一種可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)(又稱為“3D打印”)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的高端數(shù)字化快速制造技術(shù)，適用于復(fù)雜構(gòu)件的近凈成形，采用增材制造技術(shù)制造出的成形件具有優(yōu)異的力學(xué)性能，適合多種材料的快速成形，且材料利用率高。激光選區(qū)激光恪化成形技術(shù)(SelectiveLaser Melting, SLM)是增材制造的典型代表，它將傳統(tǒng)的三維制造工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嬷圃?累積疊加工藝，通過(guò)粉末逐層熔化實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜精密零部件的制造，由于粉末處于靜止?fàn)顟B(tài)可設(shè)計(jì)制造輔助支撐結(jié)構(gòu)，因此適合幾乎任意復(fù)雜形狀金屬零部件的制造，可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、模具、醫(yī)療等行業(yè)。
[0003]激光選區(qū)激光熔化具有以下優(yōu)點(diǎn):1)直接成形終端金屬產(chǎn)品，省掉中間過(guò)渡環(huán)節(jié)；2)可得到冶金結(jié)合的金屬實(shí)體，密度接近100% ;3) SLM制造的工件有高的拉伸強(qiáng)度；較低的粗糙度(Rz30-50mm)，高的尺寸精度(〈0.1mm) ;4)適合各種復(fù)雜形狀的工件，尤其適合內(nèi)部有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)(如空腔)、用傳統(tǒng)方法無(wú)法制造的復(fù)雜工件；5)適合單件和小批量模具和工件快速成型。
[0004]但在激光成形過(guò)程中，由于高能激光提供熱源將材料逐層熔化并迅速冷卻，粉床受到循環(huán)熱作用，溫度梯度大，溫度場(chǎng)不穩(wěn)定，且不同材料體系的激光吸收率各異。激光金屬成形過(guò)程中，有兩個(gè)普遍規(guī)律:第一，對(duì)同一種材料，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，材料對(duì)激光的吸收系數(shù)越低；波長(zhǎng)越短，材料對(duì)激光的吸收系數(shù)越高；第二金屬溫度越高，對(duì)激光的吸收率越高。因此，對(duì)于Cu、Al等對(duì)激光吸收率較低的金屬，利用SLM成形此類(lèi)金屬時(shí)存在很大困難。研究表明通過(guò)對(duì)基材進(jìn)行預(yù)熱能夠有效消除成形件的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)預(yù)熱提高了金屬材料對(duì)激光的吸收率，通過(guò)對(duì)粉末預(yù)熱可降低成形過(guò)程中的溫度梯度，改善溫度場(chǎng)分布，有效控制成形件的變形和開(kāi)裂問(wèn)題。
[0005]專(zhuān)利“選擇性激光選區(qū)熔化SLM設(shè)備送粉筒預(yù)熱裝置和預(yù)熱方法”，申請(qǐng)?zhí)枴?01310024599.8”，提出了一種利用金屬感應(yīng)線圈預(yù)熱粉缸的方向，但該方法產(chǎn)生的感應(yīng)電流在成形件上的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，影響成形質(zhì)量?，F(xiàn)有激光選區(qū)成形設(shè)備大多采用對(duì)活塞加熱的方式間接預(yù)熱粉末，粉末預(yù)熱均勻性及成形的效率很難保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備，該設(shè)備成形的效率高，并且能夠有效的降低構(gòu)件的變形及開(kāi)裂。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備包括兩個(gè)光路系統(tǒng)、機(jī)架、工作臺(tái)板、送粉缸、儲(chǔ)粉缸、成形缸、回粉缸、成形腔以及分別帶動(dòng)成形缸及送粉缸上下運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0008]工作臺(tái)板固定于機(jī)架上，成形腔固定于工作臺(tái)板的上表面，回粉缸、成形缸、送粉缸及儲(chǔ)粉缸從左到右依次固定于工作臺(tái)板的下表面，回粉缸頂部的開(kāi)口、成形缸頂部的開(kāi)口、送粉缸頂部的開(kāi)口及儲(chǔ)粉缸頂部的開(kāi)口均與成形腔行連通；
[0009]成形腔的內(nèi)部設(shè)有刮刀，機(jī)架上設(shè)有用于帶動(dòng)刮刀左右移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0010]所述送粉缸及成形缸內(nèi)均設(shè)有基板，送粉缸及成形缸的下端均設(shè)有缸體端蓋，所述基板連接有用于推動(dòng)基板上下移動(dòng)的第一活塞系統(tǒng)；
[0011]儲(chǔ)粉缸內(nèi)設(shè)有第二活塞系統(tǒng)，儲(chǔ)粉缸的下端設(shè)有儲(chǔ)粉端蓋；
[0012]兩個(gè)光路系統(tǒng)產(chǎn)生的激光穿過(guò)成形腔照射到成形缸內(nèi)的基板上。
[0013]第一活塞系統(tǒng)包括第一活塞體、活塞隔熱板、缸體端蓋、導(dǎo)向柱、絲杠、絲杠螺母、絲杠法蘭、齒輪、共軛齒輪、電機(jī)及電機(jī)支座；
