专利名称：一种粉末材料快速成形系统的制作方法
技术领域：
本发明属于快速制造领域，具体涉及一种粉末材料快速成形系统。
背景技术：
目前粉末材料快速成形技术适用的材料有高分子、陶瓷、金属及复合材料。然而目前采用粉末材料快速成形技术的装置一般都采用单激光单扫描装置，见“一种直接制造金属零件的快速成形系统”(申请号为CN200410061364.
公开日为2005.06.29)。虽然它们能够实现复杂成形工艺，但是它们的成形效率比较低。另外，现有的粉末材料快速成形装置在成形过程中一般都通保护气体，如氮气、氩气等。使用保护性气体存在以下缺点第一是增加了粉末材料快速成形的使用成本；第二是保护气体因残留在成形零件中，影响了成形零件的质量；第三是保护气体可能因为泄露而影响人身安全；第四是保护气体(氩、氦)排放入大气，造成环境污染。
发明内容
针对现有快速成形装置存在的不足，本发明提供了一种粉末材料快速成形系统，该系统可以提高快速成形零件的效率和质量。
本发明提供的一种粉末材料快速成形系统，包括加工空间和激光扫描装置，其中，加工空间由左、右落粉装置、保护镜、辊筒或刮板、工作腔体、工作缸体和工作缸活塞构成；其特征在于该系统至少包括二台激光扫描装置，以及相同数量的保护镜，各激光扫描装置等距分布，所述工作腔体为真空工作腔，与加工空间内的其它部件的连接处保持气密封。
本发明系统采用多激光扫描头，可以提高快速成形零件的效率。同样一个零件，用多扫描装置完成需要的时间比单扫描装置完成的时间要短。本发明系统可以弥补目前粉末材料快速成形装置通保护气体所带来的成本、零件质量、人身安全、环保方面的不足。采用真空成形环境，存在以下优点第一，可以隔离外界气氛对粉末材料成形的影响，也可以消除粉末材料在激光成形过程中所生成气氛的影响，有利于粉末材料快速成形过程中组分的控制；第二，采用真空成形环境，有利于消除球化作用，增加材料的润湿性，改善激光与材料的相互作用，从而有利于粉末材料的快速成形；第三，有利于增加粉末材料的流动性，有利于激光与材料相互作用过程中的脱水和脱气。
综上所述，本发明系统适合快速制造金属零件、陶瓷零件、高分子零件及复合材料零件。
图1为本发明系统的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为多激光器扫描头装置的布局示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明系统由加工空间和两台或两台以上的激光扫描装置构成。其中，加工空间7由左、右落粉装置1、4、保护镜组8、辊筒(或刮板)14、工作腔体9、工作缸体11和工作缸活塞12构成。
激光扫描装置由扫描头和与之相连的激光发生器构成。如图2所示，扫描头2、3、5、6等距分布于工作缸体11的上方。扫描头实现聚焦，激光扫描装置实现粉末材料的选择性激光快速成形。
为使它们的结构紧凑，扫描头的安装尺寸以及扫描场大小按分区扫描场等距方式布置。如示意图3所示，扫描场15为正方形，它被分成四个等分区域A、B、C、D，各区域分别由对应的扫描头2、3、5、6完成扫描。保护镜组8由四个保护镜组成，它们位于扫描头2、3、5、6的激光束出射点的正下方，等距安装，实现分区扫描。由激光扫描头2发射的激光束通过其下方的保护镜对其对应的等分区A进行扫描，同理，激光扫描头3、5、6负责扫描等分区B、C、D。多激光多扫描装置的单个激光扫描装置在计算机控制下扫描，它的两个或多个激光扫描装置在计算机控制下可实现同步扫描。当成形一个零件时，多激光扫描装置中的各个激光扫描装置在计算机控制下同时扫描零件的CAD三维实体切片层的不同部分。当成形多个零件时，多激光扫描装置中的各个激光扫描装置在计算机控制下可以分别扫描不同零件的切片层。
左、右落粉装置1和4内部装有粉末材料，其出粉口与工作腔体9相通。辊筒14位于工作腔体9里面，通过变频器控制的普通电机控制辊筒14沿水平方向作双向运动进行铺粉。从左落粉装置1到右落粉装置4或者右落粉装置4到左落粉装置1每运动一次铺粉一层；激光扫描装置位于左、右落粉装置10和11之间，在工作腔体9的顶部设有保护镜组8。保护镜组8内保护镜的个数与激光扫描装置中激光扫描头的个数相同，并分别位于对应的激光扫描头的正下方。
在工作腔体9的底部设有工作缸体11，其工作缸体11内设有工作缸活塞12，工作缸活塞12由单独的步进电机控制沿竖直方向上下运动。工作腔体9外接真空泵，工作腔体9与加工空间内的其它部件的连接处保持气密封，形成真空工作腔。激光扫描装置发出的激光束通过保护镜组8作用于工作缸活塞12上表面的待加工粉末上。每加工好一层，工作缸活塞12下降一层厚度的距离，图中，10表示已加工的部分工件；13表示多余的粉末材料。
该种装置中的多激光器可以是二氧化碳激光器、YAG激光器、光纤激光器、紫外激光器中的任意一种。如高分子、陶瓷、砂粉末材料的快速成形用二氧化碳激光器，金属粉末材料的快速成形用YAG激光器或光纤激光器。
本发明系统同现有的粉末材料快速成形装置的不同之处在于两个关键部分，其一是改变目前单激光单扫描装置为多激光器多扫描头装置，其二是改变目前通保护气体环境的工作腔体为真空环境工作腔体。
权利要求
1.一种粉末材料快速成形系统，包括加工空间和激光扫描装置，其中，加工空间由左、右落粉装置、保护镜、辊筒或刮板、工作腔体、工作缸体和工作缸活塞构成；其特征在于该系统至少包括二台激光扫描装置，以及相同数量的保护镜，各激光扫描装置等距分布，所述工作腔体为真空工作腔，与加工空间内的其它部件的连接处保持气密封。
全文摘要
本发明公开了一种粉末材料快速成形系统，包括加工空间和激光扫描装置，加工空间由左、右落粉装置、保护镜、辊筒或刮板、工作腔体、工作缸体和工作缸活塞构成；该系统至少包括二台激光扫描装置，以及相同数量的保护镜，各激光扫描装置等距分布，所述工作腔体为真空工作腔，与加工空间内的其它部件的连接处保持气密封。木发明集CAD技术、CNC技术、激光加工、材料科学技术等于一体的高新技术装置。该快速成形装置克服目前粉末材料快速成形装置在质量、成形效率、成本、环保方面的不足，具有两个关键性的创新多激光扫描，在真空环境下实现粉末材料快速成形。该系统可以提高粉末材料快速成形装置的成形质量和效率。
文档编号B23K26/12GK1827283SQ20061001875
公开日2006年9月6日 申请日期2006年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者史玉升, 黄树槐, 陈国清, 章文献 申请人:华中科技大学