工作臺面13、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15、導(dǎo)光系統(tǒng)19、自動鋪粉器17和激光器18構(gòu)成所述振鏡激光熔化成形裝置。
[0047]儲粉斗3置于氣氛室4上方，工作臺面13位于氣氛室4底部，用于放置作為薄壁墻和零件的承載體的基板。
[0048]掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15、自動鋪粉器17、光學(xué)聚焦系統(tǒng)22和送粉噴嘴25均通過安裝板14安裝在機(jī)床主軸12上，機(jī)床主軸12可以在X軸、Y軸和Z軸三個方向運(yùn)動。
[0049]自動鋪粉器的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，自動鋪粉器用于向隨形腔內(nèi)送粉，并將隨形腔內(nèi)粉末鋪平。
[0050]本實例中，自動鋪粉器17包含粉斗以及刮板16。刮板16的下表面平整，并且不得低于光學(xué)聚焦系統(tǒng)22和送粉噴嘴25的下表面平面。粉斗的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，并向隨形腔內(nèi)送粉，粉斗的出粉口開口寬度可以根據(jù)隨形腔大小由計算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。刮板16將隨形腔內(nèi)粉末鋪平。
[0051]所述激光器18、光學(xué)聚焦系統(tǒng)22、導(dǎo)光系統(tǒng)23、粉管24、同軸送粉噴嘴25和所述三維移動部件構(gòu)成所述薄壁墻制備裝置。
[0052]送粉噴嘴25與光學(xué)聚焦系統(tǒng)22同軸，且同軸送粉噴嘴的噴出粉末的匯聚點與光學(xué)聚焦系統(tǒng)22的焦點位于基板表面同一位置；同軸送粉噴嘴25的入粉口通過粉管24與儲粉斗3相連，粉末經(jīng)過同軸送粉噴嘴25的噴嘴噴出。激光器18出射的激光束經(jīng)光學(xué)聚焦系統(tǒng)22后匯聚在同軸送粉噴嘴25同軸噴出的粉末匯聚點上，在基板表面形成熔覆層，當(dāng)同軸送粉噴嘴25與光學(xué)聚焦系統(tǒng)22隨水平軸按預(yù)定的軌跡運(yùn)動時，在基板上形成所需形狀的薄壁墻，該薄壁墻所圍成的區(qū)域即隨形腔。
[0053]自動鋪粉器17的入粉口通過粉管或者自由落下等方式獲得儲粉斗3的粉末5，用于向隨形腔內(nèi)送粉；自動鋪粉器17的刮板16將隨形腔內(nèi)粉末鋪平。激光器18的另一路光通過導(dǎo)光系統(tǒng)19與掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15的入光口相連；激光器18出射的激光束經(jīng)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15匯聚在隨形腔內(nèi)的粉末上，并按照零件形狀對粉末進(jìn)行激光選區(qū)熔化成形，當(dāng)所成形的面積大于掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15的掃場范圍時，掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15在機(jī)床主軸12帶動下移動，完成對整個隨形腔進(jìn)行激光選區(qū)熔化成形，得到所需形狀的金屬零件層。
[0054]在完成一層金屬零件層制備后，送粉噴嘴25、光學(xué)聚焦系統(tǒng)22、自動鋪粉器17和掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15在機(jī)床主軸12帶動下在Z軸方向移動一個層厚，再進(jìn)行下一金屬零件層的制備。激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置交替工作，完成整個金屬零件制備成形。
