一种多材料激光选区熔化成型装置与方法与流程

本发明涉及激光选区熔化成型金属零件的快速成型领域，尤其涉及一种多材料激光选区熔化成型装置与方法。

背景技术：

激光选区熔化(SLM)成形技术是增材制造技术的一种，是快速成型技术的最新发展技术。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据三维设计软件设计的数字化零件的三维数据，采用高能激光束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出功能零件。与电子束选区熔化、激光选区烧结等金属增材制造技术相比，激光选区熔化成形技术具有成型精度高、致密度高以及后处理简单的特点，可以直接成型出具有复杂几何空间结构的高精度功能零部件。该技术以结构功能一体化设计、制造周期短、近终形、无模具、无刀具等技术优势成为复杂构件快速制造的先进制造手段，是金属增材制造技术最有发展前景的技术之一。

虽然激光选区熔化技术发展迅速，已开始广泛应用于工业、运输、模具、航空航天以及医疗等领域，但是目前激光选区熔化成型设备每次成型时只能选择一种材料，只能够成型出具有单材料性能的零件产品，这无法满足人们对多种材料一体化零件的直接成型要求，严重限制了激光选区熔化技术的应用范围。另外虽有学者尝试送粉式多材料成型方法，但是会导致原始粉末混合而受到污染，无法重复利用。因此需要研究一种能够在一次成型中可以同时选择两种及两种以上材料，并且可以单独回收原始粉末重新利用，同时能满足异种材料之间良好冶金结合性能的激光选区熔化设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多材料激光选区熔化成型装置与方法。通过两供粉系统交替工作，实现异种材料的激光选区成型。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多材料激光选区熔化成型装置，包括控制系统5、供能系统及成型室16，所述成型室16内包括成型缸14和供粉系统；

所述供粉系统分为第一供粉系统、第二供粉系统；

所述第一供粉系统包括第一粉料缸7、第一铺粉导轨11和第一铺粉臂8；所述第一铺粉臂8安装在第一铺粉导轨11上，并沿其轨迹往复运动；

所述第二供粉系统包括第二粉料缸2、第二铺粉导轨13和第二铺粉臂15；所述第二铺粉臂15安装在第二铺粉导轨13上，并沿其轨迹往复运动；

所述第一铺粉臂8与第二铺粉臂15相互交替工作，用于将与其对应的粉料缸内的粉末平铺在成型缸14的工件6成型区域。

所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分别位于成型缸14相邻的两个侧边；第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13分别位于成型缸14相邻的的另两个侧边；

所述第一铺粉导轨11与第二铺粉导轨13的轴线彼此垂直，第一铺粉臂8与第二铺粉臂15的运行轨迹彼此垂直。

所述第一粉料缸7的长度与成型缸14的宽度相等；第二粉料缸2的长度与成型缸14长度相等；第一粉料缸7的长边线垂直于第二粉料缸2的长边线。

所述成型缸14两个临近第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13的侧边，分别设置有第一粉末回收室12和第二粉末回收室9；它们分别对应回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在铺粉过程中收集剩余的粉末。

所述第一粉末回收室12的长边与成型缸14的短边尺寸相等；所述第二粉末回收室9的长边与成型缸14的长边尺寸相等。

所述第一铺粉臂8沿第一铺粉导轨11上的运动由第一驱动电机10驱动；

所述第二铺粉臂15沿第二铺粉导轨13上的运动由第二驱动电机1驱动。

所述控制系统5和供能系统相邻、并位于成型室16的右侧空余处；

控制系统5用于控制激光器发射激光、关停激光、控制供粉系统的铺粉运动，以及成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降；

供能系统包括激光器4、光纤3和扫描振镜17，激光器4产生的激光通过光纤3传递到扫描振镜17，并照射到成型缸14的工件6成型区域的粉末材料表面。

本发明多材料激光选区熔化成型装置的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：根据待加工工件6的属性要求，将不同材质的粉末分别装入相应的第一粉料缸7和第二粉料缸2内；

步骤二：控制系统5根据待成型的工件6的属性要求，控制第一铺粉臂8处于初始位置，接着第一粉料缸7内粉末上升一个粉层高度，随后第一铺粉臂8在第一驱动电机10的驱动下，沿着第一铺粉导轨13通过第一铺粉刷19将第一粉料缸7内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上，多余的粉末材料则进入第一粉末回收室12内，完成第一粉料缸7的铺粉作业；控制系统5根据工件6成型工艺参数，控制激光器4产生激光束18，同时控制扫描振镜17的扫描速度，开始成型作业；

步骤三：当一层或者一层以上(具体层数根据零件的要求而定)的零件实体成型后，控制系统5控制第二铺粉臂15处于初始位置，接着第二粉料缸2内粉末上升一个粉层高度，随后第二铺粉臂15在第二驱动电机1的驱动下，沿着第二铺粉导轨13通过第二铺粉刷23将第二粉料缸2内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上，多余的粉末材料则进入第二粉末回收室9内，完成第二粉料缸2的铺粉作业；控制系统5根据工件6成型工艺参数，控制激光器4产生激光束18，同时控制扫描振镜17的扫描速度，开始成型作业。

