多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法
【专利摘要】本发明提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法，设备包括在同一平面内并排平行布置的n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；优点为：本发明成形速度快，不需要点线扫描，直接通过线能量传递；本发明结构简单，无需振镜等激光扫描结构；本发明传热均匀，有效缓解了点线扫描能量输入的不均匀性；本发明更易于制造大尺寸成形装备，适合工业化制造应用。
【专利说明】
多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法
技术领域
[0001]本发明属于金属粉末激光熔化增材制造技术领域，具体涉及一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法。
【背景技术】
[0002]“3D打印”技术，也称为增量制造技术，产生于上个世纪80年代的美国，CAD(计算机辅助设计)、CNC(数字化控制)、自动控制、激光等技术的发展是其产生的前因，至今发展不到30年。“3D打印”技术是全球先进制造领域兴起的一项集光/机/电、计算机、数控及新材料于一体的制造技术。在此领域，我国与世界发达国家之间的技术差距较小，几乎位于同一起跑线上。之所以称之为增量制造，依据其与传统切削等材料“去除”制造工艺不同，该技术通过将粉末、液体、薄片等离散材料逐层堆积，“自然生长”成三维实体，因此被通俗叫做“3D打印”技术。该技术将三维实体整体成形，改变为若干二维平面的叠加成形，大大降低了制造复杂度。理论上，但凡能够在计算机上设计的结构模型，即可应用该技术在无需刀具、模具及复杂工艺条件下快速地将设计原型变为实物。目前，该技术在国防、航空航天、汽车、生物医学、模具、铸造、农业、家电、工艺美术、动漫等领域发挥着重要的作用。
[0003]未来制造业的发展水平依然是衡量一个国家整体实力的关键标志之一，而未来制造技术在数控技术、计算机、机械、材料等关联技术发展的带动下，必然走向数字化和智能化。“3D打印”技术作为整个先进制造技术当中数字化和智能化较为突出的一类，其发展也会在不同层面深刻地对制造业整体构成影响。首先，“3D打印”技术的应用领域将不断扩大(广度)；其次，“3D打印”技术在各个应用领域的应用层面不断深入(深度)；再者，3D打印技术自身的物化形式(装备与工艺)将更加丰富。由此，该技术必然会逐步渗透到国防、航空航天、汽车、生物医学等诸多领域，影响着上述各个领域的设计理论和理念，并配合其他传统技术，完善甚至更新某些司空见惯的制造方案，致使制造更为智能、简捷、绿色的产品性能更加贴近理想状态。
[0004]在3D打印技术产业当中，激光选区恪化(Selective Laser Melting，SLM)技术处于高端，是未来极具发展潜力的一项金属零部件激光直接成形技术。
[0005]然而，现有技术中，在激光选区熔化成形过程中，采用单激光束按规划得到的扫描路径逐层扫描铺设在粉床表面的松散粉末，从而层层堆积得到最终的成形零部件。该种方法存在的主要不足为:针对单激光束规划得到的扫描路径较复杂，因此，需要采用复杂的控制系统才能控制单激光束按扫描路径进行扫描，具有系统开销大的问题;另外，采用点扫描方式，还具有激光选区熔化成形过程复杂、耗时长以及成形效率低的不足。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法，可有效解决上述问题。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，包括在同一平面内并排平行布置的η个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；
[0009]其中，每个所述激光光纤直线线阵(I)均包括直线框体(1.1)，所述直线框体(1.1)连接有X向驱动电机，通过所述X向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的X向进行水平移动;所述直线框体(1.1)的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个所述光纤固定套筒的内部均固定有I个光纤头(1.2)，所述光纤头(1.2)的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下;每个所述光纤头(1.2)均连接有I台激光发生器;通过对各个激光光纤直线线阵(I)的光纤头(1.2)的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵(I)的激光发生器通过光纤头(1.2)所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直线上；
