[發(fā)明專利]一種可分離的選區(qū)快速成形設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410186030.6
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103962557A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 王澤敏;曾曉雁;陳立新;任昭
• 申請（專利權）人: 武漢新瑞達激光工程有限責任公司;華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C67/04
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方放

技術領域

本發(fā)明屬于快速成形領域，具體涉及到一種分離式的選區(qū)熔化、燒結快速成形設備，成形的零部件可以為金屬、非金屬或金屬與非金屬的復合材料。

背景技術

增材制造技術(Additive Manufacturing)，又稱3D打印技術，是一種基于離散材料逐層堆積成形原理，依據產品三維CAD模型，通過材料逐層堆積出產品原型或零部件的新型制造技術。

基于鋪粉的選區(qū)熔化、燒結快速成形技術由于可利用輔助結構和松散粉末作為支撐，因此可以制造幾乎任意形狀的零件，在眾多增材制造技術中最受關注。它的基本工作原理是在工作缸內平鋪一定厚度的粉末，依照計算機的控制，高能束(激光或電子束等)通過掃描的方式按照三維零部件圖形的切片處理結果選擇性地熔化、燒結預置粉末層。隨后工作缸下降一個切片厚度并再次鋪粉，高能束在掃描系統的帶動下再次按照三維圖形數據完成零部件下一層的制造。如此重復鋪粉、高能束掃描和工作缸下降等工序，從而實現三維零部件的整體制造。

選區(qū)熔化、燒結快速成形設備的研制是該技術應用的重要途徑，它主要包括高能束發(fā)生器、掃描系統、保護腔體、成形機床、氣氛保護系統和控制系統等部分，其中掃描系統、保護腔體和成形機床決定了設備所能成形零件的最大尺寸。以高能束為激光束為例，世界上第一臺商用激光選區(qū)熔化快速成形設備于2003年由英國MCP集團MCP-HEK分公司推出。近年來，德國、英國和中國等的一些研究單位和高技術公司也紛紛研制出不同規(guī)格的激光選區(qū)熔化快速成形設備，如德國EOS公司研制的M270和M280、英國RENISHAW公司的MTT250、Concept Laser公司的M1和M2、華中科技大學武漢光電國家實驗室研制的NRD-I和NRD-II等型號。受f-θ組合透鏡的掃場限制，國內外商用的激光選區(qū)熔化快速成形設備的成形幅面一般為250mm×250mm。以高能束為電子束為例，瑞典Acram公司先后推出了A1和A2型電子束選區(qū)熔化快速成形設備，成形幅面一般為250mm×250mm。目前，上述設備均采用在保護腔體側壁開設操作門的設計，成形前的準備工作和成形后取出零件都是通過操作門完成。對于選區(qū)熔化、燒結快速成形設備而言，掃描系統的工作焦距決定了保護腔體的高度，因而也限制了操作門的最大尺寸。目前，受高能束掃描系統的掃描幅面和工作焦距限制，選區(qū)熔化、燒結所能成形零件的最大高度僅為400mm，以保證成形零件能從保護腔體側壁工作門順利取出。

由于選區(qū)熔化、燒結技術能夠獲得高表面質量、高精度的復雜精密構件，在航空航天等領域有廣泛的應用空間，對大型零件的需求也越來越多。因此，為滿足不同應用需求，選區(qū)熔化、燒結快速成形設備的研制也逐漸向成形大型零件的方向發(fā)展。主要有兩種途徑：一是擴大成形幅面，如中國專利文獻“直接制造大型零部件的選區(qū)激光熔化快速成型設備”(公開號為CN102266942A)描述了通過多個掃描振鏡拼接或掃描振鏡移動制造大型金屬零件。二是在擴大幅面的基礎上增加成形零件的高度。但是，在保證粉末充分熔化或燒結的工藝要求下，高能束掃描系統的工作焦距可變范圍很小，保護腔體的高度增加有限，無法再通過側壁開門的方式取出大型零件，成為了大型選區(qū)熔化、燒結快速成形設備開發(fā)亟需解決的難題。

發(fā)明內容

為解決上述難題，本發(fā)明提出了一種可分離的選區(qū)熔化、燒結快速成形設備，該設備不受成形零件的尺寸和形狀限制，可以從設備成形腔體內方便地取出任意尺寸的成形零件。

本發(fā)明提供的一種選區(qū)快速成形設備，其特征在于，它包括掃描系統、保護腔體、腔體支撐、成形機床和控制系統；

掃描系統位于保護腔體的上方，用于實現高能束聚焦和掃描，保護腔體通過管道與氣氛保護系統相連；

保護腔體安裝有腔體支撐，使其位于成形機床上方，成形機床或保護腔體設置有升降機構和運動機構，成形機床與保護腔體之間通過升降機構實現上下脫開；成形機床或保護腔體通過運動機構實現移動或轉動，使二者能夠相互分離；

成形機床的工作臺面安裝有密封結構，使保護腔體下表面與成形機床上表面貼緊時起密封作用；

控制系統分別與高能束發(fā)生器組、掃描系統、升降機構和運動機構電信號連接，以控制高能束發(fā)生器組的開啟、高能束掃描、升降機構和運動機構的運動；

由高能束發(fā)生器組出射的高能束經掃描系統聚焦后射入至保護腔體內部，聚焦后的高能束的焦點位于成形機床的工作臺面，聚焦后的高能束對工作臺面上鋪設的粉末進行掃描，實現粉末的熔化或燒結成形。

具體而言，本發(fā)明具有以下技術效果：