[發明專利]一種激光增材制造設備

有效

• 申請號: 201410017384.8
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103737933B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 王曉斌;陳天培;呂祺盛;吳曉堅;石山
• 申請（專利權）人: 廣東奧基德信機電有限公司
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/153;B29C64/371;B29C64/295;B29C64/268;B22F3/105;B22F3/115;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于增材制造領域，特別是涉及一種利用激光3D打印技術將粉末逐層熔化/融化成型的增材制造設備。

背景技術

增材制造是一種應用廣泛的快速成型技術，先由CAD三維造型軟件設計出所需零件的計算機三維實體模型，然后按工藝要求將其按一定厚度分解成一系列二維截面，即把原來的三維立體信息變成二維平面信息，然后逐層掃描，逐層疊加，最終形成了所需要的原型或零件。

在使用激光掃描將粉末熔化/融化逐層疊加成型零件的增材制造模式中，需要采用氣氛保護和預加熱的方式，利用氮氣或氬氣等不活躍氣體將空氣與粉末隔離開，并且將粉末預熱到較為接近熔融溫度，從而避免空氣對于粉末的氧化，同時減少或消除因為粉末加工前后溫差過大造成的熱應力的影響，避免零件產生裂紋或發生翹曲變形，從而確保成型精度。

CN201300207Y公開了“一種金屬零件選區激光熔化快速成型設備”，其中設置了氣體凈化系統和加熱板，但其設置有不盡合理之處。所述的氣體凈化系統的送氣口和回氣口位于該設備的同側，氣體無法在設備全部內部空間內循環，外部空氣很容易與粉末接觸。另外所述的加熱板位于固定在基板下方，隨著零件在基板上逐層疊加成型，熱量難以傳遞到待加熱粉末以及已加工好的工件表面，仍然會產生較大的溫度梯度以及工作臺面溫度分布不均勻，使零件內部產生熱應力，導致嚴重影響了零件的質量，預熱效果非常差。尤其對于熔點較高的材料，材料成型困難甚至不能成型。

CN101107882公開了一種“用于在激光燒結裝置中加熱構造材料的輻射加熱器”，公開了3種類型的輻射加熱器，利用比如電阻加熱、紅外加熱等方式，熱量通過熱傳遞到具有熱惰性的石墨板輻射元件上，再通過石墨板面的輻射將熱量輻射到工作臺面。這種加熱方式的熱量經過兩次中轉才到工作臺面，熱量的利用率不高，難以達到部分材料的預熱要求。

CN202028769U則公開了“一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置”，即將工作臺面劃分為多個區域，采用陣列組合方式在各區域安裝一組石英加熱管及一組反光板，緩解工作臺面溫度分布不均勻的問題。該裝置的加熱元件照射距離恒定，通過拆卸或加裝的方式調整加熱元件的數量以實現預期的加熱溫度，給操作帶來不便。

發明內容：

為解決現有技術的缺陷，本發明提供一種新型的激光增材制造設備，用于增材制造過程中的氣氛保護、系統加熱、保溫及溫度均勻。本發明的技術方案如下：

一種激光增材制造設備，包括機架、工作腔、激光系統、氣氛保護系統和預熱系統，所述工作腔是一個封閉腔體，其頂部設有激光系統安裝口，激光系統安裝在工作腔的外部；工作腔的正面設有觀察粉末成型用的窗口鏡，左右兩側均設有氣氛保護系統連接孔；工作腔內的頂部設有預熱系統，下部設有粉末成型用的缸體。

所述激光系統包括激光源、光導管、掃描振鏡和控制連接線，掃描振鏡安裝于工作腔的激光系統安裝口的上方，激光源通過光導管與掃描振鏡相連，激光源發出的激光以一定入射角進入光導管內，在光導管內全反射后進入掃描振鏡，掃描振鏡通過控制連接線接受外部信號，依信號控制進行掃描加工。

所述預熱系統是一種立體柔性加熱系統，具有層間距可調的復數層輻射加熱層，至少包括有一層固定輻射加熱層和一層活動輻射加熱層，輻射加熱層由輻射加熱管按陣列方式構成，其中固定輻射加熱層安裝于工作腔內頂部，各層之間通過活動部件連接，在實際工作過程中，可以根據粉末材料的種類控制相應輻射加熱層的啟閉，或調整活動輻射加熱層與粉末之間的間距，從而使粉末達到預定溫度。所述輻射加熱管為石英管，所述各層之間連接用的活動部件是鉸鏈和連桿裝置，也可以是齒輪齒條裝置、凸輪裝置或者活塞裝置等。

所述工作腔是由保溫隔熱夾層板圍成的封閉腔體，夾層板由隔熱層、保溫層和面板層構成，可減少工作腔內的熱量外傳；工作腔下部的粉末成型用缸體包括送粉缸、成型缸和粉末回收缸，缸體上部設有刮板，刮板將送粉缸內的粉末平鋪到成型缸，多余粉末則被刮入粉末回收缸，當成型缸內鋪好待成型粉末后，掃描振鏡依據輸入的被加工零件圖層信號掃描加工，之后成型缸下降一個圖層距離，送粉缸上升一個圖層距離，刮板再將送粉缸的粉末覆蓋到成型缸已加工好的粉末上，依次循環往復，直至零件最后成型。