一种基于slm激光快速成形的控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于SLM激光快速成形的控制系统，包括PC机、人机对话装置、SLM激光快速成形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置；所述的PC机，上端通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话；所述的包括PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所述的SLM激光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成形的智能化刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制；所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装置相连，用于实现激光的扫描运动控制。本实用新型实现SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的扫描x轴、y轴运动智能化的控制，节省了人力，提高了生产效率，能够产生很好的经济效益和社会效益。
【专利说明】
一种基于SLM激光快速成形的控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于机械工程、计算机控制、CAD、数控技术、传感技术、检测技术、激光 材料技术的领域，具体涉及SLM激光快速成形的控制系统，更具体的说，涉及一种基于SLM激 光快速成形的控制系统。
【背景技术】
[0002] 传统模式的制造业进行的是一种高成本、低产量、周期长的生产模式，导致产品的 零售价格，而工资的增长比率比物价上涨的幅度低，而且批量生产模式难以满足日益个性 化的用户需求，需求导向的社会化生产将更具优势。从新经济角度，3D打印的"制造+服务" 模式会改变人类现有的生活方式。在新经济的发展过程中，通过持续的科技创新和劳动力 水平提升，面向人们基本生存需要的农业和制造业的占比日益降低，以满足人类更高层次 需求为目的的服务业愈发重要。随着生产力水平的提升，人们开始在集约生产带来的同质 化消费之上追求更高层次的个性化、定制化服务。新媒体、社交网络满足了人类在精神层面 的个性化需求，而3D打印正是实现物质个性化的最佳解决方案。
[0003] 3D打印技术俗称为快速成形技术，又称快速原型制造 （Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，它是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20 年来制造领域的一个重大成果。3D打印（3Dprinting)是制造业领域正在迅速发展的一项新 兴技术，被称为"具有工业革命意义的制造技术"。运用该技术进行生产的主要流程是:应用 计算机软件，设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称"3D打印机"），用液 化、粉末化、丝化的固体材料逐层"打印"出产品。3 D打印是"增材制造" (AdditiveManufacturing)的主要实现形式。
[0004] 3D打印技术的存在的问题：
[0005] 任何一个产品都应该具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通过3D打印制 造出来的产品在实用性上要打一个问号。
[0006] (1)、强度问题：房子、车子固然能"打印"出来，但是否能抵挡得住风雨，是否能在 路上顺利跑起来？
[0007] (2)、精度问题：由于分层制造存在"台阶效应"，每个层次虽然很薄，但在一定微观 尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级"台阶"，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那 么就会造成精度上的偏差；
[0008] (3)、材料的局限性：目前供3D打印机使用的材料非常有限，无外乎石膏、无机粉 料、光敏树脂、塑料等。能够应用于3D打印的材料还是很单一，以塑料为主，并且打印机对单 一材料也非常挑剔。
[0009] SLM激光快速成形是"增材制造"（AdditiveManufacturing)的主要实现形式。
[0010] 近年来，诞生了选择性激光恪化(Selective Laser Melting，SLM)金属粉末的快 速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。SLM技术克服了选择性激光烧 结(Selective Laser SinteringALS)技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。
[0011] 选择性激光熔化技术(简称SLM技术），是目前较为先进的激光快速成形技术。SLM 激光快速成形集成了机械工程、计算机控制、CAD、数控技术、检测技术、激光材料等各种学 科的前沿技术，是一种典型的高新技术。
[0012] 快速成形技术彻底摆脱了传统的"去除"加工法(部分去除大于工件的毛坯上的材 料来得到工件），而采用全新的"增长"堆积法（用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复 杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合），因此，它不必采用传统的加工机床和工模 具，只需传统加工方法的10 %~30%的工时和20%~35%的成本，就能直接制造出产品样 品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造 技术中的一项支柱技术，是实现并行工程CE(Concurrent Engineering)必不可少的手段。
