一种金属零件的激光增材制造装备及方法与流程

文档序号:12735372阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种激光增材制造装备,其特征在于,该装备包括工作舱、预置铺粉快速成形组件、随形缸体设置与移除组件、机械加工组件、移动机构和控制系统;

所述工作舱用于为金属零件的增材制造提供惰性、无粉尘的工作环境;

所述预置铺粉快速成形组件用于在所述工作舱内完成金属粉末的预置和激光选区熔化;

所述随形缸体设置与移除组件用于在所述工作舱内逐层设置形状与金属零件切片层相适应、可容纳金属粉末床的闭合随形缸体;金属零件成形后,随形缸体设置与移除组件还用于将随形缸体移除,以方便金属零件的取出;

所述机械加工组件位于所述工作舱内,用于在金属零件制造过程中对已形成的零件片层进行机械加工;

所述移动机构用于协助预置铺粉快速成形组件、随形缸体设置与移除组件、机械加工组件按照各自的加工轨迹运行;

所述控制系统与所述预置铺粉快速成形组件、随形缸体设置与移除组件、机械加工组件、移动机构信号连接,用于处理金属零件CAD模型,生成所述预置铺粉快速成形组件、随形缸体设置与移除组件和机械加工组件的加工轨迹,并驱动装备各部分协同运转。

2.根据权利要求1所述的激光增材制造装备,其特征在于,所述工作舱包含工作舱体(10)、保护气源(9)与除尘系统(16);工作舱体(10)底部设有水平基座(18),侧面设有舱门(15)和手套箱接头(14);保护气源(9)与除尘系统(16)位于工作舱体(10)外部;其中,保护气源(9)负责向工作舱体(10)内部提供保护气体;除尘系统(16)内部安装有多级滤芯及循环风机,用于净化工作舱体(10)内部因高能束辐照和机械加工产生的粉尘;

所述机械加工组件包括机械加工夹具(31)与刀具(32);其中,机械加工夹具(31)用于安装刀具(32);刀具(32)能够在零件成形过程中快速更换。

3.根据权利要求1或2所述的激光增材制造装备,其特征在于,

所述预置铺粉快速成形组件包括基板(20)、粉末存储腔(21)、铺粉器(22)、刮刀(23)、扫描振镜(33)、防尘罩(34)和扩束镜(35);其中,基板(20)安装在工作舱体(10)内;铺粉器(22)位于基板(20)上方,用于接收位于工作舱体(10)上部的粉末存储腔(21)所提供的金属粉末,其下方安装有刮刀(23);扩束镜(35)通过选区熔化用激光传导光纤(2)与位于工作舱体(10)外预置铺粉快速成形组件自带或外配的激光源(1)相连,扩束镜(35)负责对入射激光束进行准直,然后将其传输至安装在防尘罩(34)内部的扫描振镜(33);扫描振镜(33)能够根据预设的扫描路径输出激光束,激光束经安装在防尘罩(34)下部的动态聚焦镜聚焦后,选择性地熔化基板(20)上的金属粉末床;

或者,

所述预置铺粉快速成形组件包含基板(20)、铺粉器(22)、刮刀(23)、两个粉末存储腔(21)、K个激光源(1)、K个扫描振镜(33)、K个防尘罩(34)和K个扩束镜(35),K≧2;其中,所有激光源(1)均位于工作舱体(10)外部,基板(20)、铺粉器(22)、刮刀(23)、所有粉末存储腔(21)、所有扫描振镜(33)、所有防尘罩(34)、所有扩束镜(35)则位于工作舱体(10)内部;基板(20)安装在水平基座(18)上表面;铺粉器(22)位于基板(20)上方,其下方安装有刮刀(23);两个粉末存储腔(21)分居工作舱体(10)上部两侧,用于向铺粉器(22)提供金属粉末;每个激光源(1)均能够通过选区熔化用激光传导光纤(2)将激光束传输至与其对应的扩束镜(35);扩束镜(35)负责对入射激光束进行准直,然后将其传输至对应的防尘罩(34)内部的扫描振镜(33);扫描振镜(33)能够根据预设的扫描路径输出激光束,后者经安装在防尘罩(34)下部的动态聚焦镜聚焦后,选择性地熔化金属粉末床。

