[發明專利]復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置及工作方法

在審

• 申請號: 202310021912.6
• 申請日: 2023-01-07
• 公開（公告）號: CN115815631A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 黃曄;梁啟;向紅亮;鄭開魁;牟剛;李瀟雄
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B22F12/55
• 分類號: B22F12/55;B22F10/28;B22F10/73;B22F12/67;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林捷;蔡學俊

1.一種復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：包括刮刀裝置（1）、刮刀運動機構（2）、主體部分（3）和激光同軸供粉-吸粉裝置（4）；其中刮刀裝置（1）包括兩個安裝座（13）和設在兩個安裝座（13）之間的刮刀安裝架（12），所述刮刀安裝架（12）內固定設有刮刀（11）；所述刮刀運動機構（2）包括滑軌（21）和滑動連接在滑軌上的滑塊（22），所述安裝座（13）固定在滑塊（22）上；所述主體部分（3）包括并排的鋪粉缸（31）、成形缸（32）和回收缸（33），所述刮刀（11）能夠將鋪粉缸（31）表面上的金屬粉末推入成形缸（32）和回收缸（33）；所述激光同軸供粉-吸粉裝置（4）包括激光頭（41）、送粉槍（42）、吸粉槍（43）、固定架（44）、送粉腔（45）、吸粉腔（46）、第一連接管（47）、機械臂（48），所述機械臂（48）連接架體，所述送粉腔（45）和吸粉腔（46）設在架體（50）上部的兩側，所述架體的下部設有激光頭（41）和設在激光頭（41）兩側的固定架，所述固定架上分別安裝送粉槍（42）和吸粉槍（43），所述送粉槍（42）通過第一連接管（47）與送粉腔（45）連通，所述吸粉槍（43）通過第二連接管（49）與吸粉腔（46）連通。

2.根據權利要求1所述的復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：所述滑軌（21）設在主體部分（3）上部的兩側。

3.根據權利要求1或2所述的復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：所述鋪粉缸（31）、成形缸（32）和回收缸（33）均為矩形立方體狀的缸體，三個缸體依次橫向并排設置，在鋪粉缸（31）和成形缸（32）內設有能夠豎向升降的頂板（34），在鋪粉缸（31）中頂板的上方填充有第一種金屬粉末，成形缸（32）的頂板表面用于進行增材加工，回收缸（33）用于收集刮刀推送來的金屬粉末。

4.根據權利要求3所述的復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：所述頂板的升降通過絲桿螺母機構驅動或氣缸驅動。

5.根據權利要求3所述的復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：所述刮刀（11）的下部呈尖刀狀，其材質是金屬、硅膠或橡膠中的一種，刮刀安裝架（12）呈長方體狀，在其下部體內設有夾持固定刮刀（11）的凹陷槽。

6.根據權利要求3所述的復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置，其特征在于：所述激光頭（41）的下部設有呈倒三棱臺狀的殼體（51），激光頭（41）固定在倒三棱臺狀殼體的上底面，倒三棱臺狀殼體的兩相對斜面固定設有所述固定架，送粉槍（42）、吸粉槍（43）和激光頭（41）的延長線相匯聚。

7.一種如權利要求1-6任一所述復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置的工作方法，其特征在于：所述刮刀裝置（1）中的刮刀（11）通過刮刀安裝架（12）和安裝座（13）安裝在刮刀運動機構（2）的滑塊（22）上，在刮刀運動機構（2）的滑塊沿滑軌（21）水平移動時，實現刮刀水平移動；鋪粉缸（31）中存儲有第一種金屬材料粉末，通過鋪粉缸（31）的上升和刮刀（11）的水平運動實現，即能夠將第一種金屬粉末在成形缸32）的成形基面上進行鋪設；通過調節固定架（44）使送粉槍（42）與吸粉槍（43）出口端與激光頭（41）底部的激光聚焦位置對準，實現對金屬材料粉末的同軸鋪設和吸取，送粉腔（45）中儲存有第二種金屬材料粉末，通過送粉槍（42）向成形缸（32）的成形基面鋪設第二種金屬材料粉末，并通過電磁閥控制送粉氣體的流量實現對金屬粉末供粉量的調控；吸粉槍（43）通過真空泵吸取成形缸（32）的成形基面上多余粉末，吸取的粉末進入吸粉腔（46）中進行回收。

8.根據權利要求7所述復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置的工作方法，其特征在于：首先，按照預設的每層增材高度對復合結構的金屬構件三維模型進行切片分層；其次，對單層切片中不同金屬成形區域分別進行軌跡規劃；最后，按照每層切片生成的兩種金屬成形的軌跡對復合結構金屬構件逐層成形過程進行控制。

9.根據權利要求7所述復合結構金屬構件選區激光熔化增材制造裝置的工作方法，其特征在于：對于復合結構金屬構件單層成形過程，首先進行第一種金屬粉末材料鋪設，通過豎直升降機構調整鋪粉缸（31）和成形缸（32）的高度至合適位置，之后刮刀裝置（1）的刮刀通過刮刀運動機構（2）向右水平運動，將鋪粉缸（31）中的第一種金屬粉末均勻的鋪在成形缸（32）表面，多余的材料隨著刮刀裝置（1）的運動進入回收缸（33）中；機械臂（48）帶動激光同軸供粉-吸粉裝置（4）移動到成形缸（32）表面進行激光打印，按照第一種金屬成形的軌跡進行激光打印，直至粉末熔化并冷卻成形；隨后進入吸粉階段，激光同軸供粉-吸粉裝置（4）移動到單層切片中第二種金屬粉末的鋪設位置對未熔化的第一種金屬粉末進行吸取，吸取的粉末順著進入吸粉腔（46）回收，接著送粉腔（45）中的第二種金屬粉末經過連接管（47）進入送粉槍（42），將第二種金屬粉末按照第二種金屬成形的軌跡送至成形缸（32）表面指定位置，同時激光熔化第二種金屬粉末并冷卻成形；之后，逐層往復，直至加工完成。