[發(fā)明專利]一種金屬零件的激光增材制造方法和裝備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410011190.7
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103726049A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾曉雁;朱海紅;王福德;王澤敏;陳立新;李重洋;張紅波
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢新瑞達(dá)激光工程有限責(zé)任公司;華中科技大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方放

1.一種金屬零件的激光增材制造方法，其特征在于，該方法采用逐層制造的隨形缸作為成型缸，即在制造每一金屬零件層前，先制備一層閉合的薄壁墻，閉合薄壁墻形成的空腔作為隨形腔，該隨形腔的高度與待制造的金屬零件層相同，且形狀與金屬零件層的形狀相適應(yīng)，用于為待加工零件每層的鋪粉提供平面基準(zhǔn)和腔體；利用逐層制造的隨形腔，采用掃描振鏡進(jìn)行選擇性激光熔化成形，逐層制造金屬零件層，各層隨形腔最終層疊形成隨形缸，各金屬零件層累加形成金屬零件。

2.一種金屬零件的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墻與金屬零件層外輪廓之間的距離為0.1mm～200mm，優(yōu)選值為1mm～50mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墻的厚度為0.1mm～50mm，優(yōu)選值為1mm～10mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述每層隨形腔為一個或多個；隨形腔層疊成為隨形缸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墻采用自動送粉方式的激光熔化沉積方法逐層制造，或者采用堆焊方法逐層制造；或者由高度等于單層鋪粉厚度的板帶材料圍成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的激光增材制造方法，其特征在于，該方法的具體實現(xiàn)步驟為：

第1步對待加工零件的三維CAD模型進(jìn)行改造，增加包圍待加工零件的閉合薄壁墻；

第2步將添加了薄壁墻的三維CAD模型當(dāng)成新的零件，按照需要的精度采用計算機(jī)軟件對其進(jìn)行分層切片，得到待加工零件的激光平面掃描輪廓信息和薄壁墻輪廓的平面掃描信息；

第3步制備一層薄壁墻；

第5步在薄壁墻所圍成的空腔區(qū)域即隨形腔內(nèi)鋪粉；

第6步對隨形腔內(nèi)的粉末采用振鏡進(jìn)行選擇性激光熔化成形，制備一層金屬零件層；

第7步沿振鏡垂直方向移動一個層厚高度；

第8步重復(fù)進(jìn)行第3步至第7步，直至零件完成全部成形過程；

第9步去除薄壁墻，即得到所需要的金屬零件。

7.一種金屬零件的激光增材制造裝備，其特征在于，該裝備包括振鏡激光熔化成形裝置和薄壁墻制備裝置；

所述振鏡激光熔化成形裝置類似于不帶成型缸的選擇性激光熔化成形裝置；所述薄壁墻制備裝置安裝在選擇性激光熔化成形裝置的氣氛腔內(nèi)，用于逐層完成薄壁墻的制造，形成隨形腔，所述激光熔化成形裝置用于完成在所述隨形腔內(nèi)鋪金屬粉末及對該金屬粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬零件的激光增材制造裝備，其特征在于，所述激光熔化成形裝置包括儲粉斗、氣氛室、三維移動部件、工作臺面、掃描振鏡聚焦系統(tǒng)、第一導(dǎo)光系統(tǒng)、自動鋪粉器和激光器；

儲粉斗置于氣氛室內(nèi)或室外，工作臺面位于氣氛室底部，用于放置作為薄壁墻和零件承載體的基板；

掃描振鏡聚焦系統(tǒng)和自動鋪粉器通過安裝板安裝在三維移動部件上，自動鋪粉器的入粉口通過粉管或者自由落下的方式從儲粉斗獲得粉末，自動鋪粉器用于向隨形腔內(nèi)送粉，刮板并將隨形腔內(nèi)粉末鋪平；工作時，激光器通過第一導(dǎo)光系統(tǒng)與掃描振鏡聚焦系統(tǒng)的入光口相連；激光器出射的激光束經(jīng)掃描振鏡聚焦系統(tǒng)匯聚在隨形腔內(nèi)的粉末上，并按照零件形狀對粉末進(jìn)行選擇性激光熔化成形。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬零件的激光增材制造裝備，其特征在于，所述薄壁墻制備裝置包括激光器、光學(xué)聚焦系統(tǒng)、第二導(dǎo)光系統(tǒng)、送粉噴嘴和三維移動部件；

光學(xué)聚焦系統(tǒng)和送粉噴嘴均通過安裝板安裝在三維移動部件上，送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)同軸，送粉噴嘴通過粉管與儲粉斗相連；工作時送粉噴嘴的噴出粉末的匯聚點與光學(xué)聚焦系統(tǒng)的焦點位于基板表面同一位置；激光器出射的激光束經(jīng)光學(xué)聚焦系統(tǒng)后匯聚在送粉噴嘴同軸噴出的粉末匯聚點上，在基板表面形成熔覆層，當(dāng)送粉噴嘴與光學(xué)聚焦系統(tǒng)隨水平軸按預(yù)定的軌跡運(yùn)動時，在基板上形成所需形狀的薄壁墻，該薄壁墻所圍成的區(qū)域即隨形腔；

所述薄壁墻制備裝置與所述激光熔化成形裝置共用一臺激光器和/或三維移動部件，或者各自分開配備一臺激光器和/或三維移動部件。

10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的金屬零件的激光增材制造裝備，其特征在于，所述薄壁墻制備裝置為焊接設(shè)備，或者配有板帶材料的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，或者配有板帶材料且安裝在三維移動部件上的自動落料機(jī)構(gòu)。

11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一所述的金屬零件的激光增材制造裝備，其特征在于，所述三維移動部件是機(jī)床或者多關(guān)節(jié)機(jī)器人。