一种适用于金属粉末熔化增材制造的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于金属粉末熔化增材制造的系统，属于增材制造设备领域。
【背景技术】
[0002]采用选择性激光恪化(Selective Laser Melting, SLM)技术制造金属零件时，由于金属粉末被快速移动的激光束扫描后立即快速熔化、凝固，所以可以实现直接制造任意复杂的金属零件。
[0003]由于金属粉末的快速熔化和快速凝固会形成较大的温度梯度和热应力，所以易导致金属零件出现局部凸起(起球)、翘曲等缺陷。如果此类缺陷在增材制造过程中不断发生，则会严重影响制件的尺寸精度及致密度。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于金属粉末熔化增材制造的系统，该系统能够实现金属粉末的微区熔化及精加工。
[0005]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，该系统由光纤激光振镜扫描机构和高速磨削头(5)复合而成，
[0007]前述光纤激光振镜扫描机构包括:密闭的工作腔(2)，设置在前述工作腔(2)上方的光纤激光扫描装置(I)，设置在前述工作腔(2)内、在水平方向上同时具有X轴和Y轴且由切片软件控制的XY工作台(4)，安装在前述XY工作台(4)上的双向铺粉装置(3)，以及设置在前述工作腔(2)下方的工作缸(7)，前述工作缸(7)的活塞(9)上安装有模型基板
(10)，双向铺粉装置(3)在模型基板(10)上铺一层金属粉末，光纤激光扫描装置(I)使金属粉末熔化、凝固，活塞(9)带动制件(8)下降一层的距离，双向铺粉装置(3)继续铺粉，进入下一个工作循环；
[0008]前述高速磨削头(5)通过Y轴滑块(6)安装在前述XY工作台(4)的Y轴上，在制件⑶制作若干层后，高速磨削头(5)沿XY工作台⑷的Y轴滑动，同时沿X轴方向做进给运动，对制件(8)进行高速磨削。
[0009]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，前述XY工作台(4)的X轴和Y轴的结构相同，都包括:滚动导轨(401)，与前述滚动导轨(401)平行设置的滚珠丝杆(402)，安装在前述滚动导轨(401)和滚珠丝杆(402)上的滑块(403)，以及驱动前述滚珠丝杆(402)转动的伺服电机(404)。
[0010]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，前述高速磨削头(5)包括:安装在前述Y轴滑块(6)上的高速电机(501)，安装在前述高速电机(501)输出轴上的砂轮主轴(503)，通过法兰(502)安装在前述砂轮主轴(503)末端的砂轮(505)，以及控制前述高速电机(501)分别进行垂直进给运动和垂直角度微调的Z轴控制装置和角度调整机构。
[0011]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，在前述高速磨削头(5)中，砂轮主轴(503)上还安装有动平衡块(504)。
[0012]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，在前述高速磨削头(5)中，砂轮(505)的磨料为立方氮化硼或金刚石，通过电镀的方法将磨粒粘在铝或钢的基板上。
[0013]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，在前述高速磨削头(5)中，Z轴控制装置由伺服电机驱动，并装有精密进给距离测量系统。
[0014]前述的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其特征在于，在前述高速磨削头(5)中，角度调整机构采用手动实现Z轴与水平面的角度调整，调整角度的范围为-5°?+5°。
[0015]本发明的有益之处在于:
[0016](I)将高速磨削头与光纤激光振镜扫描机构复合后，在增材制造的过程中，光纤激光振镜扫描机构对粉床进行扫描，使选区金属熔化，高速磨削头可以消除工件局部的凸起与翘曲，使工件上表面保持平整，有效减少工件表面残留凸峰及塑性变形程度，有助于减少制件表面的粗糙度；
[0017](2)高速磨削头的主轴相对于工件表面倾斜设置，使得磨削范围缩小，可实现无振动、低磨削力加工，对于刚度较低的薄壁工件，工件表层可获得残余压应力，易保证较高的加工精度；
[0018](3)砂轮可以在较高温度场下工作，激光扫描熔化区的温度不会对磨削加工造成影响，所以对于铁合金、镲合金、鹤合金、钛合金、高温合金、高强度合金等难磨材料都能获得良好的加工效果；
[0019](4)高速磨削头具有Z轴控制装置，Z轴控制装置由伺服电机传动并装有精密进给距离测量系统，所以可纠正激光扫描熔化金属的缺陷，提高制件的尺寸精度和致密度，进而扩大了激光扫描熔化金属材料适用范围。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的系统的一个具体实施例的结构示意图；
[0021]图2是图1中的XY工作台的俯视图；
[0022]图3是图1中的高速磨削头的结构示意图。
[0023]图中附图标记的含义:1_光纤激光扫描装置、2-工作腔、3-双向铺粉装置、4-XY工作台、5-高速磨削头、6-Y轴滑块、7-工作缸、8-制件、9-活塞、10-模型基板、401-滚动导轨、402-滚珠丝杆、403-滑块、404-伺服电机、501-高速电机、502-法兰、503-砂轮主轴、504-动平衡块、505-砂轮。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0025]参照图1，本发明的适用于金属粉末熔化增材制造的系统，其由光纤激光振镜扫描机构和高速磨削头5复合而成。
[0026]下面详细介绍光纤激光振镜扫描机构和高速磨削头5的具体结构。
[0027]首先介绍光纤激光振镜扫描机构的结构。
[0028]参照图1，光纤激光振镜扫描机构包括:工作腔2、光纤激光扫描装置1、XY工作台4、双向铺粉装置3和工作缸7，其中，工作腔2是一个密闭的腔体，光纤激光扫描装置I设置在工作腔2的上方，XY工作台4(XY工作台4具有高的运动刚度)和双向铺粉装置3设置在工作腔2内，XY工作台4由切片软件控制并且在水平方向上同时具有X轴和Y轴，双向铺粉装置3安装在XY工作台4上，其在XY工作台4上能够沿X轴方向运动，工作缸7设置在工作腔2的下方，工作缸7的活塞9上安装有模型基板10，双向铺粉装置3在模型基板10上铺一层金属粉末，光纤激光扫描装置I使金属粉末熔化、凝固，活塞9带动制件8下降一层的距离，双向铺粉装置3继续铺粉，进入下一个工作循环。
[0029]参照图2，XY工作台4同时具有X轴和Y轴，其X轴和Y轴的结构相同，都包括:滚动导轨401 (有足够的支承刚性)、滚珠丝杆402、滑块403和伺服电机404，其中，滚珠丝杆402与滚动导轨401平行设置，滑块403 (用于带动整个Y轴移动)安装在滚动导轨401和滚珠丝杆402上，伺服电机404用来驱动滚珠丝杆402转动。由于采用了伺服电机404驱动滚珠丝杆402转动，所以XY工作台4的摩捺阻力较小，可提高滑块403的动态特性。
[0030]接下来介绍高速磨削头5的结构