[0055]如圖4、圖5所示，三維移動部件采用兩個多關(guān)節(jié)機(jī)器人34，多關(guān)節(jié)機(jī)器人34安裝固定在氣氛室4底部，并在工作臺面13之外。掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15、自動鋪粉器17、光學(xué)聚焦系統(tǒng)22、送粉噴嘴25五個部件可以通過安裝板分別任意安裝在兩個多關(guān)節(jié)機(jī)器人上。圖4、圖5為其中一種方式，掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15通過一塊安裝板14安裝在一個多關(guān)節(jié)機(jī)器人34上，光學(xué)聚焦系統(tǒng)22和同軸送粉噴嘴25以及自動鋪粉器17通過另一安裝板14安裝在另一個多關(guān)節(jié)機(jī)器人34上，二個多關(guān)節(jié)機(jī)器人34均可以在X軸、Y軸和Z軸三個方向運(yùn)動。其它結(jié)構(gòu)與圖2所示結(jié)構(gòu)相同。
[0056]如圖6所示，薄壁墻制備裝置可采用焊接設(shè)備，它包括焊槍28和焊機(jī)29。焊槍28同樣是通過安裝板安裝在機(jī)床主軸或多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者其它三維移動部件上，焊接材料可以是粉末，也可以是焊絲。
[0057]如圖7所示，薄壁墻制備裝置采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者安裝在三維移動部件上的自動落料機(jī)構(gòu)31，該三維移動部件可以與激光熔化成形裝置共用或者單獨(dú)配置。每制作薄壁墻8的一層時，多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者可以自動落料機(jī)構(gòu)31就按照計算機(jī)指令將板帶材料30安放合適的空間位置上，并與前一層的上表面固定好，即完成該層薄壁墻的制作。板帶材料30可以是厚度等于單層鋪粉厚度的板帶，如鋼板、鋼帶、塑料帶、紙帶等，其形狀與隨形腔的形狀相同。
[0058]所述振鏡激光熔化成形裝置如激光選區(qū)熔化成形裝置一樣，通常還包括計算機(jī)控制系統(tǒng)20和氣氛控制系統(tǒng)21，計算機(jī)控制系統(tǒng)20用于控制三維移動部件、激光器18、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15和自動鋪粉器17的工作,氣氛控制系統(tǒng)21用于控制氣氛室4的氣氛,如抽真空和除塵等。計算機(jī)控制系統(tǒng)20還可以用于控制薄壁墻制備裝置的工作。
[0059]在薄壁墻制備裝置采用自動送粉的激光增材制造裝置時，它可以也激光熔化成形裝置共用一臺激光器18，在激光器18上設(shè)置光束自動轉(zhuǎn)換裝置26，或者掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15和光學(xué)聚焦系統(tǒng)22之間設(shè)置光束切換系統(tǒng)27。光束自動轉(zhuǎn)換裝置26或光束切換系統(tǒng)27由計算機(jī)控制系統(tǒng)20控制，以實現(xiàn)激光在掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15和發(fā)射聚焦系統(tǒng)22之間的切換。上述技術(shù)方案也可以各自設(shè)置單獨(dú)的激光器。
[0060]本實用新型設(shè)備中，儲粉斗3既可以置于氣氛室內(nèi)4內(nèi)，也可以置于氣氛室內(nèi)4夕卜。安裝板14也可以根據(jù)需要配置一套或者多套。自動鋪粉器17可以采用其它結(jié)構(gòu)形式，如刮板16也可以用滾筒替換。
[0061]同軸送粉噴嘴25和焊接設(shè)備所需的合金粉末既可以來自于儲粉斗3，也可以來自于單獨(dú)設(shè)置的自動送粉器，它所使用的粉末可以與待加工金屬零件一樣的粉末，也可以不一樣。
[0062]導(dǎo)光系統(tǒng)19和23均可以是光纖，或者由反射鏡等光學(xué)器件組成的導(dǎo)光光路。
[0063]掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15也可以米用飛行掃描方式(即加工頭一邊移動,振鏡一邊掃描)，也可以采用分區(qū)掃描方式(即加工頭每次移動一個區(qū)域，在完成該區(qū)掃描后再移動到另一個位置，通過圖形拼接實現(xiàn)大尺寸構(gòu)件的制造)。