[0010]η个激光光纤直线线阵(I)的前后两侧分别固定安装所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)，当η个激光光纤直线线阵(I)进行X向同步运动时，带动所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)进行同步运动；
[0011]所述总控制器分别与所述铺粉装置、每个所述激光光纤直线线阵(I)的X向驱动电机以及每个所述激光光纤直线线阵(I)的各个激光发生器连接。
[0012]优选的，每个所述激光光纤直线线阵(I)还包括y向驱动电机，通过所述y向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的y向进行水平移动，从而调整各个所述激光光纤直线线阵(I)的光纤头(1.2)在水平面的交错度，进而调整不同的光纤头所形成的激光光斑在同一直线上的重叠度，进而调节线性排列的激光光斑的能量分布;所述y向驱动电机也连接到所述总控制器。
[0013]优选的，每个所述光纤头(1.2)的出射光方向还安装有至少一个微透镜;通过所述微透镜，调节所述光纤头(1.2)形成的激光光斑的直径和能量分布。
[0014]优选的，每个所述激光光纤直线线阵(I)还包括有控制单元;所述控制单元的输出端与各个所述激光发生器连接，用于控制激光发生器的开闭状态以及激光发生器的激光功率值。
[0015]优选的，各个所述激光光纤直线线阵(I)的X向驱动电机共同连接到同步控制器的一端，通过所述同步控制器，控制各个所述X向驱动电机同步动作;所述同步控制器的另一端连接到所述总控制器。
[0016]优选的，所述前铺粉刮刀(2)和所述η个激光光纤直线线阵(I)之间的横向距离为30?100mm;所述后铺粉刮刀(3)和所述η个激光光纤直线线阵(I)之间的横向距离为30?10mm0
[0017]优选的，所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)分别安装有前升降机构和后升降机构;所述前升降机构和所述后升降机构分别连接到所述总控制器。
[0018]本发明还提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法，包括以下步骤:
[0019]步骤I，在计算机上生成待加工零件的三维CAD模型；
[0020]步骤2，对所述三维CAD模型进行切片，得到按自下而上方向编号分别为截面1、截面2...截面η的η个截面的轮廓信息；
[0021]步骤3，建立xyz坐标系，其中，x方向为成形运动方向，y方向与x方向位于同一成形水平面;z方向为垂直于成形水平面的方向；
[0022]将η个激光光纤直线线阵(I)置于成形平台上方，各个激光光纤直线线阵(I)的光纤头在成形平面形成的激光光斑位于同一直线上，且使激光光斑阵列排列方向与y方向相同；
[0023]在每个光纤头(1.2)的出射光方向安装至少一个微透镜;总控制器按成形精度要求驱动各个y向驱动电机动作，从而调整位于同一直线的激光光斑阵列中各激光光斑的直径以及能量分布；
[0024]步骤4，n个激光光纤直线线阵(I)的前方安装前铺粉刮刀(2)，n个激光光纤直线线阵(I)的后方安装后铺粉刮刀(3);
[0025]当需要沿X正方向进行成形运动时，总控制器提升后铺粉刮刀(3)，下降前铺粉刮刀⑵；
[0026]步骤5，首先成形截面I，包括:
[0027]步骤5.1，总控制器根据控制精度需求控制η个激光光纤直线线阵(I)、前铺粉刮刀
(2)和后铺粉刮刀(3)同步进行X正方向的移动速度，在移动过程中，前铺粉刮刀(2)首先将粉末铺设于成形平台表面;然后，当η个激光光纤直线线阵(I)移动到已铺粉的某一直线Xl上方时，其中，直线Xl为与y轴平行、与X轴垂直的某条直线，总控制器根据截面I在对应的Xl位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，进而使η个激光光纤直线线阵(I)形成与轮廓宽度和轮廓位置均一致的激光光斑线阵，从而将对应的粉末熔化成形；
