铝材的送粉式激光增材制造系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种增材制造技术领域，具体涉及一种铝材的送粉式激光增材制造系统。
【背景技术】
[0002]激光快速成形技术是基于上世界70年代末期的激光多层熔覆技术发展起来的一类技术。该技术通过采用计算机设计数字化模型，并通过计算机智能控制，将材料逐层累加成型，最终实现具有三维复杂结构的实体零部件，是一项典型的数字化制造、绿色智能制造技术。目前的激光快速成形技术主要包括立体光刻技术、分层实体制造技术、激光近净成形技术、选择性激光烧结成形技术、选择性激光熔化成形技术等，其中金属结构的激光快速成形主要依赖于激光近净成形技术、选择性激光烧结成形技术、选择性激光熔化成形技术等实现。
[0003]铝由于具有密度小，强度高，耐低温，导电、导热性好，延展性好等优点，使得铝、铝合金及铝基复合材料在国民经济和国防工业的各个方面获得广泛应用。目前发展的用于铝、铝合金及铝基复合材料的激光快速成形技术主要依赖于选择性激光烧结成形和选择性激光熔化成形技术，其所采用的激光光源主要为光纤激光器和Nd: YAG激光器。由于铝、铝合金及铝基复合材料在进行激光成形过程中，存在较高的反射率，其在激光快速成形方面的研究落后于其它金属材料，因此，迫切需要发展结构简单，适应性强，成形快速的适合于铝、铝合金及铝基复合材料的制造系统。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对现有技术的不足，提出一种，利用波长为700nm-900nm的激光，整体结构简单，控制方便，成形快速高效的铝、铝合金及铝基复合的粉末材料的送粉式激光增材制造系统，可减小激光反射，使其更加节能，同时成形速度更快，成形品质更好，具体技术方案如下:
[0005]铝材的送粉式激光增材制造制造系统，包括控制系统(I)、激光发射系统(2)和成形系统(3)，其特征在于:所述激光发射系统(2)设有光源机构(4)，该光源机构(4)发出的激光依次经光闸(5)、扩束镜(6)、衰减器(7)和振镜(8)进入所述成形系统(3);所述成形系统
(3)设有密闭加工腔体(9)，在该密闭加工腔体(9)设有运动机构(10)，在该运动机构(10)的输出端上设有材料沉积头(11)，所述光源机构(4)发出的激光对准所述材料沉积头(11)，所述密闭加工腔体(9)外部还设置有抽真空装置(12)、保护气体注入机构(13)和送粉装置
(14)，所述抽真空装置(12)的抽真空口和所述保护气体注入机构(13)气体输出口均穿过所述密闭加工腔体(9)腔壁与该密闭加工腔体(9)相通，所述送粉装置(14)出粉口均穿过所述密闭加工腔体(9)腔壁与所述材料沉积头(11)相通；
[0006]所述光闸(5)、衰减器(7)、振镜(8)、运动机构(10)、材料沉积头(11)、抽真空装置
(12)、保护气体注入机构(13)和送粉装置(14)的控制端分别与所述控制系统(I)相连。
[0007]为更好的实现本实用新型，可进一步为:
[0008]所述激光发射系统(2)中的激光光源为半导体激光器，或者为固体激光器，或者为光纤激光器，且该激光光源发出的激光波长为700nm-900nm。激光光源米用波长为700nm-900nm发射功率低，且针对铝材粉末折射率较低，能耗损失小，融化效率也将大大提高。
[0009]所述材料沉积头(11)由同轴送粉打印头和侧向送粉打印头组合而成，从不同角度进行送粉，满足不通成形环境的需要，使其不实用新型打印范围更加广泛。
[0010]本实用新型的有益效果为:结合大量实验和铝材的特性，利用波长为700nm-900nm的激光溶解铝材，如铝粉、铝合金粉和铝基符合材料粉，吸收效率高，成形速度快;在保护气体的环境下输送粉末原材料以及打印成形，可保证粉末原材料在激光溶解过程中不与空气发生化学反应，使其成形效果更好;整个铝材的送粉式激光增材制造系统生产工艺简单，实现容易，可最大限度的降低成形成本，且成形速度快，成形产品质量好，有效解决了对粉末铝材的激光增材制造问题；结构简单，整体布局合理，所有加工系统采用控制系统集中控制，操作方便，控制精准，智能化程度高；其中密闭加工腔体及其与之配合的抽真空装置和保护气体注入机构的设置，使其整个加工过程在保护气体的环境下进行加工，避免外界空气影响产品成形，同时也可有效避免外界环境对其加工过程的干扰，整个制造过程更加安全;采用送粉方式进行原材料供应，成形质量好，速度快，通过对激光和送粉的同时控制，更好的实现不同需求的增材制造需求。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型制造系统的结构示意图；
[0012]图2为铝合金(AlSi1Mg)粉体的激光吸收图谱；
[0013]图3为加工产品的表面粗糙度测试图。
[0014]图4为AlSilOMg铝合金成型件表面形貌图；
[0015]图5为AlSi1Mg铝合金成型件表面粗糙度测试图；
[0016]图6为AlSilOMg铝合金成型件微观组织图；
