环形/框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置

本实用新型属于先进制造技术领域，更具体地，涉及环形/框形金属零件的高效率高精度slm成形装置。

背景技术：

激光选区熔化(slm)是近年发展最快的激光增材制造技术之一，在航空航天、核电、化工等关键领域具有广泛应用。在这些领域的各类型号装置中，普遍存在着数量众多且对服役性能起着重要作用的大尺寸环形/框形金属零部件(如图1所示)。当采用常规的slm装置成形此类零部件时，由于成形缸通常为方柱形或圆柱形，故需要大量的冗余粉末填充成形缸，导致粉末原料成本极高，且冗余粉末回收时的工作量极大、易造成污染。

针对上述问题，本实用新型的实用新型人于2019年提出了一种大尺寸环形/框形金属件的slm成形装置(cn110538995a)，该装置的成形缸为环形/框形，与待成形环形/框形金属件的内外轮廓相适应，基板同样为环形/框形，布置在成形缸内部，振镜阵列位于成形缸上方，包括多个振镜系统，相应的扫描区域覆盖成形缸上表面，该装置可大幅减少slm成形环形/框形金属件的粉末用量，降低成形成本。同时该装置提出采用高功率(最高10000w)、大光斑(最大10mm)激光束成形大尺寸环形/框型零部件，相对于现有的slm成形装置而言，可提升零部件的成形效率。

然而，实用新型人在进一步实践中发现，高功率、大光斑激光束的引入虽然可以大幅提升零部件的成形效率，但也带来了零件表面粗糙度升高和尺寸精度下降的新问题。因此，开发一种能够兼顾成形精度和成形效率的大尺寸环形/框形金属零件的slm成形装置，已成为当务之急。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了大尺寸环形/框形金属零件的高效率高精度slm成形装置，其目的在于大幅提升大尺寸环形/框形金属零件的slm成形精度与成形效率。

为实现上述目的，本实用新型提出了大尺寸环形/框形金属零件的高效率高精度slm成形装置，其包括环形/框形的成形缸、环形/框形的基板和扫描加工阵列，其中：

基板布置在成形缸内，扫描加工阵列位于成形缸上方，该扫描加工阵列包括多个扫描加工单元，多个扫描加工单元的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面，或通过多个扫描加工单元的移动使得它们的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面；

扫描加工单元用于同时或交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束，以利用高功率、大光斑激光束实现高效率slm成形，利用中/低功率、中/小光斑激光束实现高精度slm成形，进而实现大尺寸环形/框形金属零件的高效率和高精度slm成形。

作为进一步优选的，扫描加工单元包含一套交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的扫描振镜系统。

作为进一步优选的，扫描加工单元包含两套扫描振镜系统，分别用于输出高功率、大光斑激光束和中/低功率、中/小光斑激光束，从而实现高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的同时或交替输出。

作为进一步优选的，扫描振镜系统为二轴振镜与f-theta聚焦镜的组合，或者是动态聚焦振镜。

作为进一步优选的，高功率、大光斑激光束的功率＞1000w，光斑直径＞200μm。

作为进一步优选的，高功率、大光斑激光束的功率为2000w～6000w，光斑直径为500μm～1000μm。

作为进一步优选的，低功率、小光斑激光束的功率＜500w，光斑直径＜100μm；中功率、中光斑激光束的功率为500w～1000w，光斑直径100μm～200μm。

作为进一步优选的，成形缸的内侧缸壁与金属零件激光熔覆层的内轮廓的间距为0.1mm-150mm；成形缸的外侧缸壁与金属件激光熔覆层的外轮廓的间距为0.1mm-150mm。

作为进一步优选的，slm成形装置还包括工作台，成形缸嵌装在工作台内。

作为进一步优选的，扫描加工单元输出的激光束的焦点位于成形缸的上表面。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本实用新型通过设置同时或交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的扫描加工单元，可在确保大尺寸环形/框形金属件成形效率的前提下，大幅提升成形精度；具体地说，高功率、大光斑激光束用于成形尺寸精度及表面粗糙度要求较低、允许后续机加工，且可以采用高功率、大光斑激光束成形的区域，可实现相应区域的高效率slm成形；中/低功率、中/小光斑激光束用于成形尺寸精度或表面粗糙度要求较高，难以后续机加工，或者无法采用高功率、大光斑激光束成形的区域，可实现相应区域的高精度slm成形。