[0028]步骤6，当截面I成形结束后，总控制器下降后铺粉刮刀(3)，抬升前铺粉刮刀(2)，控制η个激光光纤直线线阵(I)、前铺粉刮刀(2)和后铺粉刮刀(3)同步进行X负方向的移动，并且，实时根据待成形截面在对应位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，实现粉末熔化成形过程；
[0029]如此不断循环，即可成形得到最终零件。
[0030]优选的，总控制器在打开部分激光器时，同时调节所打开的激光器的工作功率，实现高精度激光熔化成形。
[0031]本发明提供的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法具有以下优点:
[0032]I)较通过传统振镜扫描的方式，本发明成形速度快，不需要点线扫描，直接通过线能量传递；
[0033]2)较通过传统振镜扫描的方式，本发明结构简单，无需振镜等激光扫描结构；
[0034]3)较通过传统振镜扫描的方式，本发明传热均匀，避免点线扫描能量输入的次序不均匀性；
[0035]4)较通过传统振镜扫描的方式，本发明更易于制造大尺寸成形装备，适合工业化制造应用。
【附图说明】
[0036]图1为本发明提供的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备进行成形运动及熔化过程示意图；
[0037]图2为本发明提供的前后铺粉刮刀和激光光源布置关系示意图；
[0038]图3为本发明提供的I个激光光纤直线线阵的结构示意图；
[0039]图4为本发明提供的2个激光光纤直线线阵的结构示意图；
[0040]图5为本发明提供的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0042]本发明提供的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备和方法，取代传统的激光点光源扫描方式，通过设置多台激光发生器，将每台激光发生器的光纤输出整合成线排列，集成为发光柱的形式，从而形成一种激光线光源扫描方式，具有控制过程简单以及成形效率高的优点。
[0043]结合图1-图4，本发明提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，包括在同一平面内并排平行布置的η个激光光纤直线线阵1、前铺粉刮刀2、后铺粉刮刀
3、铺粉装置和总控制器；
[0044]其中，参考图3，每个激光光纤直线线阵I均包括直线框体1.1，直线框体1.1连接有X向驱动电机，通过X向驱动电机，驱动直线框体I.I在成形台上方的X向进行水平移动;直线框体1.1的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个光纤固定套筒的内部均固定有I个光纤头1.2，光纤头1.2的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下；每个光纤头1.2均连接有I台激光发生器;通过对各个激光光纤直线线阵I的光纤头1.2的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵I的激光发生器通过光纤头1.2所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑1.3位于同一直线上；
[0045]η个激光光纤直线线阵I的前后两侧分别固定安装前铺粉刮刀2和后铺粉刮刀3，当η个激光光纤直线线阵I进行X向同步运动时，带动前铺粉刮刀2和后铺粉刮刀3进行同步运动;在线性激光源两侧各布置一个铺粉刮刀，激光源随同两个铺粉刮刀一起运动，铺粉刮刀与激光源间的距离保持在30-100mm之间，两侧布置铺粉刮刀目的是可以进行双向铺粉动作，减少铺粉时间耗费。
[0046]其中，前铺粉刮刀2和η个激光光纤直线线阵I之间的横向距离为30?100mm;后铺粉刮刀3和η个激光光纤直线线阵I之间的横向距离为30?100mm。另外，前铺粉刮刀2和后铺粉刮刀3分别安装有前升降机构和后升降机构;前升降机构和后升降机构分别连接到总控制器。当前铺粉刮刀进行铺粉工作时，提升后铺粉刮刀，防止后铺粉刮刀对已成形截面造成不利影响。
[0047]总控制器分别与铺粉装置、每个激光光纤直线线阵I的X向驱动电机以及每个激光光纤直线线阵I的各个激光发生器连接。
[0048]对于一个激光光纤直线线阵，其涉及到的每台激光发生器可单独控制也可通过一个控制单元集中控制，但激光发生器之间通过扫描零件横截面图形的关系而关联成为控制整体。
[0049]实际应用中，光纤激光源的布置情况可以为:
