一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備，采用光纖激光器做使能裝置，送粉噴頭和激光器同軸集成，并直接安裝在五軸運動機構(gòu)的執(zhí)行端?？梢詫崿F(xiàn)金屬件的直接三維打印，并通過五軸運動機構(gòu)控制噴頭的角度，在不使用支撐材料的條件下，完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精密金屬件直接三維打印成形。
【專利說明】一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備，尤其涉及對復(fù)雜金屬零件的快速高精度制造和修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0002]早期的3D打印工藝一般以光敏樹脂、尼龍、石蠟、紙箔等有機材料為主要原料，所制造的零件雖可用作產(chǎn)品原型和低負(fù)載構(gòu)件，但無法滿足制造業(yè)對零件機械性能的較高要求。金屬零件激光三維打印技術(shù)技術(shù)特色鮮明、成形效率高，除了對航空、航天、汽車、國防裝備等領(lǐng)域內(nèi)的高精度復(fù)雜零件的快速制造及修復(fù)之外，該技術(shù)在快速模具制造、梯度功能材料設(shè)計與開發(fā)、薄壁零件制造等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景，為傳統(tǒng)鑄造、鍛壓甚至機械加工等方法難以加工的高加工硬化率金屬、難熔金屬、金屬間化合物等材料的成形提供了新的方法和設(shè)備，并使加工時間和成本顯著降低，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，順應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)快速化、個性化、柔性化發(fā)展需求。但是，傳統(tǒng)的金屬件激光三維打印技術(shù)多使用體積較大的二氧化碳激光器，采用工作臺三維運動的形式來實現(xiàn)，這種設(shè)備體積龐大，對于復(fù)雜金屬零件成形困難，并且需要打印支撐材料作為輔助，成形過程復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了突破傳統(tǒng)金屬件激光三維打印技術(shù)成型過程中需要支撐材料，難以實現(xiàn)復(fù)雜金屬零件的三維打印直接成形等問題，本發(fā)明提供一種金屬件三維打印成形設(shè)備，可以進行縱向、斜面以及橫向打印，在無支撐材料輔助下直接成形復(fù)雜精密金屬零件。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:利用送粉裝置將金屬粉末傳送至粉末噴頭處，粉末噴頭由同軸的倒錐形送粉通道、保護氣通道、激光通道以及水冷通道組成，粉末在氣流的帶動下噴射出并匯聚一點，通過激光束對該匯聚點進行加熱熔融，實現(xiàn)金屬的液化并沉積到基體表面。通過逐層的熔融沉積，最終得到三維的金屬零件。本設(shè)備由五軸運動系統(tǒng)、激光器、送粉裝置和粉末噴頭組成，其采用光纖激光器做使能裝置，粉末噴頭和激光器同軸集成，并直接安裝在五軸運動系統(tǒng)的執(zhí)行端。激光器安裝在五軸聯(lián)動的運動系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)粉末噴頭和激光器的多角度和多方向打印，實現(xiàn)側(cè)向和斜向打印，打印過程中無需支撐材料，可以直接成形復(fù)雜零件。
[0005]本發(fā)明的有益效果是，通過光纖激光器和粉末噴頭同軸設(shè)計，并直接安裝在五軸運動執(zhí)行端，可以控制激光束和粉末噴頭的角度和運動方向，在無支撐材料輔助下直接三維打印出復(fù)雜、精密、性能良好的金屬零件。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0008]圖1是本發(fā)明的整機結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的運動和執(zhí)行端結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的激光器與粉末噴頭同軸機構(gòu)。[0011]圖中1.設(shè)備外罩，2.送粉裝置,3.控制系統(tǒng)，4.五軸運動機構(gòu),5.激光器和粉末噴頭同軸機構(gòu)，6.打印平臺，7.Z軸運動機構(gòu)，8.X軸運動機構(gòu)，9.Y軸運動機構(gòu)，10.旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，11.擺動機構(gòu)，12.光纖激光器,13.粉末噴頭。
[0012]【具體實施方式】
[0013]在圖1中，金屬件三維激光打印成形的設(shè)備由設(shè)備外罩(I)、送粉裝置(2)、控制系統(tǒng)(3)、五軸運動機構(gòu)(4)、激光器和粉末噴頭同軸機構(gòu)(5)以及打印平臺(6)組成。金屬粉末材料裝入送粉裝置(2 )中，粉末經(jīng)送粉裝置傳送到激光器和粉末噴頭同軸機構(gòu)(5 )，激光器和粉末噴頭同軸機構(gòu)(5)在五軸運動機構(gòu)(4)的驅(qū)動下同步運動，粉末經(jīng)過粉末噴頭噴射到基體表面并聚焦，在激光能量下熔融沉積在基體表面。
[0014]在圖2中，由Z軸運動機構(gòu)(7)、X軸運動機構(gòu)(8)和Y軸運動機構(gòu)(9)可以實現(xiàn)執(zhí)行端進行水平和豎直方向的運動，通過旋轉(zhuǎn)運動機構(gòu)(10)的旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)(11)將粉末噴頭擺動可改變粉末噴頭的角度和方向。從而實現(xiàn)粉末噴頭的多角度傾斜，進而可進行橫向打印和斜面打印。
[0015]在圖3中，光纖激光器(12)和粉末噴頭(13)同軸安裝，光纖激光器發(fā)出的激光經(jīng)過粉末噴頭的中心軸透射出去，與噴頭噴射出的金屬粉末聚焦點重合，從而熔融金屬粉末。
[0016]以上是對一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備的具體說明，本發(fā)明針對復(fù)雜的精密金屬件的三維打印成形有極大的優(yōu)勢，可快速得到高性能的金屬件，具有重大的意義。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬件三維激光打印成形設(shè)備，由五軸運動系統(tǒng)、激光器、送粉裝置和粉末噴頭組成，其特征是:采用光纖激光器做使能機構(gòu)，粉末噴頭和激光器同軸集成，并直接安裝在運動系統(tǒng)的執(zhí)彳丁端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬件三維激光打印成形設(shè)備，其特征在于:粉末噴頭由同軸的倒錐形送粉通道、保護氣通道、激光通道以及水冷通道組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬件三維激光打印成形設(shè)備，其特征在于:采用五軸聯(lián)動的運動系統(tǒng)控制粉末噴頭的角度和運動方向。
【文檔編號】B22F3/115GK203437643SQ201320181544
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】單忠德, 劉豐, 徐先宜, 張振, 莊百亮, 王江南 申請人:機械科學(xué)研究總院江蘇分院, 機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)研究中心