[0064]如果薄壁墻需要測量和修整，還需要配備薄壁墻測量裝置32和修整裝置33。則它們均應(yīng)置于氣氛室4中，并通過安裝板14安裝在三維移動部件上，可以在XYZ三個方向移動。薄壁墻測量裝置32可以是深度尺等各種測量器件，修整裝置33可以如銑刀、磨頭等機(jī)加工器件。當(dāng)有兩套三維移動部件(如圖4所示結(jié)構(gòu))時，薄壁墻測量裝置32和修整裝置33可以安裝在同一三維移動部件上(對于機(jī)床結(jié)構(gòu)而言)，也可以分別在不同的三維移動部件上(對于多關(guān)節(jié)機(jī)器人而言)。[0065]如圖8所示，采用本實用新型設(shè)備實例進(jìn)行金屬零件的激光增材制造過程為:
[0066](I)對待加工零件的三維CAD模型進(jìn)行改造，增加包圍待加工零件的閉合薄壁墻。每一層薄壁墻都是一個閉合的環(huán)，環(huán)可以是圓形，方形或所需的任意形狀，與待加工零件外輪廓一樣或者部分一樣，這些閉合的環(huán)形成的空腔區(qū)域我們稱之為“隨形腔”。
[0067]薄壁墻所形成的隨形腔可以封閉或非封閉的所需的任意形狀，非封閉是指上和/或下邊開口。
[0068]該薄壁墻層疊的集合體最終形成“隨形缸”，每層薄壁墻形成“隨形腔”，每層“隨形腔”形狀可以一樣，也可以不一樣，與待加工零件形狀相關(guān)，即形狀與金屬零件層的形狀相適應(yīng)。該隨形缸可以是將整個零件全部包含進(jìn)去的一個型腔體，如其形狀與金屬零件層的外輪廓相同；也可以是根據(jù)待加工零件形狀，將其分割成數(shù)個區(qū)域，將這些分割區(qū)域分別包含進(jìn)去的數(shù)個型腔體之和。顯然，隨形缸尺寸不像傳統(tǒng)SLM的成型腔那樣固定不變，而是可以根據(jù)零件尺寸和形狀的變化而變化。
[0069](2)將添加了薄壁墻的三維CAD模型當(dāng)成新的零件，按照需要的精度采用計算機(jī)軟件對其按照一定厚度進(jìn)行分層切片，得到待加工零件的激光平面掃描輪廓信息和薄壁墻輪廓的平面掃描信息，并按照掃描聚焦系統(tǒng)的掃場范圍將待加工零件的每層平面掃描輪廓信息進(jìn)行分區(qū)；
[0070](3)即時制備薄壁墻，形成“隨形腔”:
[0071]與固定成型腔的結(jié)構(gòu)不同，本實用新型設(shè)備中的隨形缸是由隨著零件的生長而同步生長的薄壁墻形成的空腔即“隨形腔”層疊而成。在制造閉合薄壁墻時，可以采用LMD工藝以及焊接等方法實時制備，也可以事先切割厚度與設(shè)定切片厚度一致的板材或者帶材，并將其圍成隨形腔尺寸大小，固定在前一層的“薄壁墻”表面上，形成新的一層。薄壁墻圍成的空腔構(gòu)成“隨形腔”。
[0072](4)在“隨形腔”內(nèi)鋪粉:儲粉斗里的金屬粉末被自動鋪粉器送到隨形腔內(nèi)，自動鋪粉器的刮板以薄壁墻的上表面為基準(zhǔn)，將隨形腔內(nèi)金屬粉末刮平整均勻，要求粉末充滿整個隨形腔；
[0073]如果薄壁墻的新增高度和表面平整度不符合后續(xù)鋪粉的要求，還要對薄壁墻采用深度尺等進(jìn)行深度測量和銑削、磨削等方法對其新增表面修整，使其新增高度和上表面的平整度和光潔度符合鋪粉要求。
[0074](5)對隨形腔內(nèi)的粉末進(jìn)行選擇性掃描，使被激光輻照的金屬粉末熔化成形，制備一層待加工的金屬零件層:按照零件的分層掃描輪廓信息，啟動掃描振鏡聚焦系統(tǒng)，完成對隨形腔內(nèi)金屬粉末層的選擇性激光熔化掃描加工，從而使金屬粉末熔化成形一層；如果該層尺寸大于掃描振鏡的掃場范圍，則采用三維移動部件帶動掃描振鏡聚焦系統(tǒng)在XY平面內(nèi)移動，通過分區(qū)或者飛行掃描方式完成零件該層的掃描，從而完成一層的制造。
[0075](6)振鏡沿垂直方向移動一個層厚高度:在選擇性激光熔化成形完畢后，振鏡和自動鋪粉器在三維移動部件的帶動下沿垂直方向向下或向上移動一個單層層厚的高度。
[0076](7)重復(fù)進(jìn)行步驟(3) - (7)，直至零件完成全部成形過程:
[0077]根據(jù)零件的三維圖形數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟(3)-(7)，直至薄壁墻層疊形成隨形缸，零件也完成全部成形過程。
[0078](8)去除薄壁墻，即得到所需要的金屬零件。[0079]與圖la、Ib所示的常規(guī)SLM技術(shù)制造金屬零件不同，采用圖8所示流程，成形完成后的零件示意圖如圖9a、lb所示，成形后的零件由金屬零件I和薄壁墻8組成。薄壁墻8是與待加工金屬零件同步制備的，即每制備一層金屬零件，必先制備一層閉合的薄壁墻。薄壁墻8最終層疊形成隨形缸9，每層薄壁墻閉合形成“隨形腔” 10，根據(jù)零件形狀，隨形腔10可以是一個也可以是多個。整個零件和薄壁墻制備完成后，還要將薄壁墻8去除，具體實施過程如圖8所示。
