一种激光增材制造装备及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107570706A(43)申请公布日2018.01.12(21)申请号201711025216.3(22)申请日2017.10.27(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人曾晓雁魏恺文李祥友朱海红王泽敏(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人曹葆青李智(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B33Y10/00(2015.01)B33Y30/00(2015.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种激光增材制造装备及方法(57)摘要本发明公开了一种激光增材制造装备及其方法，该装备包含成形舱体、工作平台、基板、扫描振镜组件、粉末预置组件、气氛调控组件、升降组件和中央控制系统。应用该装备成形金属构件时，扫描振镜组件不仅用于在位置固定的基板上方逐层选区熔化金属构件切片层，还用于在基板上方逐层选区熔化与金属构件切片轮廓相适应、可容纳金属粉末床的闭合薄壁。本发明具有成形空间灵活可调、粉末利用率高的优点，能够实现各种尺寸与形状金属构件的高质量、低成本增材制造。CN107570706ACN107570706A权利要求书1/1页1.一种激光增材制造装备，其特征在于，该装备包含成形舱体、工作平台、基板、扫描振镜组件、粉末预置组件、气氛调控组件、升降组件和中央控制系统；所述工作平台位于成形舱体下部，基板固定安装于工作平台表面；所述扫描振镜组件含有一台或数台扫描振镜，每台扫描振镜均通过连接光路与激光源连接；扫描振镜组件不仅用于逐层沉积金属构件，还用于逐层沉积形状与金属构件相适应、可容纳金属粉末床的随形缸体；所述粉末预置组件包含一个或两个储粉斗、一套铺粉器、一套水平移动机构；铺粉器用于接收储粉斗提供的金属粉末，并在水平移动机构带动下于基板和随形缸体所围区域上方预置金属粉末层；所述气氛调控组件用于在金属构件成形过程中向成形舱体提供保护气体，并清除激光辐照产生的金属烟尘；所述升降组件用于带动扫描振镜、铺粉器和储粉斗沿金属构件高度方向做同步或独立的往复运动；所述中央控制系统用于处理金属构件CAD模型，生成各切片层的轮廓信息和激光扫描轨迹；根据金属构件的CAD模型，生成随形缸体的CAD模型、切片数据与激光扫描轨迹，并驱动装备各部分的运行。2.根据权利要求1所述的激光增材制造装备，其特征在于，所述升降组件包括至少三个移动机构，所述移动机构由丝杆、滑轨或机器人手臂构成。3.根据权利要求1或2所述的激光增材制造装备，其特征在于，所述随形缸体的CAD模型与切片数据满足以下条件：1)随形缸体的切片层数与金属构件相同；2)随形缸体的每一个切片层均为闭合薄壁，闭合薄壁将金属构件相应的切片层包围，且尽量与后者贴合；3)前续闭合薄壁在基板表面的垂直投影可将后续闭合薄壁包围，或与后续闭合薄壁重合。4.一种激光增材制造方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)处理金属构件CAD模型，生成各切片层的轮廓信息和激光扫描轨迹；根据金属构件的CAD模型，生成随形缸体的CAD模型、切片数据与激光扫描轨迹；所述随形缸体的CAD模型与切片数据满足以下条件：1)随形缸体的切片层数与金属构件相同；2)随形缸体的每一个切片层均为闭合薄壁，闭合薄壁将金属构件相应的切片层包围，且尽量与后者贴合；3)前续闭合薄壁在基板表面的垂直投影可将后续闭合薄壁包围，或与后续闭合薄壁重合；(2)在成形舱体内部建立保护性、无粉尘或少粉尘气氛，并在基板表面预置金属粉末层；(3)扫描振镜组件选区熔化金属粉末层，获得闭合薄壁；(4)扫描振镜组件选区熔化闭合薄壁所包围的金属粉末层，获得金属构件熔覆层；(5)将扫描振镜组件、储粉斗和铺粉器沿金属构件高度方向上升预设的高度，并在闭合薄壁及其所包围区域上方重新预置金属粉末层；(6)重复第(3)步～第(5)步，直至完成所有闭合薄壁和金属构件切片层的激光选区熔化，实现随形缸体与金属构件的成形。2CN107570706A说明书1/5页一种激光增材制造装备及方法技术领域[0001]本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种可成形复杂金属构件，且成形空间灵活可调、成形质量优良的低成本激光增材制造装备及方法。背景技术[0002]激光增材制造技术有望实现金属构件的结构功能一体化加工，是先进制造行业的研究热点。根据工艺特征的不同，目前常用的激光增材制造技术可分为激光熔覆沉积与激光选区熔化两种类型。[0003]激光熔覆沉积技术的工艺原理可概括为：1)激光头在数控机床控制下，按照预设轨迹输出激光束，对固定不动的基板进行扫描；2)扫描的同时，粉末喷嘴将金属粉末输送到激光束在基板表面形成的熔池中，使粉末快速熔化、凝固，并与基板形成一层