[0013] 国内主要从事SLM激光快速成形技术研究的有西安交通大学、清华大学、华中科技 大学、西北工业大学、南京航空航天大学和上海大学等。清华大学和西安交通大学等还开展 了 RP前端数据转换(反求工程)和后端应用技术的研究。
[0014] 目前我国正在大力发展飞机制造业，选择性激光熔化技术在飞机零件制造上具有 不可比拟的优势，不仅可以快速地生产出小批量飞机零件，而且在产品开发阶段可大大缩 短样件加工时间，节省大量开发费用。
[0015]通过以上的分析，SLM技术的优点总结如下：
[0016] (1)能将CAD模型直接制成终端金属产品，只需要简单的后处理或表面处理工艺。
[0017] (2)适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构（如空腔、三维网 格）、用传统机械加工方法无法制造的复杂工件。
[0018] (3)能得到具有非平衡态过饱和固溶体及均匀细小金相组织的实体，致密度几乎 能达到100%，SLM零件机械性能与锻造工艺所得相当。
[0019] (4)使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金属，使得加工出来 的金属零件具有很高的尺寸精度(达〇. 1mm)以及很好的表面粗糙度值(Ra = 30u m~50um)。
[0020] (5)由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点金属，使得用单一成 分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展了。
[0021] (6)能采用钛粉、镍基高温合金粉加工解决在航空航天中应用广泛的、组织均匀的 高温合金零件复杂件加工难的问题;还能解决生物医学上组分连续变化的梯度功能材料的 加工问题。
[0022] 由于SLM技术具有以上优点，它具有广阔的应用前景和广泛的应用范围，如机械领 域的工具及模具(微制造零件、微器件、工具插件、模具等）、生物医疗领域的生物植入零件 或替代零件(齿、脊椎骨等）、电子领域的散热器件、航空航天领域的超轻结构件以及梯度功 能复合材料零件等。
[0023] 特别是在航空航天领域，应用较多的是典型的多品种小批量生产过程，尤其是在 其研发阶段，SLM技术具有不可比拟的优势。有些复杂的工件，采用机加工不但浪费时间，而 且严重浪费材料，一些复杂结构甚至无法制造;铸造能解决复杂结构的制造问题并提高材 料利用率，但钛和镍等特殊材料的铸造工艺非常复杂，制件性能难以控制;锻造可有效提高 制件性能，但需要昂贵的精密模具和大型的专用装备，制造成本很高。而采用SLM方法则可 以很方便、快捷地制造出这些复杂工件，在产品开发阶段可以大大缩短样件的加工生产时 间，节省大量的开发费用。我国正在全力推进大飞机的研发工作，SLM技术将可以在其中发 挥巨大的作用。
[0024] 可以说，SLM技术代表了快速制造领域的发展方向，运用该技术能直接成型高复杂 结构、高尺寸精度、高表面质量的致密金属零件，减少制造金属零件的工艺过程，为产品的 设计、生产提供更加快捷的途径，进而加快产品的市场响应速度，更新产品的设计理念和生 产周期。SLM技术在未来将会得到更好、更快的发展。但是，由于巨大的市场价值与商业机 密，目前SLM技术的发展与推广还存在一些问题。主要是SLM设备十分昂贵，工作效率低;并 且由于大工作台范围内的预热温度场难以控制，工艺软件不完善，制件翘曲变形大，因而无 法直接制作大尺寸零件，目前还只能制作一些尺寸较小的工件。只有解决以上问题，研发出 可靠性和技术指标达到国际先进水平、价格低廉、具有自主知识产权的SLM设备、成型材料 和配套的工艺路线等，才能在我国推广这项技术。
[0025] 研究SLM激光快速成型技术的前提条件之一就是拥有高精度的SLM控制系统。国外 专家和学者在这方面进行了较为深入的研究，已经制造出了用于实际生产加工设备，并且 已经将它应用实际加工中，但加工昂贵，生产工艺复杂，这并不适合在我国国内推广。
[0026] 近年来，SLM激光快速成形控制系统有了很大的提高，但传统的SLM激光快速成形 控制系统，存在以下一些缺点：
[0027] ( -）、传统的SLM激光快速成形控制系统没有采用组合式结构，其结构不包括工控 机、外设装置、数据采集系统、运动控制卡、激光振镜控制卡，其结构复杂，加工效率低下；
[0028] (二）、传统的SLM激光快速成形控制系统没有采用上送粉缸装置、下送粉缸装置， 没有采用盒式送粉缸装置方式进行送粉，而是送粉效率低下；
[0029](三）、传统的SLM激光快速成形控制系统没有采用ADAM数据采集模块，不能进行采 集SLM激光快速成形加工的信息；
[0030](四）、传统的SLM激光快速成形控制系统，成本太高，而且不具备规模经济的优势， 加工装置的材料每克售价10-100元人民币。
[0031](五）、传统的SLM激光快速成形控制系统没有采用工控机，不能实现SLM激光快速 成形中刮粉、成形、送粉、回粉及激光的扫描运动智能化的控制，不能节省了人力，生产效率 较低，更不能够产生很好的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0032]本实用新型是为了克服上述不足，给出了一种基于SLM激光快速成形的控制系统。 [0033]本实用新型的技术方案如下：