[0080]薄壁墻8的掃描輪廓是采用計算機(jī)控制軟件在金屬零件I的CAD模型的邊沿一定距離處添加一定厚度的閉合外沿形成的，厚度可以在0.1mm?50mm(優(yōu)選值是I?IOmm)之間，薄壁墻距待加工零件的距離在0.1mm?300mm(優(yōu)選值是I?50mm)之間，薄壁墻的厚度和距待加工零件外輪廓的距離由待加工零件的材料、形狀和尺寸具體決定；然后將薄壁墻8和金屬零件I看成一個整體零件，根據(jù)金屬零件的精度要求采用計算機(jī)控制軟件按照一定厚度對改造后的三維CAD模型進(jìn)行分層切片，獲得薄壁墻8和金屬零件I的每層平面掃描輪廓信息；其中，薄壁墻8可以是采用LMD工藝或者焊接工藝與待加工金屬零件I同步成形的；也可以是將事先按照單層切片厚度切割好的薄鋼片、薄鋼帶甚至塑料帶、紙帶等非金屬材料加工成薄壁墻形狀尺寸大小，然后采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者自動抖落機(jī)構(gòu)將其逐層落下并固定在前一層薄壁墻的上表面，以形成薄壁墻新的一層。這一過程與待加工金屬零件I同步成形。每層成形都是先成形薄壁墻8 (即形成隨形腔10，隨形腔10層疊形成隨形缸9)，以薄壁墻8的上表面為基準(zhǔn)，在隨形腔10內(nèi)鋪滿金屬粉末5，再采用掃描振鏡驅(qū)動激光選擇性熔化金屬粉末(即SLM工藝)，成形金屬零件I的一層，如果該層的尺寸大于掃描振鏡的掃場范圍，則采用三維移動部件在XY平面內(nèi)移動掃描振鏡聚焦系統(tǒng)，采用飛行掃描或者分區(qū)掃描的方式完成整個該層的制造。在控制系統(tǒng)控制下，順序進(jìn)行薄壁墻8和金屬零件I的下一層成形。如此重復(fù)、逐層疊加，完成整個零件的制造。去除薄壁墻8后，SP可獲得金屬零件I。
[0081]可見，本實用新型設(shè)備的待加工零件I的制備都是采用掃描振鏡和預(yù)置鋪粉的方式完成的，即與傳統(tǒng)的SLM技術(shù)一樣，因此，本實用新型設(shè)備既具備了 SLM技術(shù)的高精度特點，又因為采用隨形缸技術(shù)，可以很方便地實現(xiàn)大尺寸零件的高精度制造。
[0082]實例:
[0083]實例1:
[0084]本實例采用圖2所示結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
[0085](I)對金屬零件I的CAD模型進(jìn)行改造，獲得金屬零件I和薄壁墻8的分層輪廓信息:在距金屬零件輪廓外圍1_處添加一 4_寬的薄壁墻8，薄壁墻8閉合形成“隨形缸”9 ；根據(jù)所需要的精度采用計算機(jī)對改造的三維CAD模型進(jìn)行分層切片，分別獲得薄壁墻8和金屬零件I的每層掃描輪廓信息；
[0086](2)采用LMD技術(shù)制造一層薄壁墻8:激光通過光束轉(zhuǎn)換器27轉(zhuǎn)換到導(dǎo)光系統(tǒng)23，到達(dá)光學(xué)聚焦系統(tǒng)22，然后在工作面上聚焦成合適的光斑，控制系統(tǒng)控制機(jī)床帶動激光和光學(xué)聚焦系統(tǒng)沿著薄壁墻8的該層輪廓和路徑規(guī)劃進(jìn)行掃描，金屬粉末5則由儲粉斗3經(jīng)過粉管24，然后被送粉噴嘴25同步送入熔池中，完成薄壁墻8該層的成形，形成薄壁墻8的一層薄壁墻8采用與金屬零件I所用的金屬粉末一樣。薄壁墻形成的空腔即為隨形腔10。
[0087]如果薄壁墻新增層的新增高度和表面粗糙度不符合后續(xù)鋪粉要求，則需要采用測量裝置32如深度尺等以及修整裝置33如銑刀、磨頭等測量和修整薄壁墻表面，使得薄壁墻新增層的新增高度和表面粗糙度符合后續(xù)鋪粉要求。
[0088](3)在隨形腔10內(nèi)填滿粉末:控制系統(tǒng)將儲粉斗3到達(dá)粉管24的通道阻斷，將到達(dá)自動鋪粉器17的通道打開，足量的儲粉斗3中的金屬粉末5被送入隨形腔10內(nèi)，自動鋪粉器17的刮板16以薄壁墻的上表面為基準(zhǔn)將粉末刮平。為提高鋪粉效率和質(zhì)量，自動鋪粉器17的出粉口開口大小可以根據(jù)隨形腔的大小和形狀由控制系統(tǒng)控制。
