[發(fā)明專利]兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010962043.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112091213A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 魏愷文;曾曉雁;李祥友;范有光
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y80/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權代理有限公司 42267
• 代理人: 張彩錦;梁鵬

1.一種兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，包括第一激光源(1)、第二激光源(2)、光束切換組件和掃描加工組件(3)，其中：

所述第一激光源(1)用于輸出中/低功率激光束，以實現(xiàn)高精度SLM成形，所述第二激光源(2)用于輸出中/高功率激光束，以實現(xiàn)高效率SLM成形，整個成形過程中所述第一激光源(1)和第二激光源(2)錯時工作或僅其中一個工作；

所述光束切換組件包括第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)和運動機構(7)，所述第一反射鏡(4)和第二反射鏡(5)錯位布置，并可在所述運動機構(7)的驅(qū)動下實現(xiàn)位置調(diào)整，以保證兩者錯時工作，其中所述第一反射鏡(4)用于將準直后的所述中/低功率激光束反射至所述掃描加工組件(3)，所述第二反射鏡(5)用于將準直后的所述中/高功率激光束反射至所述掃描加工組件(3)；

所述掃描加工組件(3)用于將所述光束切換組件反射的中/低功率激光束或中/高功率激光束聚焦在金屬粉末床表面，以此完成金屬零部件的高精度和高效率的SLM成形。

2.如權利要求1所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述第一反射鏡(4)和第二反射鏡(5)錯位布置在反射鏡支座(6)上，該反射鏡支座(6)與所述運動機構(7)相連，并與導軌(8)滑動配合，通過該運動機構(7)的驅(qū)動可帶動所述反射鏡支座(6)及其上的所述第一反射鏡(4)和第二反射鏡(5)沿所述導軌(8)移動。

3.如權利要求1所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述低功率激光束的輸出功率小于500W，中功率激光束的輸出功率為500W～1000W，高功率激光束的輸出功率大于1000W。

4.如權利要求3所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述高功率激光束的輸出功率優(yōu)選大于1000W且小于等于10000W，進一步優(yōu)選為2000W～6000W。

5.如權利要求1所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述掃描加工組件為二軸掃描振鏡與F-Theta聚焦鏡的組合，或者是動態(tài)聚焦掃描振鏡。

6.如權利要求1-5任一項所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述第一反射鏡(4)的鏡面與所述第一激光源(1)的光束輸出路徑的夾角以及與掃描加工組件的光束輸入路徑的夾角均優(yōu)選設計為45°；優(yōu)選的，所述第二反射鏡(5)的鏡面與所述第二激光源(2)的光束輸出路徑的夾角以及與掃描加工組件的光束輸入路徑的夾角均優(yōu)選設計為45°。

7.如權利要求1-6任一項所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述第一激光源(1)的光束輸出路徑與掃描加工組件(3)的光束輸入路徑的交點優(yōu)選位于經(jīng)過第一反射鏡(4)鏡面中心的豎直線上；優(yōu)選的，所述第二激光源(2)的光束輸出路徑與掃描加工組件(3)的光束輸入路徑的交點優(yōu)選位于經(jīng)過第二反射鏡(5)鏡面中心的豎直線上。

8.如權利要求1-7任一項所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述運動機構(7)為直線驅(qū)動機構。

9.如權利要求1-8任一項所述的兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形裝置，其特征在于，所述第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)和反射鏡支座(6)的內(nèi)部均設置有循環(huán)冷卻流道，該冷卻通道外接液冷裝置。

10.一種兼顧成形效率和成形精度的雙光束SLM成形方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1根據(jù)需采用的激光束調(diào)整反射鏡位置：

若需采用中/低功率激光束，則通過運動機構(7)調(diào)整第一反射鏡(4)的位置，使第一激光源(1)的光束輸出路徑和掃描加工組件的光束輸入路徑的交點位于第一反射鏡(4)的鏡面上，并轉(zhuǎn)入步驟S2；

若需采用中/高功率激光束，則通過運動機構(7)調(diào)整第二反射鏡(5)的位置，使第二激光源(2)的光束輸出路徑和掃描加工組件的光束輸入路徑的交點位于第二反射鏡(5)的鏡面上，并轉(zhuǎn)入步驟S3；

S2所述第一激光源(1)發(fā)射中/低功率激光束，該激光束準直后經(jīng)第一反射鏡(4)反射至掃描加工組件(3)中，并聚焦在金屬粉末床表面，完成金屬零部件的高精度SLM成形；

S3所述第二激光源(2)發(fā)射中/高功率激光束，該激光束準直后經(jīng)第二反射鏡(5)反射至掃描加工組件(3)中，并聚焦在金屬粉末床表面，完成金屬零部件的高效率SLM成形。