[0014]第一活塞體的上端固定于基板上，第一活塞體的內(nèi)部設(shè)有活塞加熱板，第一活塞體的下端固定有活塞端蓋，活塞隔熱板位于第一活塞體與活塞端蓋之間，送粉缸及成形缸的缸體的外壁上均自上到下依次套接有缸體加熱圈及缸體隔熱圈，導(dǎo)向柱的上端及絲杠的上端均固定于活塞端蓋的底部，導(dǎo)向柱的下端及絲杠的下端通過(guò)托板相連接，缸體端蓋上設(shè)有用于對(duì)絲杠及導(dǎo)向柱進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)套，絲杠螺母與絲杠的側(cè)面相嚙合，絲杠法蘭通過(guò)軸承固定于導(dǎo)套上，齒輪安裝于導(dǎo)套的下端，齒輪的共軛齒輪套接于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，電機(jī)通過(guò)電機(jī)支座固定于缸體端蓋上，齒輪的內(nèi)側(cè)與絲杠螺母的外側(cè)相嚙合。
[0015]弟一.活塞系統(tǒng)包括弟一.活塞體及電缸；
[0016]儲(chǔ)粉缸的內(nèi)壁珩磨，第二活塞體安裝于儲(chǔ)粉缸的內(nèi)，第二活塞體的側(cè)面與儲(chǔ)粉缸的內(nèi)壁之間設(shè)有第二活塞格萊圈及第二活塞導(dǎo)向環(huán)，第二活塞體與儲(chǔ)粉缸的內(nèi)壁之間有間隙，電缸通過(guò)電缸螺栓固定于儲(chǔ)粉端蓋上，電缸的活塞桿穿過(guò)儲(chǔ)粉端蓋后通過(guò)活塞螺栓固定于第二活塞體上。
[0017]所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括背板、滑塊、滑臺(tái)、提升架、電推缸、粉缸推架以及用于對(duì)粉缸推架進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)向板；
[0018]背板固定于機(jī)架上，背板上固定有導(dǎo)軌，滑塊位于所述導(dǎo)軌上，滑臺(tái)固定于導(dǎo)軌的上，提升架安裝于所述滑臺(tái)上，電推缸安裝于提升架上，成形缸放置于粉缸推架上，粉缸推架與電推缸的輸出桿相連接，導(dǎo)向板固定于機(jī)架上。
[0019]所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括立板、刀架導(dǎo)軌、刀架滑塊、支撐板、絲杠螺母組件、T形架、隔板、隔離鋼帶及刀架基座；
[0020]立板固定于工作臺(tái)板上，刀架導(dǎo)軌固定于立板的上，刀架滑塊位于刀架導(dǎo)軌上，支撐板與刀架滑塊相連接，絲杠螺母組件與支撐板相連接，T形架的一端固定于支撐板上，T形架的另一端穿過(guò)隔板與刀架基座相連接，隔離鋼帶位于T形架與刀架基座之間，通過(guò)所述隔離鋼帶將成形腔左右相對(duì)隔開(kāi)，隔板的上下位置平行設(shè)有隔離槽，刀架基座的側(cè)面內(nèi)嵌于所述隔離槽內(nèi)，刮刀通過(guò)刀架固定于刀架基座上。
[0021]所述光路系統(tǒng)包括光路支架、動(dòng)態(tài)聚焦鏡、振鏡、激光器、QBH接頭、支架、光纖及準(zhǔn)直擴(kuò)束模塊。
[0022]光路系統(tǒng)位于成形腔的上方，成形腔上開(kāi)設(shè)有通光孔，通光孔上安裝有保護(hù)玻璃片，并且所述通光孔位于成形缸的正上方，光路支架固定于成形腔上，動(dòng)態(tài)聚焦鏡固定于所述光路支架上，振鏡通過(guò)支架固定于所述成形腔上，激光器產(chǎn)生的激光依次經(jīng)QBH接頭射出、準(zhǔn)直擴(kuò)束模塊形成發(fā)射光斑、振鏡進(jìn)行二次反射、動(dòng)態(tài)聚焦鏡進(jìn)行聚焦后穿過(guò)保護(hù)玻璃片及成形腔照射到成形缸內(nèi)的基板上，激光器與QBH接頭通過(guò)光纖相連接。
[0023]兩個(gè)光路系統(tǒng)中的兩臺(tái)動(dòng)態(tài)聚焦鏡呈15-45°布置。
[0024]所述成形缸的側(cè)面設(shè)有觀察窗。
[0025]成形缸及送粉缸與第一活塞體的外側(cè)面之間均設(shè)有第一活塞格萊圈及第一活塞導(dǎo)向環(huán)。
[0026]導(dǎo)向柱及絲杠均通過(guò)聯(lián)接法蘭及法蘭螺栓固定在活塞端蓋上。
[0027]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]本發(fā)明所述的可更換粉缸雙光束激光選區(qū)熔化成形設(shè)備中將回粉缸、成形缸、送粉缸及儲(chǔ)粉缸從左到右依次固定于工作臺(tái)板的下表面，將成形腔固定于工作臺(tái)板的上表面，便于各粉缸的更換，減少更換粉缸對(duì)成形過(guò)程的影響，提高成形的效率。本發(fā)明采用兩個(gè)光路系統(tǒng)，通過(guò)兩個(gè)光路系統(tǒng)產(chǎn)生不同大小的光斑，利用大光斑對(duì)金屬粉末進(jìn)行預(yù)熱及緩冷，提高材料對(duì)激光的吸收率，緩解應(yīng)力，降低溫度梯度，降低偏析、裂紋和孔隙等組織缺陷，利用小光斑成形，聚焦性能好，能量穩(wěn)定，提高成形效率、精度和質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬粉末的可控預(yù)熱，使粉末受熱均勻，改善溫度梯度，減低構(gòu)件變形和開(kāi)裂。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明的主視圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的后視圖；
[0031]圖3為本發(fā)明的左視圖；
[0032]圖4為本發(fā)明中送粉缸23及成形缸的結(jié)構(gòu)示意圖；
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