[0034] -种基于SLM激光快速成形的控制系统，包括PC机、人机对话装置、SLM激光快速成 形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的PC机，上端 通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置包括触摸 屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉 及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控制及添材 料加工的信息;所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所述的SLM激 光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装置相连，用于 实现激光的扫描运动控制。
[0035]所述的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱动器。
[0036] 更近一步地，所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快 速成形装置。
[0037] 更近一步地，所述的步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、涡轮蜗杆减速 器，用于完成SLM激光快速成形。
[0038] 更近一步地，所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振镜电机驱动器。 [0039] 更近一步地，所述的激光振镜控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X轴扫 描、y轴扫描；
[0040] 更近一步地，所述的振镜电机驱动器包括振镜电机、电机驱动器、激光器、光路单 J L· 〇
[0041] 更近一步地，所述的激光器采用光纤激光器。
[0042] 更近一步地，所述的光纤激光器包括光纤激光器控制柜、光纤激光器控制器、光纤 激光器电路部分。
[0043]所述的光路单元包括扫描振镜、扩束镜、光纤耦合端、双面镀膜透镜。
[0044] 所述的SLM激光快速成形装置包括刮粉装置、成形装置、送粉装置、铺粉装置。
[0045] 更近一步地，所述的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出 料口、气路控制装置、吸气嘴。
[0046] 更近一步地，所述的装粉螺栓安装在储料筒上。
[0047] 更近一步地，所述的储料筒采用上下两截结构，同时储料筒密封良好；用于调节送 粉装置的送粉量。
[0048] 详细地，所述的送粉腔采用前后开盖，送粉盘、吸气嘴安装在送粉腔的内部。
[0049] 更近一步地，所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定。
[0050] 更近一步地，所述的气路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、粉两相输送同 步。
[0051]所述的铺粉装置包括刮粉板、侧挡板一、侧挡板二、底挡板一、底挡板二、悬臂一、 悬臂二。
[0052]所述的激光振镜装置包括X轴电机扫描装置、y轴电机扫描装置。
[0053]本实用新型发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
[0054] (1)、本发明采用的分块化、组合式结构，包括PC机、人机对话装置、SLM激光快速成 形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的PC机，上端 通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置包括触摸 屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉 及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控制及添材 料加工的信息;所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所述的SLM激 光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成形的智能 化刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装置相连，用 于实现激光的扫描运动控制，其结构简单，操作方便；
[0055] (2)、本发明采用的人机对话装置包括触摸屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用 于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及 添材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的信息；所述的存储器包括 FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息；
[0056] (3)、本发明采用的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱 动器;所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形装置;所述 的步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、涡轮蜗杆减速器，用于完成SLM激光快速成 形;所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振镜电机驱动器;所述的激光振镜控制 卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X轴扫描、y轴扫描;所述的振镜电机驱动器包括振镜 电机、电机驱动器、激光器、光路单元;所述的激光器采用光纤激光器;所述的光纤激光器包 括光纤激光器控制柜、光纤激光器控制器、光纤激光器电路部分;所述的光路单元包括扫描 振镜、扩束镜、光纤親合、双面链I吴透镜；