[0089](4)光束轉(zhuǎn)換器27將激光轉(zhuǎn)換到導(dǎo)光系統(tǒng)19上，激光經(jīng)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15并聚焦到工作面上，在控制系統(tǒng)的控制下掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15的振鏡偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)該隨形腔10內(nèi)的金屬粉末的選擇性熔化成形，制造金屬零件I的一層。如果金屬零件在該層的掃描區(qū)域大于振鏡掃場范圍，則計算機(jī)控制系統(tǒng)20控制三維移動部件帶動安裝板14在XY平面內(nèi)移動，從而使得掃描振鏡系統(tǒng)15移動，采用分區(qū)或者飛行掃描方式完成該層的成形加工。
[0090](5)完成該層的加工后，三維移動部件帶動安裝板14及其安裝在安裝板14上的部件向上運(yùn)動一個層厚的高度，重復(fù)進(jìn)行下一層的薄壁墻和金屬零件制造。
[0091](6)如此往復(fù)，逐層疊加，就可完成整個帶隨形缸的零件制造。
[0092](7)完成后，通過常規(guī)的切割或者其它分離技術(shù)去除薄壁墻8，即可獲得金屬零件
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[0093]實例2:
[0094]本實例采用如6所示的焊接方式制備薄壁墻8，其步驟如下:
[0095](I)對金屬零件的三維CAD模型進(jìn)行改造，獲得金屬零件I和薄壁墻8的分層輪廓信息。在計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件中對金屬零件I的三維CAD模型進(jìn)行改造:在距金屬零件I邊沿輪廓25_遠(yuǎn)的地方添加寬度為1_的閉合的外沿(即薄壁墻8)，薄壁墻8可形成隨形缸9。該隨形缸9根據(jù)零件形狀，可以是包圍整個零件的一個型腔體，也可以是根據(jù)零件特征分區(qū)的、能形成閉合區(qū)域的多個型腔體；按照所制造零件所要求的尺寸精度，采用計算機(jī)對改造過的帶有薄壁墻的CAD模型進(jìn)行分層切片，得到金屬零件I的激光平面掃描輪廓信息和薄壁墻8的各層平面輪廓信息；
[0096](2)采用焊接技術(shù)制造一層薄壁墻8在控制系統(tǒng)控制下，多關(guān)節(jié)焊接機(jī)器人根據(jù)薄壁墻的掃描輪廓和路徑規(guī)劃，在基板上通過焊接成形薄壁墻8的一層，薄壁墻8形成的空腔即隨形缸9的一層，也即隨形腔10 ；
[0097]如果薄壁墻新增層的新增高度和表面粗糙度不符合后續(xù)鋪粉要求，則需要采用測量裝置32如深度尺等以及修整裝置33如銑刀、磨頭等測量和修整薄壁墻表面，使得薄壁墻新增層的新增高度和表面粗糙度符合后續(xù)鋪粉要求。
[0098](3)在隨形腔10內(nèi)填滿粉末:控制系統(tǒng)將觸發(fā)粉斗3到達(dá)粉管24的通道阻斷，將到達(dá)自動鋪粉器17的通道打開，足量的儲粉斗3中的金屬粉末5被送入隨形腔10內(nèi)，刮板16以薄壁墻的上表面為基準(zhǔn)將粉末刮平。為提高鋪粉效率和質(zhì)量，自動鋪粉器17的出粉口開口可以根據(jù)隨形腔的大小開啟。
[0099](4)激光束經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)19到達(dá)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15，并聚焦到工作面上，在控制系統(tǒng)的控制下掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15的振鏡偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)該隨形腔10內(nèi)金屬粉末的激光選區(qū)熔化成形，制造金屬零件I的一層。如果金屬零件在該層的掃描區(qū)域大于振鏡掃場范圍，則計算機(jī)控制系統(tǒng)20控制三維移動部件帶動安裝板14在XY平面內(nèi)移動，從而使得掃描振鏡系統(tǒng)15移動，采用分區(qū)或者飛行掃描方式完成該層的成形加工。
[0100](5)完成該層的加工后，三維移動部件帶動安裝板14及其安裝在安裝板14上的部件向上運(yùn)動一個層厚的高度，重復(fù)進(jìn)行下一層的薄壁墻和金屬零件制造。