[0050]I)激光发生器的数目为1-1000台；
[0051 ] 2)每台激光发生器的输出功率范围:50-10000W
[0052]3)激光光斑的直径范围:40-2000μπι
[0053]4)激光光斑排列成直线的长度:50-1000mm
[0054]5)形成激光光斑直线束的光纤装置安装在1-10根直线框体上
[0055]6)激光发生器可以是单一完全控制单元，也可以将多光纤模块集成在一起，由控制器集中控制。
[0056]另外，在上述基础之上，本发明还进行以下改进:
[0057]改进I:
[0058]每个激光光纤直线线阵I还包括y向驱动电机，通过y向驱动电机，驱动直线框体
1.1在成形台上方的y向进行水平移动，从而调整各个激光光纤直线线阵I的光纤头1.2在水平面的交错度，进而调整不同的光纤头所形成的激光光斑在同一直线上的重叠度，进而调节线性排列的激光光斑的能量分布;y向驱动电机也连接到总控制器。
[0059]如图3所示，当采用I个激光光纤直线线阵时，19根光纤头固定在一个直线框体上，其投射到成形平面上的激光光斑构成了一条直线，这条直线的长度依据具体的设备应用功能而定。
[0060]如图4所示，当采用2个激光光纤直线线阵时，通过调整2个激光光纤直线线阵的交错度，最终形成更为密集的激光光斑线阵，达到调节线性排列的激光光斑的能量分布的目的。激光光斑的能量分布取决于零件成形精度，通常情况下，零件成形精度越高，单一激光光斑直径越小，激光光斑线阵更为密集。
[0061]改进2:
[0062]每个光纤头1.2的出射光方向还安装有至少一个微透镜;通过微透镜，调节光纤头1.2形成的激光光斑的直径和能量分布。
[0063]具体的，对于激光光纤直线线阵中的每个光纤头，由于光线传导的激光输出总会有一定的发散角，尚无法实现直接熔化成形，因此需要在输出后端架设微透镜调节光斑的大小与能量分布。微透镜需要将激光束准直并且重新分布能量，达到固定的光斑直径，这些统一直径的光斑线性排列，构成直线式光幕。根据实际调整情况，每根光纤对应的微透镜不止一个，形成微透镜组。透镜组的功能为准直和聚焦。
[0064]改进3:
[0065]每个激光光纤直线线阵I还包括有控制单元;控制单元的输出端与各个激光发生器连接，用于控制激光发生器的开闭状态以及激光发生器的激光功率值。
[0066]各个激光光纤直线线阵I的X向驱动电机共同连接到同步控制器的一端，通过同步控制器，控制各个X向驱动电机同步动作；同步控制器的另一端连接到总控制器。
[0067]参考图4和图5，本发明还提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法，大致原理为:激光熔化成形依靠增材制造的积分原理，配置铺粉装置，在铺粉装置后端为激光光纤直线线阵，线性排列的激光束作为能量源，按照零件每一层的截面形状，逐层曝光打印熔化成形零件。
[0068]具体包括以下步骤:
[0069]步骤I，在计算机上生成待加工零件的三维CAD模型；
[0070]步骤2，对三维CAD模型进行切片，得到按自下而上方向编号分别为截面1、截面2...截面η的η个截面的轮廓信息；
[0071]步骤3，建立xyz坐标系，其中，x方向为成形运动方向，y方向与x方向位于同一成形水平面;z方向为垂直于成形水平面的方向；
[0072]将η个激光光纤直线线阵I置于成形平台上方，各个激光光纤直线线阵I的光纤头在成形平面形成的激光光斑位于同一直线上，且使激光光斑阵列排列方向与y方向相同；
[0073]在每个光纤头1.2的出射光方向安装至少一个微透镜；总控制器按成形精度要求驱动各个y向驱动电机动作，从而调整位于同一直线的激光光斑阵列中各激光光斑的直径以及能量分布；
[0074]步骤4，n个激光光纤直线线阵I的前方安装前铺粉刮刀2，n个激光光纤直线线阵I的后方安装后铺粉刮刀3;
[0075]当需要沿X正方向进行成形运动时，总控制器提升后铺粉刮刀3，下降前铺粉刮刀2；
[0076]步骤5，首先成形截面I，包括:
[0077]步骤5.1，总控制器根据控制精度需求控制η个激光光纤直线线阵1、前铺粉刮刀2和后铺粉刮刀3同步进行X正方向的移动速度，在移动过程中，前铺粉刮刀2首先将粉末铺设于成形平台表面;然后，当η个激光光纤直线线阵I移动到已铺粉的某一直线Xl上方时，其中，直线Xl为与y轴平行、与X轴垂直的某条直线，总控制器根据截面I在对应的Xl位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，此时，也可同时调节所打开的激光器的工作功率，进而使η个激光光纤直线线阵I形成与轮廓宽度和轮廓位置均一致的激光光斑线阵，从而将对应的粉末熔化成形；