[0057] (4)、本发明采用的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出料 口、气路控制装置、吸气嘴;所述的装粉螺栓安装在储料筒上;所述的储料筒采用上下两截 结构，同时储料筒密封良好，用于调节送粉装置的送粉量;所述的送粉腔采用前后开盖，送 粉盘、吸气嘴安装在送粉腔的内部;所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定;所述的气 路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、粉两相输送同步。
[0058] 除了以上这些，本发明实现SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的扫 描X轴、y轴运动智能化的控制，节省了人力，提高了生产效率，能够产生很好的经济效益和 社会效益。
[0059] 本实用新型的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐 述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或 者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其它优点可以通过下面的说 明书和权利要求书来实现和获得。
【附图说明】
[0060] 图1为本实用新型发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统的结构示意图；
[0061] 图2为本实用新型发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统中的铺粉装置的 结构示意图；
[0062] 图中的标注：1、悬臂二，2、侧挡板二，3、底挡板一，4、底挡板二，5、侧挡板一，6、悬 臂一。
[0063] 图3为本实用新型发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统实现SLM激光快速 成形的工作图；
[0064] 图中的标注:7、成形装置，8、出料口，9、送粉装置，10、激光振镜装置，11、进料口， 12、铺粉装置，13、活塞。
[0065] 图4为本实用新型发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统实现SLM激光快速 成形的控制过程的流程图；
[0066]图5为本实用新型发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统中进行3D打印机 打印、SLM零件快速成形加工实例图。
【具体实施方式】 [0067] 实施实例
[0068]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目 的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明及其实施方式作进一步详细描 述。
[0069] 如图1所示，一种基于SLM激光快速成形的控制系统，包括PC机、人机对话装置、SLM 激光快速成形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的 PC机，上端通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置 包括触摸屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用 于Μ纸打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控 制及添材料加工的信息；所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成 形的信息;所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所 述的SLM激光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成 形的智能化刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装 置相连，用于实现激光的扫描运动控制。
[0070] 又，本发明采用的分块化、组合式结构，包括PC机、人机对话装置、SLM激光快速成 形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的PC机，上端 通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置包括触摸 屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉 及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控制及添材 料加工的信息;所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所述的SLM激 光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装置相连，用于 实现激光的扫描运动控制，其结构简单，操作方便，是本发明一个显著特点。