4.根据权利要求1、2或3所述的激光增材制造装备,其特征在于,

所述随形缸体设置与移除组件包括激光沉积与切割主机(8)、激光切割头(28)和同轴送料喷嘴(30);激光沉积与切割主机(8)位于工作舱体(10)之外;同轴送料喷嘴(30)与激光切割头(28)位于工作舱体(10)内部,同轴送料喷嘴(30)用于随形缸体的制造,激光切割头(28)用于随形缸体的切除;激光沉积与切割主机(8)通过沉积用激光束传导光纤6为同轴送料喷嘴(30)提供激光熔覆沉积或激光送丝沉积所需的激光束;激光沉积与切割主机(8)通过送料软管3为同轴送料喷嘴(30)提供激光熔覆沉积或激光送丝沉积所需的金属粉末或丝材,激光沉积与切割主机(8)通过切割用激光束传导光纤(4)为激光切割头(28)提供切割所需的激光束,激光沉积与切割主机(8)通过辅助气流传输软管5为激光切割头(28)提供切割所需的高压保护气流;

或者,

所述随形缸体设置与移除组件包含激光切割主机(39)、激光切割头(28)和自动送料机构(41);其中,激光切割主机(39)位于工作舱体(10)之外,其内部具有高功率激光源与辅助气源;自动送料机构(41)与激光切割头(28)位于工作舱体(10)内部,前者用于随形缸体的制造,后者则用于随形缸体的切除;自动送料机构(41)用于将闭合薄片材料(42)逐层放置于基板(20)表面合适位置以形成随形缸体;激光切割主机(39)通过切割用激光束传导光纤(4)、辅助气流传输软管5为激光切割头(28)提供切割所需的激光束与高压保护气流;所述闭合薄片材料(42)的数量应与金属零件切片层数相同;每个闭合薄片材料(42)用于将与之对应的金属零件切片层包围;

或者,

所述随形缸体设置与移除组件包含工作台(43)、随形缸体(45)和定位圆柱47;其中,工作台(43)通过定位圆柱47固定于水平基座(18)上方;基板(20)安装在工作台(43)上表面;铺粉器(22)位于基板(20)上方,其下方安装有刮刀(23);粉末存储腔(21)位于工作舱体(10)上部;工作台(43)与基板(20)上开设有沿基板(20)上表面法向方向重叠的两个竖直闭合通槽(44);闭合通槽(44)用于将金属零件最大切片轮廓包围,随形缸体(45)预置于工作台(43)下方,其形状与闭合通槽(44)相适应。

5.根据权利要求1至4中任一所述的激光增材制造装备,其特征在于,

所述移动机构包含龙门式框架(17)、移动导轨(19)、吊臂(7)、第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)、水平框架(24)、可伸缩立柱(25)、侧向导轨(26)、悬臂(27)和旋转基座(29);其中,移动导轨(19)位于工作舱体(10)两侧;龙门式框架(17)横跨工作舱体(10),并可在移动导轨(19)带动下沿工作舱体(10)长度方向往复移动;龙门式框架(17)的横梁安装有丝杆,可带动吊臂(7)沿工作舱体(10)宽度方向往复移动;吊臂(7)上半部位于工作舱体(10)上方,下半部则位于工作舱体(10)内部;第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)用于保证工作舱体(10)的气密性和吊臂(7)的正常移动;其中,第二伸缩式保护罩(12)位于吊臂(7)与工作舱体(10)相连的位置及其四周,可沿工作舱体(10)宽度方向伸缩;第一、第三伸缩式保护罩(11、13)位于第二伸缩式保护罩(12)两侧,可沿工作舱体(10)长度方向伸缩;吊臂(7)位于工作舱体(10)之内的部分可伸缩,并带动与其相连的悬臂(27)、机械加工组件沿工作舱体(10)高度方向往复移动;悬臂(27)上安装有旋转基座(29)、扩束镜(35)、防尘罩(34)、同轴送料喷嘴(30);激光切割头(28)安装在旋转基座(29)下方,后者可带动前者水平旋转;可伸缩立柱(25)安装在基板(20)四周,其上方与水平框架(24)相连,并带动后者沿工作舱体(10)高度方向往复移动;侧向导轨(26)位于水平框架(24)两侧,可带动与之相连的铺粉器(22)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;

