一种金属件三维激光打印成形设备的制作方法
【专利摘要】一种金属件三维激光打印成形设备，采用光纤激光器做使能装置，送粉喷头和激光器同轴集成，并直接安装在五轴运动机构的执行端。可以实现金属件的直接三维打印，并通过五轴运动机构控制喷头的角度，在不使用支撑材料的条件下，完成复杂结构的精密金属件直接三维打印成形。
【专利说明】一种金属件三维激光打印成形设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种金属件三维激光打印成形设备，尤其涉及对复杂金属零件的快速高精度制造和修复。
【背景技术】
[0002]早期的3D打印工艺一般以光敏树脂、尼龙、石蜡、纸箔等有机材料为主要原料，所制造的零件虽可用作产品原型和低负载构件，但无法满足制造业对零件机械性能的较高要求。金属零件激光三维打印技术技术特色鲜明、成形效率高，除了对航空、航天、汽车、国防装备等领域内的高精度复杂零件的快速制造及修复之外，该技术在快速模具制造、梯度功能材料设计与开发、薄壁零件制造等领域也展现出广阔应用前景，为传统铸造、锻压甚至机械加工等方法难以加工的高加工硬化率金属、难熔金属、金属间化合物等材料的成形提供了新的方法和设备，并使加工时间和成本显著降低，缩短新产品的研发周期，顺应了现代制造业快速化、个性化、柔性化发展需求。但是，传统的金属件激光三维打印技术多使用体积较大的二氧化碳激光器，采用工作台三维运动的形式来实现，这种设备体积庞大，对于复杂金属零件成形困难，并且需要打印支撑材料作为辅助，成形过程复杂。
【发明内容】
[0003]为了突破传统金属件激光三维打印技术成型过程中需要支撑材料，难以实现复杂金属零件的三维打印直接成形等问题，本发明提供一种金属件三维打印成形设备，可以进行纵向、斜面以及横向打印，在无支撑材料辅助下直接成形复杂精密金属零件。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:利用送粉装置将金属粉末传送至粉末喷头处，粉末喷头由同轴的倒锥形送粉通道、保护气通道、激光通道以及水冷通道组成，粉末在气流的带动下喷射出并汇聚一点，通过激光束对该汇聚点进行加热熔融，实现金属的液化并沉积到基体表面。通过逐层的熔融沉积，最终得到三维的金属零件。本设备由五轴运动系统、激光器、送粉装置和粉末喷头组成，其采用光纤激光器做使能装置，粉末喷头和激光器同轴集成，并直接安装在五轴运动系统的执行端。激光器安装在五轴联动的运动系统中，可以实现粉末喷头和激光器的多角度和多方向打印，实现侧向和斜向打印，打印过程中无需支撑材料，可以直接成形复杂零件。
[0005]本发明的有益效果是，通过光纤激光器和粉末喷头同轴设计，并直接安装在五轴运动执行端，可以控制激光束和粉末喷头的角度和运动方向，在无支撑材料辅助下直接三维打印出复杂、精密、性能良好的金属零件。
[0006]【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0008]图1是本发明的整机结构图。
[0009]图2是本发明的运动和执行端结构图。
[0010]图3是本发明的激光器与粉末喷头同轴机构。[0011]图中1.设备外罩，2.送粉装置,3.控制系统，4.五轴运动机构,5.激光器和粉末喷头同轴机构，6.打印平台，7.Z轴运动机构，8.X轴运动机构，9.Y轴运动机构，10.旋转运动机构，11.摆动机构，12.光纤激光器,13.粉末喷头。
[0012]【具体实施方式】
[0013]在图1中，金属件三维激光打印成形的设备由设备外罩(I)、送粉装置(2)、控制系统(3)、五轴运动机构(4)、激光器和粉末喷头同轴机构(5)以及打印平台(6)组成。金属粉末材料装入送粉装置(2 )中，粉末经送粉装置传送到激光器和粉末喷头同轴机构(5 )，激光器和粉末喷头同轴机构(5)在五轴运动机构(4)的驱动下同步运动，粉末经过粉末喷头喷射到基体表面并聚焦，在激光能量下熔融沉积在基体表面。
[0014]在图2中，由Z轴运动机构(7)、X轴运动机构(8)和Y轴运动机构(9)可以实现执行端进行水平和竖直方向的运动，通过旋转运动机构(10)的旋转和摆动机构(11)将粉末喷头摆动可改变粉末喷头的角度和方向。从而实现粉末喷头的多角度倾斜，进而可进行横向打印和斜面打印。
[0015]在图3中，光纤激光器(12)和粉末喷头(13)同轴安装，光纤激光器发出的激光经过粉末喷头的中心轴透射出去，与喷头喷射出的金属粉末聚焦点重合，从而熔融金属粉末。
[0016]以上是对一种金属件三维激光打印成形设备的具体说明，本发明针对复杂的精密金属件的三维打印成形有极大的优势，可快速得到高性能的金属件，具有重大的意义。
【权利要求】
1.一种金属件三维激光打印成形设备，由五轴运动系统、激光器、送粉装置和粉末喷头组成，其特征是:采用光纤激光器做使能机构，粉末喷头和激光器同轴集成，并直接安装在运动系统的执彳丁端。
2.根据权利要求1所述的金属件三维激光打印成形设备，其特征在于:粉末喷头由同轴的倒锥形送粉通道、保护气通道、激光通道以及水冷通道组成。
3.根据权利要求1所述的金属件三维激光打印成形设备，其特征在于:采用五轴联动的运动系统控制粉末喷头的角度和运动方向。
【文档编号】B22F3/115GK203437643SQ201320181544
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】单忠德, 刘丰, 徐先宜, 张振, 庄百亮, 王江南 申请人:机械科学研究总院江苏分院, 机械科学研究总院先进制造技术研究中心