[0071] 又，本发明采用的人机对话装置包括触摸屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于 完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添 材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的信息；所述的存储器包括 FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息，又是本发明一个显著特点。
[0072 ]所述的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱动器。
[0073]进一步作为优选的实施方式，所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于 控制SLM激光快速成形装置。
[0074] 进一步作为优选的实施方式，所述的步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、 涡轮蜗杆减速器，用于完成SLM激光快速成形。
[0075] 进一步作为优选的实施方式，所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振 镜电机驱动器。
[0076]进一步作为优选的实施方式，所述的激光振镜控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的 FPGA，用于X轴扫描、y轴扫描；
[0077] 进一步作为优选的实施方式，所述的振镜电机驱动器包括振镜电机、电机驱动器、 激光器、光路单元。
[0078] 进一步地，所述的激光器采用光纤激光器。
[0079] 进一步作为优选的实施方式，所述的光纤激光器包括光纤激光器控制柜、光纤激 光器控制器、光纤激光器电路部分。
[0080] 进一步作为优选的实施方式，所述的光路单元包括扫描振镜、扩束镜、光纤耦合 端、双面镀膜透镜。
[0081 ]又，本发明采用的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱动 器;所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形装置;所述的 步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、涡轮蜗杆减速器，用于完成SLM激光快速成 形;所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振镜电机驱动器;所述的激光振镜控制 卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X轴扫描、y轴扫描;所述的振镜电机驱动器包括振镜 电机、电机驱动器、激光器、光路单元;所述的激光器采用光纤激光器;所述的光纤激光器包 括光纤激光器控制柜、光纤激光器控制器、光纤激光器电路部分;所述的光路单元包括扫描 振镜、扩束镜、光纤耦合端、双面镀膜透镜，又是本发明一个显著特点。
[0082]进一步作为优选的实施方式，所述的SLM激光快速成形装置包括刮粉装置、成形装 置、送粉装置、铺粉装置。
[0083]详细地，所述的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出料口、 气路控制装置、吸气嘴。
[0084] 进一步地，所述的装粉螺栓安装在储料筒上。
[0085] 进一步作为优选的实施方式，所述的储料筒采用上下两截结构，同时储料筒密封 良好;用于调节送粉装置的送粉量。
[0086] 进一步作为优选的实施方式，所述的送粉腔采用前后开盖，送粉盘、吸气嘴安装在 送粉腔的内部。
[0087] 进一步作为优选的实施方式，所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定。
[0088] 进一步作为优选的实施方式，所述的气路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、 粉两相输送同步。
[0089] 又，本发明采用的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出料 口、气路控制装置、吸气嘴;所述的装粉螺栓安装在储料筒上;所述的储料筒采用上下两截 结构，同时储料筒密封良好，用于调节送粉装置的送粉量;所述的送粉腔采用前后开盖，送 粉盘、吸气嘴安装在送粉腔的内部;所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定;所述的气 路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、粉两相输送同步，又是本发明一个显著特点。
[0090] 本发明的所述的一种基于SLM激光快速成形的控制系统中的铺粉装置的结构示意 图，如图2所示，所述的铺粉装置包括刮粉板、侧挡板一5、侧挡板二2、底挡板一3、底挡板二 4、悬臂一6、悬臂二1。
[0091]进一步作为优选的实施方式，所述的激光振镜装置包括X轴电机扫描装置、y轴电 机扫描装置。
[0092] 实施实例2
[0093] -种基于SLM激光快速成形的控制系统的工作过程，如图3所示，包括成形装置下 降一个SLM加工件的厚度、送粉装置上升SLM加工件的厚度、刮粉装置刮粉、激光振镜进行 扫描加工、完成SLM零件的激光快速成形加工等以下几个步骤；
[0094] Stepl:成形装置下降一个SLM加工件的厚度；
[0095] Ste: 2:送粉装置上升SLM加工件的厚度；
[0096] Step3:刮粉装置刮粉；
[0097] Step4:激光振镜进行扫描加工；
[0098] Step5:完成SLM零件的激光快速成形加工。