2、本实用新型所提出的扫描加工单元结构灵活，既可采用单套扫描振镜系统，又可采用两套扫描振镜系统；扫描振镜系统既可是二轴振镜与f-theta聚焦镜的组合，又可是动态聚焦振镜模块，灵活的结构组成可更好地满足不同应用背景/成本需求的客户。

3、本实用新型还对激光束的功率与光斑直径、成形缸缸壁与金属件激光熔覆层轮廓的间距、扫描加工单元激光束聚焦位置等重要参数进行了研究和设计，获得了优选参数，能够进一步发挥slm装置在大尺寸环形/框形零件的高效率、高精度slm成形方面的技术优势。

4、本实用新型通过灵活控制扫描加工单元的数量，或者使扫描加工单元在成形缸上方移动，可进一步提升大尺寸环形/框形零件的成形效率和成形幅面。

5、本实用新型通过设计与大尺寸环形/框形金属件外形相适应的环形/框形成形缸和环形/框形基板，使金属件激光熔覆层在slm成形过程中尽可能多地占据成形缸和基板所包围区域，从而大幅降低冗余粉末填充量，实现原料成本的显著下降，并避免大量冗余粉末回收时所带来的高强度劳动和环境污染风险。

附图说明

图1为大尺寸环形/框形零件的外形结构简化示意图，其中(a)为环形零件，(b)为框形零件；

图2为本实用新型实施例1提供的大尺寸环形金属件的slm成形装置的结构示意图；

图3为图2的a-a向剖视图；

图4为本实用新型实施例2提供的大尺寸环形金属件的slm成形装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例3提供的大尺寸环形金属件的slm成形装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例4提供的大尺寸框形金属件的slm成形装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例5提供的大尺寸框形金属件的slm成形装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例6提供的大尺寸框形金属件的slm成形装置的结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-工作台，2-成形缸，3-基板，4-扫描加工单元，5-扫描振镜系统，6-金属件激光熔覆层，21-外侧缸壁，22-内侧缸壁。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种大尺寸环形/框形(环形或框形)金属零件的高效率高精度slm成形装置，其在大幅节约粉末成本的前提下可实现大尺寸环形/框形金属件的高效率、高精度slm成形。该成形装置包括环形/框形(环形或框形)的成形缸2、环形/框形(环形或框形)的基板3和扫描加工阵列，其中，成形缸的尺寸与待成形的大尺寸环形/框形零件轮廓相适应，同样基板3的尺寸也与待成形的大尺寸环形/框形零件轮廓相适应。通过上述形状的成形缸配合基板，利用扫描加工阵列进行扫描加工即可实现环形/框形金属零件的slm加工。

具体的，基板3布置在成形缸2内，扫描加工阵列位于成形缸2上方，其包括多个扫描加工单元4，多个扫描加工单元4的有效扫场之和覆盖成形缸2的上表面，或通过多个扫描加工单元4的移动使得它们的有效扫场之和覆盖成形缸2的上表面；扫描加工单元4可同时或交替的输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束(即中功率中光斑激光束或者低功率小光斑激光束)，以利用高功率、大光斑激光束实现高效率slm成形，利用中/低功率、中/小光斑激光束实现高精度slm成形。本实用新型通过设置可同时或交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的扫描加工单元，可充分利用高功率、大光斑激光束的高效率成形优势，以及中/低功率、中/小光斑激光束的高精度成形优势，进而实现大尺寸环形/框形金属零件的高效率和高精度slm成形，以此有效解决现有大尺寸环形/框形金属零件在成形效率提升的同时，却带来零件表面粗糙度升高和尺寸精度下降的问题，实现了成形效率和成形精度的有效兼顾。

进一步的，扫描加工单元4包含一套扫描振镜系统5，该扫描振镜系统5可交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束，以此通过一套扫描振镜系统即可实现高效率slm成形和高精度slm成形。