或者,

所述移动机构包含水平框架(24)、可伸缩立柱(25)、侧向导轨(26)、第一多关节智能机器臂36、第二多关节智能机器臂(37)和第三多关节智能机器臂(38);其中,可伸缩立柱(25)安装在基板(20)四周,其上方与水平框架(24)相连,并带动后者沿工作舱体(10)高度方向往复移动;侧向导轨(26)位于水平框架(24)两侧,可带动与之相连的铺粉器(22)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;第一多关节智能机器臂36可带动扫描振镜(33)、防尘罩(34)与扩束镜(35)在工作舱体(10)内部任意移动;第二多关节智能机器臂(37)可带动机械加工组件在工作舱体(10)内部任意移动;第三多关节智能机器臂(38)可带动同轴送料喷嘴(30)与激光切割头(28)在工作舱体(10)内部任意移动;

或者,

所述移动机构包含龙门式框架(17)、移动导轨(19)、吊臂(7)、第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)、水平框架(24)、可伸缩立柱(25)、侧向导轨(26)、悬臂(27)、旋转基座(29)和第四多关节智能机器臂(40);其中,移动导轨(19)位于工作舱体(10)两侧;龙门式框架(17)横跨工作舱体(10),并可在移动导轨(19)带动下沿工作舱体(10)长度方向往复移动;龙门式框架(17)的横梁安装有丝杆,可带动吊臂(7)沿工作舱体(10)宽度方向往复移动;吊臂(7)上半部位于工作舱体(10)上方,下半部则位于工作舱体(10)内部;第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)用于保证工作舱体(10)的气密性和吊臂(7)的正常移动;其中,第二伸缩式保护罩(12)位于吊臂(7)与工作舱体(10)相连的位置及其四周,可沿工作舱体(10)宽度方向伸缩;第一、第三伸缩式保护罩(11、13)位于第二伸缩式保护罩(12)两侧,可沿工作舱体(10)长度方向伸缩;吊臂(7)位于工作舱体(10)之内的部分可伸缩,并带动与其相连的悬臂(27)、机械加工组件沿工作舱体(10)高度方向往复移动;悬臂(27)上安装有旋转基座(29);旋转基座(29)下端用于安装激光切割头(28),以带动激光切割头(28)水平旋转;可伸缩立柱(25)安装在基板(20)四周,其上方与水平框架(24)相连,并带动后者沿工作舱体(10)高度方向往复移动;侧向导轨(26)位于水平框架(24)两侧,用于带动与之相连的铺粉器(22)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;第四多关节智能机器臂(40)用于带动自动送料机构(41)在工作舱体(10)内部任意移动。

或者,

所述移动机构包含龙门式框架(17)、移动导轨(19)、吊臂(7)、第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)、水平框架(24)、可伸缩立柱(25)、侧向导轨(26)、悬臂(27)和丝杆46;其中,移动导轨(19)位于工作舱体(10)两侧;龙门式框架(17)横跨工作舱体(10),并可在移动导轨(19)带动下沿工作舱体(10)长度方向往复移动;龙门式框架(17)的横梁安装有丝杆,可带动吊臂(7)沿工作舱体(10)宽度方向往复移动;吊臂(7)上半部位于工作舱体(10)上方,下半部则位于工作舱体(10)内部;第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)用于保证工作舱体(10)的气密性和吊臂(7)的正常移动;其中,第二伸缩式保护罩(12)位于吊臂(7)与工作舱体(10)相连的位置及其四周,可沿工作舱体(10)宽度方向伸缩;第一、第三伸缩式保护罩(11、13)位于第二伸缩式保护罩(12)两侧,可沿工作舱体(10)长度方向伸缩;吊臂(7)位于工作舱体(10)之内的部分可伸缩,并带动与其相连的悬臂(27)、机械加工组件沿工作舱体(10)高度方向往复移动;悬臂(27)上安装有扩束镜(35)、防尘罩(34);可伸缩立柱(25)安装在工作台(43)上表面,其上方与水平框架(24)相连,并带动后者沿工作舱体(10)高度方向往复移动;侧向导轨(26)安装于水平框架(24)两侧,可带动与之相连的铺粉器(22)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;丝杆(46)安装于水平基座(18)上表面,可带动与之相连的随形缸体(45)穿过工作台(43)与基板(20)升降。