[0099] 实施实例3
[0100] 一种基于SLM激光快速成形的控制系统实现SLM激光快速成形的控制原理图，如图 4所示，包括一种智能化的SLM激光快速成形的控制系统初始化;工控机工作;数据采集模块 工作;传感器工作;判断是否完成SLM激光快速成形的数据采集;运动控卡工作;激光振镜控 制卡工作;判断是否完成SLM激光快速成形的控制;完成SLM激光快速成形的智能化控制等 以下几个步骤；
[0101 ]步骤一:一种基于SLM激光快速成形的控制系统初始化；
[0102] 步骤二:PC机工作；
[0103]步骤三:SLM激光快速成形控制系统工作；
[0104] (1)、步进电机控制卡工作；
[0105] (2)、步进电机驱动器工作；
[0106] 详细地，步进电机驱动器工作，包括以下步骤：
[0107] Stepl:电机驱动器工作；
[0108] Step2:步进电机工作；
[0109] Step3:涡轮蜗杆减速器工作。
[0110]步骤四：SLM激光快速成形装置工作；
[0111] (1)、刮粉装置工作；
[0112] (2)、成形装置工作；
[0113] (3)、送粉装置工作；
[0114] (4)、铺粉装置工作。
[0115]步骤五:激光振镜控制系统工作；
[0116] (1 )、激光振镜控制卡工作；
[0117] (2)、振镜电机驱动器工作；
[0118]步骤六:激光振镜装置工作；
[0119] (l)、x轴电机扫描装置工作；
[0120] (2)、y轴电机扫描装置工作。
[0121 ]步骤七:判断是否完成SLM激光快速成形的控制？
[0122] 情况一:如果没有完成SLM激光快速成形的控制，则执行步骤一，一种基于SLM激光 快速成形的控制系统初始化；
[0123] 情况二:如果完成SLM激光快速成形的控制，则执行步骤八；
[0124] 步骤八:完成SLM激光快速成形的化控制。
[0125] 实施实例4
[0126] 在本发明的一种基于SLM激光快速成形的控制系统中进行3D打印机打印、SLM零件 快速成形加工实例图，如图5所示，3D打印机打印的曲线：当样本容量由10个变为20个时取 样曲线呈高斯函数曲线分布，SLM零件快速成形的曲线也呈也高斯函数曲线分布。
[0127] 由仿真实例图5可以看出，3D打印机打印的曲线呈高斯曲线，SLM零件快速成形的 曲线也高斯曲线，而且SLM零件快速成形的曲线变化较为平稳，满足SLM快速成形的要求。从 图上看虽然SLM零件快速成形的曲线变化较为平稳，但曲线的尺寸精度不明显，因此需要 SLM零件快速成形的曲线的尺寸精度列表分析，如表1所示。
[0128] 表1 3D打印机打印的曲线与SLM零件快速成形的曲线尺寸误差分析
[0129]
[0130]由表1可知，当样本增大到20个时，样本处于稳定状态，其中：
[0131] 1、3 D打印机打印的曲线与S L Μ零件快速成形的曲线对比尺寸精度的最大误差 (mm)：
[0132] 当样本容量为10个时为0.5mm，样本容量为20个时为0.049mm;
[0133] 2、3D打印机打印的曲线与SLM零件快速成形的曲线对比尺寸精度的最小误差：
[0134] 当样本容量为10个时为0.1mm，样本容量为20个时为0.002mm。
[0135] 从仿真曲线轨迹的变化及表1的数据分析可以得出以下结论：
[0136] 1)、SLM零件快速成形过程中，3D打印机打印的曲线与SLM零件快速成形的曲线对 比尺寸精度的最大误差当样本容量逐渐增大时，即由10个变为20个时，最大误差变化不大， 即满足高速加工的要求。
[0137] 2)、SLM零件快速成形过程中，3D打印机打印的曲线与SLM零件快速成形的曲线对 比尺寸精度的最小误差当样本容量逐渐增大时，即由10个变为20个时，最小误差变化逐渐 减小，即满足SLM快速成形在线减小误差的要求。
[0138] 本发明显著的特点：
[0139] 1)、本发明采用的分块化、组合式结构，包括PC机、人机对话装置、SLM激光快速成 形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的PC机，上端 通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置包括触摸 屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉 及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控制及添材 料加工的信息;所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所述的SLM激 光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装置相连，用于 实现激光的扫描运动控制，其结构简单，操作方便。
[0140] 2)、本发明采用的人机对话装置包括触摸屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于 完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添 材料加工的人机对话;所述的打印机，用于Μ纸打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的信息；所述的存储器包括 FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成形的信息。