更进一步的，扫描加工单元4包含两套扫描振镜系统5，其中一套扫描振镜系统5用于输出高功率、大光斑激光束，另一套扫描振镜系统5用于中/低功率、中/小光斑激光束，以此通过两套扫描振镜系统5的配合，实现高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的同时或交替输出，进而实现高效率slm成形和高精度slm成形的配合。更具体的，扫描振镜系统5为二轴振镜与f-theta聚焦镜的组合，或者是动态聚焦振镜。

具体的，高功率、大光斑激光束可以用于加工对成形精度无具体要求或允许后续机加工的，且可以采用高功率、大光斑激光加工的区域，以实现该区域的高效率slm成形。中/低功率、中/小光斑激光束可以用于成形难以采用高功率激光加工的区域(如尺寸精度或表面粗糙度要求高的区域、不允许后续机加工的区域、壁厚小于中/高功率激光束光斑直径的区域等)，以实现该区域的高精度slm成形。

更为具体的，为了更好地提升大尺寸环形/框形金属件的slm成形质量，本实用新型对激光束功率、光斑直径等重要工艺参数进行了研究与设计，具体的，低功率、小光斑激光束的功率＜500w，光斑直径＜100μm；中功率、中光斑激光束的功率为500w～1000w，光斑直径100μm～200μm；高功率、大光斑激光束的功率＞1000w，优选为2000w-10000w，进一步优选为2000w～6000w，光斑直径＞200μm，优选为500μm～1000μm。本实用新型通过上述工艺的中/低功率、中/小光斑激光束结合高功率、大光斑激光束，可有效利用中/低功率激光束的高精度成形优势及高功率激光束的高效率成形优势，实现兼顾成形效率和成形精度的slm成形，同时还可以减弱熔滴飞溅与熔体堆高现象，抑制高功率激光slm成形时不充分熔合、大颗粒夹杂等内部冶金缺陷的形成，此外，还可以保证高功率激光作用区域边缘金属粉末的充分熔化，使得高功率激光成形区域和中/低功率激光成形区域之间形成紧密的冶金结合。

如图3所示，成形缸2包括同轴设置的外侧缸壁21和内侧缸壁22，成形缸外壁21位于大尺寸环形或框形金属件沉积层外轮廓的外侧，成形缸内壁22位于大尺寸环形或框形金属件沉积层内轮廓的内侧，在成形缸2的内部布置环形或框形的基板3，该基板3作为金属沉积的底板，待沉积的金属粉末沉积在该基板上，通过基板的上下运动可实现沉积层的上下运动。

为了进一步提升成形质量，更好地利用激光能量，本实用新型扫描加工单元4输出的激光束的焦点位于成形缸2上表面。

为了最大限度地降低冗余粉末用量，成形缸2的内侧缸壁22与金属零件激光熔覆层6的内轮廓的间距设计为0.1mm-150mm，优选为1mm-20mm，外侧缸壁21与金属件激光熔覆层6的外轮廓的间距设计为0.1mm-150mm，优选为1mm-20mm。为了便于成形缸的安装，本实用新型的slm成形装置还包括工作台1，成形缸2嵌装在工作台1内。

以下为本实用新型的具体实施例：

实施例1

如图2和图3所示，本实用新型提供了一种外径1000mm、最大壁厚15mm的in718镍基高温合金航空发动机环形舱段的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为环形，且与环形舱段的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为5mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为5mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/8(即1/8个圆环)；通过4个扫描加工单元4沿圆环周向运动1/8个圆环，能够使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含两套扫描振镜系统5，两套扫描振镜系统5具体都是二轴扫描振镜与f-theta聚焦镜的组合；其中，一套扫描振镜系统5外接高功率(6000w)激光源，另一套扫描振镜系统5外接低功率(200w)激光源，从而可同时或交替地输出高功率(1000-6000w)、大光斑(>200μm)激光束与低功率(不超过200w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为4000w、光斑直径为500μm，调整低功率激光束的输出功率为180w、光斑直径为80μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定环形舱段的高精度成形区域和高效率成形区域，其中，高精度成形的区域为舱段装配区，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对环形舱段的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层6的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4按照预设扫描路径对当前扫场所覆盖的金属粉末层进行slm成形；其中，采用输出功率为4000w、光斑直径为500μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为180w、光斑直径为80μm的低功率小光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域；