或者,

移动机构包含龙门式框架(17)、移动导轨(19)、吊臂(7)、第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)、水平框架(24)、可伸缩立柱(25)、侧向导轨(26)、悬臂(27)、旋转基座(29)、丝杆48和扫描振镜框架(49);其中,移动导轨(19)位于工作舱体(10)两侧;龙门式框架(17)横跨工作舱体(10),并可在移动导轨(19)带动下沿工作舱体(10)长度方向往复移动;龙门式框架(17)的横梁安装有丝杆,可带动吊臂(7)沿工作舱体(10)宽度方向往复移动;吊臂(7)上半部位于工作舱体(10)上方,下半部则位于工作舱体(10)内部;第一伸缩式保护罩(11)、第二伸缩式保护罩(12)、每三伸缩式保护罩(13)用于保证工作舱体(10)的气密性和吊臂(7)的正常移动;其中,第二伸缩式保护罩(12)位于吊臂(7)与工作舱体(10)相连的位置及其四周,可沿工作舱体(10)宽度方向伸缩;第一、第三伸缩式保护罩(11、13)位于第二伸缩式保护罩(12)两侧,可沿工作舱体(10)长度方向伸缩;吊臂(7)位于工作舱体(10)之内的部分可伸缩,并带动与其相连的悬臂(27)、机械加工组件沿工作舱体(10)高度方向往复移动;悬臂(27)上安装有同轴送料喷嘴(30)、旋转基座(29);旋转基座(29)可带动激光切割头(28)水平旋转;可伸缩立柱(25)安装在水平基座(18)上表面,水平框架(24)与可伸缩立柱(25)相连,可沿工作舱体(10)高度方向往复移动;侧向导轨(26)安装于水平框架(24)两侧,可带动与之相连的铺粉器(22)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;丝杆(48)分置于水平框架(24)上方两侧,其与扫描振镜框架(49)相连,并带动扫描振镜框架(49)沿工作舱体(10)长度方向往复移动;所有扫描振镜(33)、防尘罩(34)及扩束镜(35)均安装在扫描振镜框架(49)上。

6.一种利用权利要求1所述激光增材制造装备进行激光增材制造的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

第1步将金属零件CAD模型切片,根据切片轮廓信息生成预置铺粉快速成形组件、随形缸体设置与移除组件的工作轨迹,在对金属零件有精度要求时,还包括机械加工组件的加工轨迹;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基板(20),并使工作舱为金属零件的增材制造提供惰性、无粉尘的工作环境;

第3步随形缸体设置与移除组件在基板(20)表面设置一随形缸体切片层;

第4步预置铺粉快速成形组件在随形缸体所述切片层所围区域内部预置一层金属粉末;

第5步对预置的金属粉末层进行激光选区熔化,成形一金属零件切片层,获得金属零件片层;

第6步在所述金属零件片层不能满足精度需求时,机械加工组件对该金属零件片层进行机械加工,否则直接进入第7步;

第7步以随形缸体的上表面为定位基准,转入第3步,重复“随形缸体切片层设置-铺粉-金属零件切片层激光选区熔化成形”过程,包括必要时使用机械加工组件对当前已成形的金属零件片层进行机械加工,直至完成金属零件的制造;