[0017]图7为采用本发明所制备的AlSilOMg铝合金成型件的硬度测试结果。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0019]如图1所示:采用上述铝材的送粉式激光增材制造方法的制造系统，设置有控制系统1、激光发射系统2和成形系统3，所述激光发射系统2设有光源机构4，该光源机构4中的激光器为半导体激光器，发出的808nm的连续激光依次经光闸5、扩束镜6、衰减器7和振镜8进入所述成形系统3;
[0020]所述成形系统3设有密闭加工腔体9，在该密闭加工腔体9设有运动机构10，在该运动机构10的输出端上设有材料沉积头11，所述光源机构4发出的激光对准所述材料沉积头11，材料沉积头11由同轴送粉打印头和侧向送粉打印头组合而成；
[0021]所述密闭加工腔体9外部设置有抽真空装置12、保护气体注入机构13和送粉装置14，所述抽真空装置12的抽真空口和所述保护气体注入机构13气体输出口均穿过所述密闭加工腔体9腔壁与该密闭加工腔体9相通，所述送粉装置14出粉口均穿过所述密闭加工腔体9腔壁与所述材料沉积头11相通，在作业过程中，先对密闭加工腔体9进行抽真空作业，在真空达到I X 10—5Pa时候停止抽真空，然后输入氩气；
[0022 ]所述光闸5、衰减器7、振镜8、运动机构1、材料沉积头11、抽真空装置12、保护气体注入机构13和送粉装置14的控制端分别与所述控制系统I相连。
[0023]根据对铝合金粉对激光吸收率的大量实验，如图2，得出激光波长范围为800nm?850nm时，铝合金粉的吸收率有一个峰值，吸收率超过70 %，本实施例中采用波长为808nm的激光作为加工光源，充分利用铝合金粉的吸收率峰值，可最大限度节省能源，提高成形效率，如图3所示，采用上述增材制造系统和方法加工零件成形速度快，表面光泽好且更加平整，如图4所示，激光波长范围为800nm?850nm时，铝合金成型件表面光滑、致密，具有较高的成型质量，如图5所示，激光波长范围为800nm?850nm时，铝合金成型件表面最高精度1^可达0.62μηι，具有较高的表面质量；如图6所示，加工件晶粒十分细小，组织致密，经测量平均晶粒尺寸小于lMi。灰色的胞状结构为Al基体，白色的纤维状的为Si相。根据测试结构，可得出采用本发明的方法和系统所成形的产品，品质高，外观美观，具有很高的应用价值;如图7所示，采用本发明的激光选区熔化成型方法及系统所制备的AlSilOMg铝合金成型件在不同工艺条件下的硬度测试结果，可以看出，维氏硬度值基本稳定在HVllO?HV130之间波动，均值为HV120 土 3，大于传统AlSi 1Mg铸材的HV95?HV105，说明成型件具有优异的力学性能。
【主权项】
1.一种铝材的送粉式激光增材制造系统，包括控制系统(I)、激光发射系统(2)和成形系统(3)，其特征在于:所述激光发射系统(2)设有光源机构(4)，该光源机构(4)发出的激光依次经光闸(5)、扩束镜(6)、衰减器(7)和振镜(8)进入所述成形系统(3); 所述成形系统(3)设有密闭加工腔体(9)，在该密闭加工腔体(9)设有运动机构(10)，在该运动机构(10)的输出端上设有材料沉积头(11)，所述光源机构(4)发出的激光对准所述材料沉积头(11)，所述密闭加工腔体(9)外部还设置有抽真空装置(12)、保护气体注入机构(13)和送粉装置(14)，所述抽真空装置(12)的抽真空口和所述保护气体注入机构(13)气体输出口均穿过所述密闭加工腔体(9)腔壁与该密闭加工腔体(9)相通，所述送粉装置(14)出粉口均穿过所述密闭加工腔体(9)腔壁与所述材料沉积头(11)相通； 所述光闸(5)、衰减器(7)、振镜(8)、运动机构(10)、材料沉积头(11)、抽真空装置(12)、保护气体注入机构(13)和送粉装置(14)的控制端分别与所述控制系统(I)相连。2.根据权利要求1所述铝材的送粉式激光增材制造系统，其特征在于:所述激光发射系统(2)中的激光光源为半导体激光器，或者为固体激光器，或者为光纤激光器，且该激光光源发出的激光波长为700nm-900nmo3.根据权利要求1所述铝材的送粉式激光增材制造系统，其特征在于:所述材料沉积头(11)由同轴送粉打印头和侧向送粉打印头组合而成。
【专利摘要】一种铝材的送粉式激光增材制造系统，包括控制系统、激光发射系统和成形系统，激光发射系统设有光源机构，该光源机构发出的激光依次经光闸、扩束镜、衰减器和振镜进入所述成形系统；成形系统设有密闭加工腔体，在该密闭加工腔体设有运动机构，在该运动机构的输出端上设有材料沉积头，光源机构发出的激光对准所述材料沉积头，密闭加工腔体外部还设置有抽真空装置、保护气体注入机构和送粉装置，抽真空装置的抽真空口和保护气体注入机构气体输出口均穿过所述密闭加工腔体腔壁与该密闭加工腔体相通，送粉装置出粉口均穿过所述密闭加工腔体腔壁与材料沉积头相通，被系统结构简单，布局合理，非常适合铝材粉末的激光增材制造。
【IPC分类】B22F3/115, C23C24/10, B22F3/105
【公开号】CN205110791
【申请号】CN201520748421
【发明人】段宣明, 陈勇, 曹洪忠, 王林志, 王国玉, 范树迁
【申请人】重庆塞拉雷利科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月22日