第5步：完成当前扫场内的slm成形后，4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4分别沿环形的周向移动1/8个圆环，并按照第4步的方式，对剩余金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第6步：重复第3-5步，直至完成in718镍基高温合金航空发动机环形舱段的高效率、高精度slm成形。

实施例2

如图4所示，本实用新型提供了一种外径1200mm、最大壁厚20mm的in625镍基高温合金航空发动机环形舱段的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为环形，且与环形舱段的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为8mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为8mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含8个呈环形均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/8(即1/8个圆环)，从而使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含一套扫描振镜系统5，扫描振镜系统5具体都是动态聚焦振镜模块，其交替性地外接高功率(8000w)激光源和中功率(600w)激光源，从而可同时或交替地输出高功率(1000-8000w)、大光斑(>200μm)激光束与中/低功率(不超过600w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为6000w、光斑直径为800μm，调整中/低功率激光束的输出功率为550w、光斑直径为150μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定环形舱段的高精度成形区域和高效率成形区域，其中，高精度成形的区域为舱段装配区，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对环形舱段的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：8个呈环形均匀排布的扫描加工单元4同时对金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形；其中，采用输出功率为6000w、光斑直径为800μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为550w、光斑直径为150μm的中功率中光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第5步：重复第3-4步，直至完成in625镍基高温合金航空发动机环形舱段的高效率、高精度slm成形。

实施例3

如图5所示，本实用新型提供了一种外径900mm、最大壁厚10mm的6xxx系高强铝合金环形导弹壳体的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为环形，且与环形舱段的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为15mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为15mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/8(即1/8个圆环)；通过4个扫描加工单元4沿圆环周向运动1/8个圆环，能够使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含一套扫描振镜系统5；扫描振镜系统5具体为二轴扫描振镜与f-theta聚焦镜的组合，其交替地外接高功率(10000w)激光源和中功率(900w)激光源，从而可交替地输出高功率(1000-10000w)、大光斑(>200μm)激光束与中/低功率(不超过900w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为8000w、光斑直径为1000μm，调整中/低功率激光束的输出功率为850w、光斑直径为180μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定环形导弹壳体的高精度成形区域和高效率成形区域；其中，高精度成形的区域为壳体头部，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对环形导弹壳体的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层6的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4按照预设扫描路径对当前扫场所覆盖的金属粉末层进行slm成形；其中，采用输出功率为8000w、光斑直径为1000μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为850w、光斑直径为180μm的中功率中光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域；

第5步：完成当前扫场内的slm成形后，4个呈环形均匀排布的扫描加工单元4分别沿环形的周向移动1/8个圆环，并按照第4步的方式，对剩余金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第6步：重复第3-5步，直至完成6xxx系高强铝合金环形导弹壳体的高效率、高精度slm成形。

实施例4

如图6所示，本实用新型提供了一种边框长度1000mm、最大壁厚40mm的tc4钛合金正方形飞机支撑框的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为正方框形，且与正方形飞机支撑框的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为5mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为5mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含4个沿正方形边框均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/2个边框；通过4个扫描加工单元4沿边框周向运动1/2个边框长度，能够使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含两套扫描振镜系统5；两套扫描振镜系统5具体都是二轴扫描振镜与f-theta聚焦镜的组合；其中，一套扫描振镜系统5外接高功率(6000w)激光源，另一套扫描振镜系统5外接低功率(200w)激光源，从而可同时或交替地输出高功率(1000-6000w)、大光斑(>200μm)激光束与低功率(不超过200w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为4000w、光斑直径为500μm，调整低功率激光束的输出功率为180w、光斑直径为80μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定正方形飞机支撑框的高精度成形区域和高效率成形区域；其中，高精度成形的区域为支撑框装配区，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对正方形飞机支撑框的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层6的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：4个沿方框边框均匀排布的扫描加工单元4按照预设扫描路径对当前扫场所覆盖的金属粉末层进行slm成形；其中，采用输出功率为4000w、光斑直径为500μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为180w、光斑直径为80μm的低功率小光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域；

第5步：完成当前扫场内的slm成形后，4个沿方框边框均匀排布的扫描加工单元4分别沿边框周向运动1/2个边框长度，并按照第4步的方式，对剩余金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第6步：重复第3-5步，直至完成tc4钛合金正方形飞机支撑框的高效率、高精度slm成形。