第8步使用随形缸体设置与移除组件将随形缸体从基板(20)表面移除,制得所需的金属零件。

7.根据权利要求6所述的激光增材制造的方法,其特征在于,所述随形缸体设置与移除组件是以激光熔覆沉积或激光送丝沉积方式设置随形缸体,以激光切割的方式移除随形缸体,其具体实现过程包括以下步骤:

第1步控制系统将金属零件CAD模型切片以生成扫描振镜(33)的扫描轨迹;

根据金属零件CAD模型,控制系统生成与之相适应的随形缸体CAD模型,并将其切片以生成同轴送料喷嘴(30)的扫描轨迹;随形缸体切片层数应与金属零件切片层数相同;随形缸体每个切片层的轮廓都必须将与之对应的金属零件切片层包围;

当金属零件须施加机械加工时,控制系统识别金属零件须施加机械加工的切片层,并生成刀具(32)的加工轨迹;金属零件须施加机械加工的切片层包含但不限于:具有内表面的切片层、对外表面粗糙度有一定要求的切片层;

根据随形缸体CAD模型,控制系统生成激光切割头(28)的加工轨迹,以便在零件制造结束后切除随形缸体;控制系统对扫描振镜(33)、同轴送料喷嘴(30)、激光切割头(28)、刀具(32)的加工轨迹进行CAE模拟及优化,以避免工作舱体(10)内部各部件出现运动干涉;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基板(20),在工作舱体(10)内部建立惰性、无粉尘的工作环境;

第3步以激光沉积与切割主机(8)输出的高功率激光束为能量源,使用同轴送料喷嘴(30)在基板(20)表面成形一随形缸体切片层;

第4步粉末存储腔(21)向铺粉器(22)提供适量金属粉末;铺粉器(22)带动刮刀(23),并以随形缸体已成形部分的上表面为定位基准,在其所围区域内部铺设一层具有一定厚度金属粉末;

第5步以激光源(1)输出的激光束为能量源,使用扫描振镜(33)在粉末床表面成形一金属零件切片层;

第6步若金属零件已成形的切片层无需机械加工,直接进入第7步,若金属零件已成形的切片层需要机械加工,则首先使用刀具(32)对其加工;

第7步以随形缸体已成形部分的上表面为定位基准,转入第3步,重复“随形缸体切片层设置-铺粉-金属零件切片层激光选区熔化成形”过程,包括必要时使用机械加工组件对当前已成形的金属零件片层进行机械加工,直至完成金属零件的制造;

第8步使用激光切割头(28)切除随形缸体。

8.根据权利要求6所述的激光增材制造的方法,其特征在于,所述随形缸体设置与移除组件是以逐层铺置闭合薄片材料(42)方式设置随形缸体,以激光切割的方式移除随形缸体,其具体实现过程包括以下步骤:

第1步控制系统将金属零件CAD模型切片以生成扫描振镜(33)的扫描轨迹;

根据金属零件CAD模型,控制系统生成与之相适应的随形缸体CAD模型,并将其切片;根据随形缸体切片模型,在工作舱体(10)内部提前存储若干闭合薄片材料(42);闭合薄片材料(42)的数量应与金属零件切片层数相同;每个闭合薄片材料(42)的轮廓都必须将与之对应的金属零件切片层包围;

控制系统识别金属零件须施加机械加工的切片层,并生成刀具(32)的加工轨迹;金属零件须施加机械加工的切片层包含但不限于:具有内表面的切片层、对外表面粗糙度有一定要求的切片层;

根据随形缸体CAD模型,控制系统生成激光切割头(28)的加工轨迹,以便在零件制造结束后切除随形缸体;

控制系统对扫描振镜(33)、刀具(32)、激光切割头(28)的加工轨迹以及自动送料机构(41)的运动轨迹进行CAE模拟及优化,以避免工作舱体(10)内部各部件出现运动干涉;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基板(20),并在工作舱体(10)内部建立惰性、无粉尘的工作环境;

第3步利用自动送料机构(41)在基板(20)表面预置一层闭合薄片材料(42),以形成一随形缸体切片层;