[0141] 3 )、本发明采用的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱动 器;所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形装置;所述的 步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、涡轮蜗杆减速器，用于完成SLM激光快速成形； 所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振镜电机驱动器;所述的激光振镜控制卡 采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X轴扫描、y轴扫描;所述的振镜电机驱动器包括振镜电 机、电机驱动器、激光器、光路单元;所述的激光器采用光纤激光器;所述的光纤激光器包括 光纤激光器控制柜、光纤激光器控制器、光纤激光器电路部分;所述的光路单元包括扫描 振镜、扩束镜、光纤親合、双面链I吴透镜。
[0142] 4)、本发明采用的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出料 口、气路控制装置、吸气嘴;所述的装粉螺栓安装在储料筒上;所述的储料筒采用上下两截 结构，同时储料筒密封良好，用于调节送粉装置的送粉量;所述的送粉腔采用前后开盖，送 粉盘、吸气嘴安装在送粉腔的内部;所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定;所述的气 路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、粉两相输送同步。
[0143] 5)、本发明实现SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的扫描X轴、y轴 运动智能化的控制，节省了人力，提高了生产效率，能够产生很好的经济效益和社会效益。
[0144] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡等同替换或等效变换变形的 技术方案，均在本发明要求保护范围。本发明的是实施例的许多特征和优点根据该详细描 述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些是实施例的落入其真实精神和范围内的所有 这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本 发明的是实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有 合适修改和等同物。
[0145] 本发明未详细说明部分为本领域工程技术人员公知的技术。
【主权项】
1. 一种基于SLM激光快速成形的控制系统，其特征在于:包括PC机、人机对话装置、SLM 激光快速成形控制系统、SLM激光快速成形装置、激光振镜控制系统、激光振镜装置;所述的 PC机，上端通过RS232与人机对话装置相连，实现人机交互式的对话;所述的人机对话装置 包括触摸屏、打印机、存储器，所述的触摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、y轴运动控制及添材料加工的人机对话;所述的打印机，用 于Μ纸打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、铺粉及激光的激光扫描X轴、 y轴运动控 制及添材料加工的信息；所述的存储器包括FLASH存储器、RAM存储器，用于SLM激光快速成 形的信息;所述的PC机，右端分别与SLM激光快速成形控制系统、激光振镜控制系统相连，所 述的SLM激光快速成形控制系统还与SLM激光快速成形装置相连，用于实现SLM激光快速成 形的智能化刮粉、成形、送粉、铺粉的运动控制;所述的激光振镜控制系统还与激光振镜装 置相连，用于实现激光的扫描运动控制。2. 如权利要求1所述的一种基于SLM激光快速成形的控制系统，其特征在于： (1) 、所述的SLM激光快速成形控制系统包括步进电机控制卡、步进电机驱动器； 所述的步进电机控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形装置； (2) 、所述的步进电机驱动器包括步进电机、电机驱动器、涡轮蜗杆减速器，用于完成 SLM激光快速成形。3. 如权利要求1所述的一种基于SLM激光快速成形的控制系统，其特征在于： 所述的激光振镜控制系统包括激光振镜控制卡、振镜电机驱动器； (1) 、所述的激光振镜控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X轴扫描、y轴扫描； (2) 、所述的振镜电机驱动器包括振镜电机、电机驱动器、激光器、光路单元； 所述的激光器采用光纤激光器； 所述的光纤激光器包括光纤激光器控制柜、光纤激光器控制器、光纤激光器电路部分； 所述的光路单元包括扫描振镜、扩束镜、光纤耦合端、双面镀膜透镜。4. 如权利要求1所述的一种基于SLM激光快速成形的控制系统，其特征在于： 所述的SLM激光快速成形装置包括刮粉装置、成形装置、送粉装置、铺粉装置； (1) 、所述的送粉装置包括装粉螺栓、储料筒、送粉腔、送粉盘、进气口、出料口、气路控 制装置、吸气嘴； 所述的装粉螺栓安装在储料筒上； 所述的储料筒采用上下两截结构，同时储料筒密封良好;用于调节送粉装置的送粉量； 所述的送粉腔采用前后开盖，送粉盘、吸气嘴安装在送粉腔的内部； 所述的吸气嘴，用于保证出料口的出粉稳定； 所述的气路控制装置安装电磁阀，用电磁阀控制气、粉两相输送同步； (2) 、所述的铺粉装置包括刮粉板、侧挡板一、侧挡板二、底挡板一、底挡板二、悬臂一、 悬臂二。5. 如权利要求1所述的一种基于SLM激光快速成形的控制系统，其特征在于： 所述的激光振镜装置包括X轴电机扫描装置、y轴电机扫描装置。
【文档编号】B22F3/105GK205414407SQ201620058769
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】张万军
【申请人】张万军