[0101](6)如此往復(fù)，逐層疊加，就可完成整個帶隨形缸的零件制造。
[0102](7)完成后，通過常規(guī)的切割或者其它分離技術(shù)去除薄壁墻8，即可獲得金屬零件
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[0103]實例3
[0104]本實例采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人將實現(xiàn)加工好的板帶(鋼板、鋼帶、塑料帶、紙帶等)安放的方法制備薄壁墻8，其步驟如下:
[0105](I)對金屬零件的三維CAD模型進(jìn)行改造，獲得金屬零件I和薄壁墻8的分層輪廓信息。在計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件中對金屬零件I的三維CAD模型進(jìn)行改造:在距金屬零件I邊沿輪廓50mm遠(yuǎn)的地方添加寬度為IOmm的閉合的外沿(即薄壁墻8)，薄壁墻8可形成隨形缸9。該隨形缸9根據(jù)零件形狀，可以是包圍整個零件的一個型腔體，也可以是根據(jù)零件特征分區(qū)的、能形成閉合區(qū)域的多個型腔體；按照所制造零件所要求的尺寸精度，采用計算機(jī)對改造過的帶有薄壁墻的CAD模型進(jìn)行分層切片，得到金屬零件I的激光平面掃描輪廓息和薄壁墻8的各層平面輪廓信息；
[0106](2)采用焊接技術(shù)制造一層薄壁墻8:在計算機(jī)控制系統(tǒng)20控制下，多關(guān)節(jié)機(jī)器人31將事先按照薄壁墻的掃描輪廓和單層鋪粉厚度的薄鋼板30安放合適的空間位置上，并與薄壁墻前一層固定，形成薄壁墻8新的一層，薄壁墻8的新增層形成空腔區(qū)域，即隨形腔10。
[0107](3)在隨形腔10內(nèi)填滿粉末:控制系統(tǒng)將儲粉斗3內(nèi)的粉末到達(dá)自動鋪粉器17的通道打開，足量的儲粉斗3中的金屬粉末5被送入隨形腔10內(nèi)，刮板16以薄壁墻的上表面為基準(zhǔn)將粉末刮平。為提高鋪粉效率和質(zhì)量，自動鋪粉器17的開口可以根據(jù)隨形腔的大小開啟。
[0108](4)激光束經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)19到達(dá)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15，并聚焦到工作面上，在控制系統(tǒng)的控制下掃描振鏡聚焦系統(tǒng)15的振鏡偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)該隨形腔10內(nèi)的金屬粉末的選擇性熔化成形，制造金屬零件I的一層。如果金屬零件在該層的掃描區(qū)域大于振鏡掃場范圍，則控制系統(tǒng)控制三維移動部件帶動安裝板14在XY平面內(nèi)移動，從而使得掃描振鏡系統(tǒng)15移動，采用分區(qū)或者飛行掃描方式完成該層的成形加工。
[0109](5)完成該層的加工后，三維移動部件帶動安裝板14及其安裝在安裝板14上的部件向上運(yùn)動一個層厚的高度，重復(fù)進(jìn)行下一層的薄壁墻和金屬零件制造。
[0110](6)如此往復(fù)，逐層疊加，就可完成整個帶隨形缸的零件制造。
[0111](7)完成后，通過常規(guī)的切割或者其它分離技術(shù)去除薄壁墻8，即可獲得金屬零件
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[0112]以上所述為本實用新型的較佳實施例而已，但本實用新型不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本實用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括振鏡激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置； 所述振鏡激光熔化成形裝置為不帶成型缸的選擇性激光熔化成形裝置；所述薄壁墻制備裝置安裝在選擇性激光熔化成形裝置的氣氛腔內(nèi)，用于逐層完成薄壁墻的制造，形成隨形腔，所述激光熔化成形裝置用于完成在所述隨形腔內(nèi)鋪金屬粉末及對該金屬粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述激光熔化成形裝置包括儲粉斗、氣氛室、三維移動部件、工作臺面、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)、第一導(dǎo)光系統(tǒng)、自動鋪粉器和激光器； 