第4步粉末存储腔(21)向铺粉器(22)提供适量金属粉末;铺粉器(22)带动刮刀(23),并以随形缸体的上表面为定位基准,在其所围区域内部铺设一层具有一定厚度金属粉末;

第5步以激光源(1)输出的激光束为能量源,使用扫描振镜(33)在粉末床表面成形一金属零件切片层;

第6步若金属零件已成形的切片层无需机械加工,则直接进入第7步;若金属零件已成形的切片层需要机械加工,则首先使用刀具(32)对其加工;

第7步以随形缸体的上表面为定位基准,转入第3步,重复“随形缸体切片层设置-铺粉-金属零件切片层激光选区熔化成形”过程,包括必要时使用机械加工组件对当前已成形的金属零件片层进行机械加工,直至完成金属零件的制造;

第8步使用激光切割头(28)切除随形缸体。

9.根据权利要求6所述的激光增材制造的方法,其特征在于,所述随形缸体设置与移除组件是以上升预置于基板(20)下方的环形缸体方式设置随形缸体,以下降环形缸体的方式移除随形缸体,其具体实现过程包括以下步骤:

第1步控制系统将金属零件CAD模型切片以生成扫描振镜(33)的扫描轨迹;

控制系统识别金属零件须施加机械加工的切片层,并生成刀具(32)的加工轨迹;金属零件须施加机械加工的切片层包含但不限于:具有内表面的切片层、对外表面粗糙度有一定要求的切片层;

控制系统对扫描振镜(33)、刀具(32)的加工轨迹和随形缸体(45)的移动轨迹进行CAE模拟及优化,以避免工作舱体(10)内部各部件出现运动干涉;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基板(20),并在工作舱体(10)内部建立保护气氛;

第3步上升随形缸体(45)使其上表面高于基板(20)上表面一定距离,形成一随形缸体切片层;

第4步粉末存储腔(21)向铺粉器(22)提供适量金属粉末;铺粉器(22)带动刮刀(23),并以随形缸体(45)的上表面为定位基准,在其所围区域内部铺设一层具有一定厚度金属粉末;

第5步以激光源(1)输出的激光束为能量源,使用扫描振镜(33)在粉末床表面成形一金属零件切片层;

第6步若金属零件已成形切片层无需机械加工,直接进入第7步;若金属零件已成形切片层需要机械加工,则首先使用刀具(32)对其加工;

第7步上升随形缸体(45)使其上表面高于金属零件已成形切片层一定距离;以随形缸体(45)的上表面为定位基准,转入第3步,重复“随形缸体切片层设置-铺粉-金属零件切片层激光选区熔化成形”过程,包括必要时的使用机械加工组件对当前已成形的金属零件片层进行机械加工,直至完成金属零件的制造;

第7步下降随形缸体(45)直至其上表面低于基板(20)的上表面,获得所需金属零件。

10.根据权利要求6所述的激光增材制造的方法,其特征在于,该方法所使用的预置铺粉快速成形组件中的激光源(1)、扫描振镜(33)和防尘罩(34)和扩束镜(35)均为多个,预置铺粉快速成形组件中的粉末存储腔(21)为两个,随形缸体设置与移除组件是以激光熔覆沉积或激光送丝沉积方式设置随形缸体,以激光切割的方式移除随形缸体,其具体实现过程包括以下步骤:

第1步控制系统将金属零件CAD模型切片,根据切片轮廓,为每个扫描振镜(33)生成扫描轨迹;所有扫描振镜(33)的扫描轨迹之和须恰好包含零件全部切片轮廓信息;

根据金属零件CAD模型,控制系统生成与之相适应的随形缸体CAD模型,并将其切片以生成同轴送料喷嘴(30)的扫描轨迹;随形缸体切片层数应与金属零件切片层数相同;随形缸体每个切片层的轮廓都必须将与之对应的金属零件切片层包围;

控制系统识别金属零件须施加机械加工的切片层,并生成刀具(32)的加工轨迹;金属零件须施加机械加工的切片层包含但不限于:具有内表面的切片层、对外表面粗糙度有一定要求的切片层;