[0078]步骤6，当截面I成形结束后，总控制器下降后铺粉刮刀3，抬升前铺粉刮刀2，控制η个激光光纤直线线阵1、前铺粉刮刀2和后铺粉刮刀3同步进行X负方向的移动，并且，实时根据待成形截面在对应位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，实现粉末熔化成形过程；
[0079]如此不断循环，即可成形得到最终零件。
[0080]上述过程可简单描述为:
[0081]零件的三维数模输入上位机软件后，由软件处理系统将零件数模进行切片处理，确定每一层切片的图形轮廓及切片的厚度。然后经过上位机与PLC或DSP的协议接口，通过PLC或DSP具体控制激光器的开闭，刮刀与激光线阵的移动速度，激光发射的功率以及每一层铺粉的厚度，每一切片层厚范围:0.0lmm—3mm。铺粉刮刀负责铺设每一层的粉末材料，刮刀材料可采用金属、陶瓷以及橡胶高分子材料。激光线阵通过控制器的调节负责移动熔化焊合粉末在每一层的选择区域内，激光线阵与刮刀的移动速度范围:lmm/s—1000mm/s
[0082]其中，通过铺粉刮刀的运动将粉末铺设在准备打印的区域上，激光线束尾随铺粉刮刀同方向行进，在与其垂直的区域中发射激光，激光束光斑构成的线段长度等于区域边界轮廓的宽度。也就是说，依据区域边界宽度的大小而选择光纤激光的开闭状态和开启功率值，而随着光纤激光线性点阵的运动，熔化区域边界宽度会实时发生变化，通过计算机图形程序处理后，及时得出边界宽度变化大小和位置，再经过总控制器发给激光器开关信号而控制发射与关闭激光。
[0083]由此可见，本发明提供的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法具有以下优点:
[0084]I)较通过传统振镜扫描的方式，本发明成形速度快，不需要点线扫描，直接通过线能量传递；
[0085]2)较通过传统振镜扫描的方式，本发明结构简单，无需振镜等激光扫描结构；
[0086]3)较通过传统振镜扫描的方式，本发明传热均匀，有效缓解点线扫描能量输入的不均匀性；
[0087]4)较通过传统振镜扫描的方式，本发明更易于制造大尺寸成形装备，适合工业化制造应用。
[0088]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，包括在同一平面内并排平行布置的η个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器； 其中，每个所述激光光纤直线线阵(I)均包括直线框体(1.1)，所述直线框体(1.1)连接有X向驱动电机，通过所述X向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的X向进行水平移动;所述直线框体(1.1)的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个所述光纤固定套筒的内部均固定有I个光纤头(1.2)，所述光纤头(1.2)的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下;每个所述光纤头(1.2)均连接有I台激光发生器;通过对各个激光光纤直线线阵(I)的光纤头(1.2)的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵(I)的激光发生器通过光纤头(1.2)所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直线上； η个激光光纤直线线阵(I)的前后两侧分别固定安装所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)，当η个激光光纤直线线阵(I)进行X向同步运动时，带动所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)进行同步运动； 所述总控制器分别与所述铺粉装置、每个所述激光光纤直线线阵(I)的X向驱动电机以及每个所述激光光纤直线线阵(I)的各个激光发生器连接。2.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，每个所述激光光纤直线线阵(I)还包括y向驱动电机，通过所述y向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的y向进行水平移动，从而调整各个所述激光光纤直线线阵(I)的光纤头(1.2)在水平面的交错度，进而调整不同的光纤头所形成的激光光斑在同一直线上的重叠度，进而调节线性排列的激光光斑的能量分布;所述y向驱动电机也连接到所述总控制器。