儲粉斗置于氣氛室內(nèi)或室外，工作臺面位于氣氛室底部，用于放置作為薄壁墻和零件承載體的基板； 掃描振鏡聚焦系統(tǒng)和自動鋪粉器通過安裝板安裝在三維移動部件上，自動鋪粉器的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，自動鋪粉器用于向隨形腔內(nèi)送粉，刮板并將隨形腔內(nèi)粉末鋪平；工作時，激光器通過第一導(dǎo)光系統(tǒng)與掃描振鏡聚焦系統(tǒng)的入光口相連；激光器出射的激光束經(jīng)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)匯聚在隨形腔內(nèi)的粉末上，并按照零件形狀對粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述薄壁墻制備裝置包括激光器、光學(xué)聚焦系統(tǒng)、第二導(dǎo)光系統(tǒng)、送粉噴嘴和三維移動部件； 光學(xué)聚焦系統(tǒng)和送粉噴嘴均通過安裝板安裝在三維移動部件上，送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)同軸，送粉噴嘴通過粉管與儲粉斗相連；工作時送粉噴嘴的噴出粉末的匯聚點與光學(xué)聚焦系統(tǒng)的焦點位于基板表面同一位置；激光器出射的激光束經(jīng)光學(xué)聚焦系統(tǒng)后匯聚在送粉噴嘴同軸噴出的粉末匯聚點上，在基板表面形成熔覆層，當(dāng)送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)隨水平軸按預(yù)定的軌跡運(yùn)動時，在基板上形成所需形狀的薄壁墻，該薄壁墻所圍成的區(qū)域即隨形腔； 所述薄壁墻制備裝置與所述激光熔化成形裝置共用一臺激光器和/或三維移動部件，或者各自分開配備一臺激光器和/或三維移動部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述薄壁墻制備裝置為焊接設(shè)備，或者配有板帶材料的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，或者配有板帶材料且安裝在三維移動部件上的自動落料機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中任一所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述三維移動部件是機(jī)床或者多關(guān)節(jié)機(jī)器人。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中任一所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述三維移動部件是機(jī)床或者多關(guān)節(jié)機(jī)器人。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中任一所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述自動鋪粉器由粉斗和刮板構(gòu)成，粉斗的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，粉斗的出粉口開口寬度可調(diào)，刮板用于將隨形腔內(nèi)粉末鋪平。
8.根據(jù)權(quán)利要求2中任一所述的金屬零件的激光增材制造設(shè)備，其特征在于，所述自動鋪粉器由粉斗和滾筒構(gòu)成，粉斗的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，粉斗的出粉口開口寬度可調(diào)，滾筒用于將隨形腔內(nèi)粉末鋪平。
【文檔編號】C23C24/10GK203807559SQ201420013022
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】曾曉雁, 朱海紅, 王福德, 王澤敏, 陳立新, 李重洋, 張紅波 申請人:武漢新瑞達(dá)激光工程有限責(zé)任公司, 華中科技大學(xué)