[發明專利]用于逐層制造三維物體的裝置

有效

• 申請號: 201610120850.4
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105710369B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 楊東輝;薛蕾
• 申請（專利權）人: 西安鉑力特增材技術股份有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發明公開了一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺、計算機系統、激光群系統、驅動系統和控制系統。本發明還公開了一種用于逐層制造三維物體的控制方法，包括：將成形平臺劃分為一個單位網格矩陣，每一網格被0～100間的自然數標識，數值為該網格處激光功率的使用率；在激光群系統從成形平臺一側以均勻速度向另一側運動過程中，任一獨立光源移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源，并根據具體標識數值進行功率匹配，遇到標識為0的網格時，關閉該光源。本發明使光源發出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源，克服了單點掃描成形效率低的問題，大大提高了零件的掃描速度和成形效率。

技術領域

本發明屬于激光快速成形技術領域，涉及一種用于逐層制造三維物體的裝置，本發明還涉及一種用于逐層制造三維物體的控制方法，本發明還涉及一種用于逐層制造三維物體的掃描方法。

背景技術

增材制造技術是基于三維CAD模型數據，通過增加材料逐層制造的方式。其是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用高能束將材料進行逐層堆積，最終疊加成型，制造出實體產品。

選擇性激光熔化(selective laser melting，SLM)是金屬件直接成形的一種方法，是快速成形技術的最新發展。該技術基于快速成形的最基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據三維CAD模型直接成形具有特定幾何形狀的零件，成形過程中金屬粉末完全熔化，產生冶金結合。采用傳統的機加工手段無法制造出來的形狀結構復雜的金屬零件，是激光快速成形技術應用的主要方向之一。

現有SLM鋪粉設備中，其光學系統主要由單一激光器、擴束鏡、掃描振鏡以及聚光鏡組成，其工作原理主要為單一激光器發射點光源激光，通過擴束鏡將光斑直徑擴大以減小激光單位面積上的功率，并通過掃描振鏡折射后再由聚光鏡將激光聚焦以提高功率后直接投射于工作平臺上對零件進行燒結。其中，掃描振鏡是一組高速旋轉的振鏡系統，它包含帶有溫度補償的精度檢流振鏡、帶溫度檢測的具有最大反射能力的振鏡。由于使用掃描振鏡組，激光能在光源及其他傳播介質中進行高速、穩定的傳播。同時，可以通過對振鏡控制來實現激光光斑在工作平臺上的移動。

由于通過聚光鏡后激光為點光源，其在燒結零件時需要通過振鏡來改變激光角度，按照規劃好的燒結路徑進行逐點掃描。當單層零件燒結面積過大，或者結構復雜時，其完成單層零件燒結所需時間非常長，時間成本非常高，嚴重影響了工作效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于逐層制造三維物體的裝置，該裝置解決了現有SLM鋪粉設備的點光源加工時需進行逐點掃描而導致加工效率低下的問題。

本發明的另一目的是提供利用上述裝置逐層制造三維物體的方法，能夠有效提高三維物體的掃描速度和成形效率。

本發明所采用的技術方案是，一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺、計算機系統、激光群系統、驅動系統和控制系統。激光群系統包括多個光源，光源間按一定規則排布，經排布后的光源發出的光束在掃描方向上的投影疊加后形成一條由光斑4組成的垂直于掃描方向的連續光源；激光群系統位于成形平臺上方，激光群系統在計算機系統及控制系統的控制下，通過驅動系統整體移動。

本發明的特點還在于，

光源間的具體排布形式為：多個光源分布在與掃描方向相交的同一條直線上，相鄰光源所發出的光束之間存在角度；

或者，多個光源排布成兩排，第一排相鄰光源的光斑之間具有間隙，間隙小于光源的光斑直徑，第二排光源位于第一排光源的后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源間隙處，使得多個光源的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源；