3.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，每个所述光纤头(1.2)的出射光方向还安装有至少一个微透镜;通过所述微透镜，调节所述光纤头(1.2)形成的激光光斑的直径和能量分布。4.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，每个所述激光光纤直线线阵(I)还包括有控制单元;所述控制单元的输出端与各个所述激光发生器连接，用于控制激光发生器的开闭状态以及激光发生器的激光功率值。5.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，各个所述激光光纤直线线阵(I)的X向驱动电机共同连接到同步控制器的一端，通过所述同步控制器，控制各个所述X向驱动电机同步动作;所述同步控制器的另一端连接到所述总控制器。6.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，所述前铺粉刮刀(2)和所述η个激光光纤直线线阵(I)之间的横向距离为30?10mm;所述后铺粉刮刀(3)和所述η个激光光纤直线线阵(I)之间的横向距离为30?100mm。7.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)分别安装有前升降机构和后升降机构;所述前升降机构和所述后升降机构分别连接到所述总控制器。8.—种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，在计算机上生成待加工零件的三维CAD模型； 步骤2，对所述三维CAD模型进行切片，得到按自下而上方向编号分别为截面1、截面2...截面η的η个截面的轮廓信息； 步骤3，建立xyz坐标系，其中，X方向为成形运动方向，y方向与X方向位于同一成形水平面;z方向为垂直于成形水平面的方向； 将η个激光光纤直线线阵(I)置于成形平台上方，各个激光光纤直线线阵(I)的光纤头在成形平面形成的激光光斑位于同一直线上，且使激光光斑阵列排列方向与y方向相同；在每个光纤头(1.2)的出射光方向安装至少一个微透镜；总控制器按成形精度要求驱动各个y向驱动电机动作，从而调整位于同一直线的激光光斑阵列中各激光光斑的直径以及能量分布； 步骤4，n个激光光纤直线线阵(I)的前方安装前铺粉刮刀(2)，n个激光光纤直线线阵(1)的后方安装后铺粉刮刀(3)； 当需要沿X正方向进行成形运动时，总控制器提升后铺粉刮刀(3)，下降前铺粉刮刀(2)； 步骤5，首先成形截面1，包括: 步骤5.1，总控制器根据控制精度需求控制η个激光光纤直线线阵(I)、前铺粉刮刀(2)和后铺粉刮刀(3)同步进行X正方向的移动速度，在移动过程中，前铺粉刮刀(2)首先将粉末铺设于成形平台表面;然后，当η个激光光纤直线线阵(I)移动到已铺粉的某一直线Xl上方时，其中，直线Xl为与y轴平行、与X轴垂直的某条直线，总控制器根据截面I在对应的Xl位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，进而使η个激光光纤直线线阵(I)形成与轮廓宽度和轮廓位置均一致的激光光斑线阵，从而将对应的粉末熔化成形； 步骤6，当截面I成形结束后，总控制器下降后铺粉刮刀(3)，抬升前铺粉刮刀(2)，控制η个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)和后铺粉刮刀(3)同步进行X负方向的移动，并且，实时根据待成形截面在对应位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，实现粉末熔化成形过程； 如此不断循环，即可成形得到最终零件。9.根据权利要求8所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法，其特征在于，总控制器在打开部分激光器时，同时调节所打开的激光器的工作功率，实现高精度激光熔化成形。
【文档编号】B22F3/105GK105880593SQ201610437223
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】张爱平, 刘锦辉, 胡丽刚, 肖胜兵, 吴桐, 张怡帆, 林慧敏, 柯作伟, 张佳, 刘邦涛
【申请人】哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司