根据待加工工件6各层的工艺要求，循环进行步骤二和步骤三，即可成型出具有多材料属性的工件。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明采用独立的第一与第二供粉系统，可以根据成型零件的属性要求，选择不用的成型材料进行激光选区熔化成型，两个系统同时受到控制系统的控制而独立运行，实现在同一成型缸成型多种材料零件的目的，具有铺粉速度快、成型效率高等优点。

本发明针对每一供粉系统个配备了粉末回收室，可以将对应供粉系统运行中多余的粉末回收起来重新利用，避免了因不同粉末之间混合而造成粉末的污染和浪费。

本发明通过配备独立多材料的供粉系统，实现了材料的快速铺粉与多余材料的回收，实现多种材料的一体成型，突破了激光选区熔化只能成型单一材料的局限，极大的推进了激光选区熔化技术的发展速度及应用领域。

本发明的两个独立供粉系统采用垂直交叉式工作布局，当一个供粉系统工作完成后，铺粉机构返回到初始位置，从而避免了两个供粉系统运行时出现碰撞与干涉问题。

本发明结构简单，造价低廉。

附图说明

图1为本发明多材料激光选区熔化成型装置结构示意图。

图2为图1中A-A剖面结构示意图。

图3为图1中B-B剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至3所示。本发明公开了一种多材料激光选区熔化成型装置，包括控制系统5、供能系统及成型室16，所述成型室16内包括成型缸14和供粉系统；所述供粉系统分为第一供粉系统、第二供粉系统；

所述第一供粉系统包括第一粉料缸7、第一铺粉导轨11和第一铺粉臂8；所述第一铺粉臂8安装在第一铺粉导轨11上，并沿其轨迹往复运动；

所述第二供粉系统包括第二粉料缸2、第二铺粉导轨13和第二铺粉臂15；所述第二铺粉臂15安装在第二铺粉导轨13上，并沿其轨迹往复运动；

所述第一铺粉臂8与第二铺粉臂15相互交替工作，用于将与其对应的粉料缸内的粉末平铺在成型缸14的工件6成型区域。

所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分别位于成型缸14相邻的两个侧边；第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13分别位于成型缸14相邻的的另两个侧边；

所述第一铺粉导轨11与第二铺粉导轨13的轴线彼此垂直，第一铺粉臂8与第二铺粉臂15的运行轨迹彼此垂直。

所述第一粉料缸7的长度与成型缸14的宽度相等；第二粉料缸2的长度与成型缸14长度相等；第一粉料缸7的长边线垂直于第二粉料缸2的长边线。

所述成型缸14两个临近第一铺粉导轨11和第二铺粉导轨13的侧边，分别设置有第一粉末回收室12和第二粉末回收室9；它们分别对应回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在铺粉过程中剩余的粉末。

所述第一粉末回收室12的长边与成型缸14的短边尺寸相等；所述第二粉末回收室9的长边与成型缸14的长边尺寸相等。

所述第一铺粉臂8沿第一铺粉导轨11上的运动由第一驱动电机10驱动；

所述第二铺粉臂15沿第二铺粉导轨13上的运动由第二驱动电机1驱动。

所述控制系统5和供能系统相邻、并位于成型室16的右侧空余处；不仅节省空间并利用散热，而且可以放止电器干扰。

控制系统5用于控制激光器发射激光、关停激光、控制供粉系统的铺粉运动，以及成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降；

供能系统包括激光器4、光纤3和扫描振镜17，激光器4产生的激光通过光纤3传递到扫描振镜17，并照射到成型缸14的工件6成型区域的粉末材料表面。

激光器4和控制系统5与成型室16通过2mm厚不锈钢板隔离，且激光器4与控制系统5之间保留5cm的缝隙用于散热，激光器4与控制系统5之间通过控制信号线相连通。

本发明多材料激光选区熔化成型装置的运行方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：根据待加工工件6的属性要求，将不同材质的粉末分别装入相应的第一粉料缸7和第二粉料缸2内；

步骤二：控制系统5根据待成型的工件6的属性要求，控制第一铺粉臂8处于初始位置，接着第一粉料缸7内粉末上升一个粉层高度，随后第一铺粉臂8在第一驱动电机10的驱动下，沿着第一铺粉导轨13通过第一铺粉刷19将第一粉料缸7内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上，多余的粉末材料则进入第一粉末回收室12内，完成第一粉料缸7的铺粉作业；控制系统5根据工件6成型工艺参数，控制激光器4产生激光束18，同时控制扫描振镜17的扫描速度，开始成型作业；

步骤三：当一层或者一层以上(具体层数根据零件的要求而定)的零件实体成型后，控制系统5控制第二铺粉臂15处于初始位置，接着第二粉料缸2内粉末上升一个粉层高度，随后第二铺粉臂15在第二驱动电机1的驱动下，沿着第二铺粉导轨13通过第二铺粉刷23将第二粉料缸2内的粉末平铺到成型缸14的成型区域上，多余的粉末材料则进入第二粉末回收室9内，完成第二粉料缸2的铺粉作业；控制系统5根据工件6成型工艺参数，控制激光器4产生激光束18，同时控制扫描振镜17的扫描速度，开始成型作业。

根据待加工工件6各层的工艺要求，循环进行步骤二和步骤三，即可成型出具有多材料属性的工件。

第一铺粉刷19和第二铺粉刷23为激光切割的间距为1mm的梳子形状，材料为厚度是0.05mm的316L不锈钢薄片。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。