根据随形缸体CAD模型,控制系统生成激光切割头(28)的加工轨迹,以便在零件制造结束后切除随形缸体;

控制系统对扫描振镜(33)、同轴送料喷嘴(30)、激光切割头(28)、刀具(32)的加工轨迹进行CAE模拟及优化,以避免工作舱体(10)内部各部件出现运动干涉;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基板(20),并在工作舱体(10)内部建立保护气氛;

第3步以激光沉积与切割主机(8)输出的高功率激光束为能量源,使用同轴送料喷嘴(30)在基板(20)表面成形一随形缸体切片层;

第4步位于工作舱体(10)一侧的粉末存储腔(21)向铺粉器(22)提供适量金属粉末;铺粉器(22)带动刮刀(23),并以随形缸体已成形部分的上表面为定位基准,在其所围区域内部铺设一层具有一定厚度金属粉末;

第5步以多个激光源(1)输出的激光束为能量源,使用多个扫描振镜(33)在粉末床表面同步扫描,成形一金属零件切片层;

第6步若金属零件已成形的切片层无需机械加工,直接进入第7步;若金属零件已成形的切片层需要机械加工,则使用刀具(32)对其加工;

第7步再以激光沉积与切割主机(8)输出的高功率激光束为能量源,使用同轴送料喷嘴(30)成形一随形缸体切片层;位于工作舱体(10)另一侧的粉末存储腔(21)向铺粉器(22)提供适量金属粉末;铺粉器(22)带动刮刀(23),并以随形缸体已成形部分的上表面为定位基准,在其所围区域内部铺设一层具有一定厚度金属粉末;转入第5步,重复“随形缸体切片层制造-双向铺粉-金属零件切片层激光选区熔化成形”过程,包括必要时的使用机械加工组件对当前已成形的金属零件片层进行机械加工,直至完成金属零件的制造;

第8步使用激光切割头(28)切除随形缸体。

11.根据权利要求6所述的激光增材制造的方法,其特征在于,待制造的金属零件包括形状不同的二部分,该方法包括以下步骤:

第1步控制系统将金属零件CAD模型M划分为M1与M2两个子模型,其中,M1包含零件主体部分的三维数据,M2包含零件外延结构部分的三维数据;子模型M1与M2不存在数据重叠,两者包含了零件的所有三维数据;控制系统将子模型M1切片,生成扫描振镜(33)的扫描轨迹;根据子模型M1,控制系统生成与之相适应的随形缸体CAD模型N;控制系统将子模型M2与模型N切片,生成同轴送料喷嘴(30)的加工轨迹;其中,模型N切片层数应与子模型M1切片层数相同;模型N每个切片层的轮廓都必须将与之对应的子模型M1切片层包围;

控制系统块识别子模型M1、M2须施加机械加工的切片层,并生成刀具(32)的加工轨迹;

根据随形缸体CAD模型N,控制系统生成激光切割头(28)的加工轨迹,以便在零件子模型M1制造结束后切除随形缸体;

控制系统对扫描振镜(33)、同轴送料喷嘴(30)、刀具(32)、激光切割头(28)的加工轨迹进行CAE模拟及优化,以避免工作舱体(10)内部各部件出现运动干涉;

第2步在工作舱体(10)内安装、调平基20,并在工作舱体(10)内部建立保护气氛;

第3步重复“模型N切片层激光熔覆沉积或激光送丝沉积-铺粉-子模型M1切片层激光选区熔化”这一过程,其中,必要时在“子模型M1切片层激光选区熔化”后增加“子模型M1切片层机械加工”步骤,直至完成子模型M1的制造;

第4步使用激光切割头(28)去除随形缸体,并利用同轴送料喷嘴(30)在以已成形的零件主体部分侧面重复“子模型M2切片层激光熔覆沉积或激光送丝沉积”这一过程,其中,必要时在“子模型M2切片层激光熔覆沉积或激光送丝沉积”后增加“子模型M2切片层机械加工”步骤,直至完成子模型M2的制造,进而实现整个金属零件的快速造。

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