实施例5

如图7所示，本实用新型提供了一种边框长度1200mm、最大壁厚45mm的ta15钛合金正方形飞机支撑框的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为正方框形，且与正方形飞机支撑框的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为8mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为8mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含8个沿正方形边框均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/2个边框，从而使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含两套扫描振镜系统5；两套扫描振镜系统5具体都是动态聚焦振镜模块；其中一套扫描振镜系统5外接高功率(8000w)激光源，另一套扫描振镜系统5外接中功率(600w)激光源，从而可同时或交替地输出高功率(1000-8000w)、大光斑(>200μm)激光束与中/低功率(不超过600w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为6000w、光斑直径为800μm，调整中/低功率激光束的输出功率为550w、光斑直径为150μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定正方形飞机支撑框的高精度成形区域和高效率成形区域；其中，高精度成形的区域为支撑框装配区，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对正方形飞机支撑框的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层6的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：8个沿正方形边框均匀排布的扫描加工单元4同时对金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形；其中，采用输出功率为6000w、光斑直径为800μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为550w、光斑直径为150μm的中功率中光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第5步：重复第3-4步，直至完成ta15钛合金正方形飞机支撑框的高效率、高精度slm成形。

实施例6

如图8所示，本实用新型提供了一种边框长度1200mm、最大壁厚45mm的的ta7钛合金正方形飞机支撑框的slm成形装置，包含工作台1、成形缸2、基板3、扫描加工阵列，其中：

成形缸2和基板3位于工作台1中心，两者均为正方框形，且与正方形飞机支撑框的外形轮廓相适应；slm成形时，成形缸2的外侧缸壁21位于金属件激光熔覆层6外轮廓的外侧，两者距离s1为15mm，成形缸2的内侧缸壁22位于金属件激光熔覆层6内轮廓的内侧，两者距离s2为15mm；

扫描加工阵列位于工作台1上方，包含8个沿正方形边框均匀排布的扫描加工单元4；每个扫描加工单元4的扫场均覆盖成形缸2的1/2个边框，从而使它们的扫场之和覆盖成形缸2上表面；

每个扫描加工单元4均包含一套扫描振镜系统5；该扫描振镜系统5具体是二轴扫描振镜与f-theta聚焦镜的组合，并交替地外接高功率(10000w)激光源和中功率(900w)激光源，从而可交替地输出高功率(1000-10000w)、大光斑(>200μm)激光束与中/低功率(不超过900w)、中/小光斑(≤200μm)激光束。

为提升成形质量，调整扫描加工单元4与成形缸2上表面的距离h1，使扫描加工单元4的激光焦点恰好位于成形缸2上表面。同时，调整高功率激光束的输出功率为8000w、光斑直径为1000μm，调整中/低功率激光束的输出功率为850w、光斑直径为180μm。

该装置成形过程如下：

第1步：确定正方形飞机支撑框的高精度成形区域和高效率成形区域；其中，高精度成形的区域为支撑框装配区，其余区域为高效率成形区域；

第2步：对正方形飞机支撑框的数模切片处理，形成各金属件激光熔覆层6的激光扫描路径；

第3步：在成形缸2上表面铺设一层金属粉末；

第4步：8个沿正方形边框均匀排布的扫描加工单元4同时对金属粉末层进行slm成形，直至完成第一层金属粉末的slm成形；其中，采用输出功率为8000w、光斑直径为1000μm的高功率大光斑激光束成形当前扫场内的高效率成形区域；采用输出功率为850w、光斑直径为180μm的中功率中光斑激光束成形当前扫场内的高精度成形区域，使基板下降，下降高度为切片层厚度；

第5步：重复第3-4步，直至完成ta7钛合金正方形飞机支撑框的高效率、高精度slm成形。

总之，本实用新型能够有效兼顾成形效率和成形精度，可实现大尺寸环形/框形金属件(一般指外径不小于250mm、最大壁厚不大于30mm的环形金属件；以及边框最大长度不小于250mm、最大壁厚不大于30mm的框形金属件)的高效率、高精度、高粉末利用率的slm成形。

以上所述仅为本实用新型的较佳实例，基于本实用新型的思路还可设计多种兼顾成形效率与加工精度的大尺寸环形/框形金属件的slm装备及方法。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。