[發明專利]一種輔助激光立體成形裝置及其方法

有效

• 申請號: 201510469721.1
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN105081319B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 趙偉;查光成;孔凡新;張碩
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種激光成形的裝置以及使用方法，屬于快速成形技術領域。

背景技術

激光立體成形技術能夠實現高性能致密金屬零件的無模快速近終成形，是現代材料技術、激光技術和快速原型制造技術相結合的新技術。激光立體成形技術具有無模具、短周期、低成本、高性能及快速響應等特點。首先在計算機中生成零件的三維CAD模型，然后將模型按一定的厚度切片分層，即將零件的三維信息轉換成一系列二維輪廓信息，隨后在計算機的控制下，用激光熔覆的方法將材料按照二維輪廓信息逐層堆積，得到三維實體零件或近形件。但是，已實現的激光成形零件多為直壁零件或截面尺寸逐層減小的實心零件，而截面尺寸逐層增大的零件通常難以使用激光立體成形技術來實現。這是由于當上一層的截面尺寸大于下層時，超出下層支撐范圍的部分熔融金屬液體會在重力作用下流失，無法進行有效堆積。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種輔助激光立體成形裝置及其方法，以解決熔融金屬流失的問題，實現激光有效堆積。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種輔助激光立體成形裝置，其特征是，包括激光頭、滑動移動副、支撐體、復位彈簧和送粉管；所述滑動移動副包括支撐體轉軸、滑塊、導軌和懸臂；所述激光頭設置在懸臂的中部；所述懸臂的底部設置有限位擋塊；所述滑塊連接支撐體轉軸和懸臂的底部；所述復位彈簧設置在支撐體轉軸和限位擋塊之間；所述轉軸的一端設置在支撐體內部；所述支撐體包括外殼、內層、冷卻水管道和冷卻水進出口；所述冷卻水管道設置在位于內層內部的支撐體轉軸上；所述冷卻水進出口設置在外殼上；所述送粉管設置在懸臂的一端，與支撐體轉軸分別位于激光頭兩側。

前述的一種輔助激光立體成形裝置，其特征是，所述外殼采用陶瓷材料，外殼內壁設置有黃銅層；所述內層采用金屬材料。

前述的一種輔助激光立體成形裝置，其特征是，所述懸臂繞激光頭自由旋轉；所述滑塊在懸臂上沿激光頭射出的激光束徑向移動。

一種基于前述的輔助激光立體成形裝置的輔助激光立體成形方法，其特征是，包括如下步驟：

1）在非工作狀態下，將滑塊在復位彈簧的約束下與限位擋塊貼合，使得激光頭射出的光斑落在支撐體上；

2）在基板上設置凸臺，調整激光頭的高度，確保支撐體的上表面與凸臺的上表面齊平而不發生干涉；

3）調整激光頭水平方向上的位置，并同時調整懸臂的角度，使支撐體與凸臺邊緣接觸，并確保送粉管、激光頭發射的激光束以及懸臂所處的平面與接觸點切線垂直；

4）沿水平方向調整激光頭位置，壓縮復位彈簧，直至激光束形成的光斑恰好脫離支撐體，位于凸臺邊緣處，此時滑塊與限位擋塊分離；

5）進行激光熔覆逐層堆積，當堆積第n＋1層時，支撐體與第n層輪廓緊密貼合。

前述的一種輔助激光立體成形方法，其特征是，當成形截面尺寸減小的空心零件時，將支撐體置于封閉輪廓內側。

前述的一種輔助激光立體成形方法，其特征是，所述步驟5）中，激光的旋轉軌跡由控制程序事先將需要形成的模型圖導入后控制運行。

本發明所達到的有益效果：在進行成形時，依靠支撐體滾動沿成形零件側壁同步移動輔助激光立體成形。與滑塊導軌連接的懸臂圍繞激光束軸線自由轉動，可以柔性調整角度，確保送粉管、激光束以及懸臂所處的平面始終與支撐點切線方向垂直，大大提高了整體成形時的準確度。依靠事先錄入的路徑，完成對產品的自主快速成形，減少了人力的浪費，同時提高了生產效率。

附圖說明

圖1輔助激光立體成形裝置的結構圖；

圖2輔助激光立體成形初始定位示意圖；

圖3輔助激光立體成形原理圖。

圖中附圖標記的含義：

1-激光頭，2-懸臂，3-限位擋塊，4-復位彈簧，5-擋塊，6-支撐體轉軸，7-外層，8-冷卻水進出口，9-冷卻水管道，10-內層，11-激光束，12-送粉管，13-凸臺。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

如圖1所示的輔助激光立體成形裝置的結構圖，在非工作狀態下，滑塊在復位彈簧4的約束下與限位擋塊3貼合，此時激光光斑落在支撐體上。

在準備成形截面不斷變大的碗狀零件時，可先在基板上利用激光熔覆堆積起一個凸臺13，如圖2所示，此凸臺13也可采用機加工的方式獲得，確保支撐體上表面可以與凸臺13上表面齊平而不發生干涉。