一種適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，屬于增材制造設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]采用選擇性激光恪化(Selective Laser Melting, SLM)技術(shù)制造金屬零件時(shí)，由于金屬粉末被快速移動(dòng)的激光束掃描后立即快速熔化、凝固，所以可以實(shí)現(xiàn)直接制造任意復(fù)雜的金屬零件。
[0003]由于金屬粉末的快速熔化和快速凝固會(huì)形成較大的溫度梯度和熱應(yīng)力，所以易導(dǎo)致金屬零件出現(xiàn)局部凸起(起球)、翹曲等缺陷。如果此類缺陷在增材制造過程中不斷發(fā)生，則會(huì)嚴(yán)重影響制件的尺寸精度及致密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)金屬粉末的微區(qū)熔化及精加工。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)和高速磨削頭(5)復(fù)合而成，
[0007]前述光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)包括:密閉的工作腔(2)，設(shè)置在前述工作腔(2)上方的光纖激光掃描裝置(I)，設(shè)置在前述工作腔(2)內(nèi)、在水平方向上同時(shí)具有X軸和Y軸且由切片軟件控制的XY工作臺(tái)(4)，安裝在前述XY工作臺(tái)(4)上的雙向鋪粉裝置(3)，以及設(shè)置在前述工作腔(2)下方的工作缸(7)，前述工作缸(7)的活塞(9)上安裝有模型基板
(10)，雙向鋪粉裝置(3)在模型基板(10)上鋪一層金屬粉末，光纖激光掃描裝置(I)使金屬粉末熔化、凝固，活塞(9)帶動(dòng)制件(8)下降一層的距離，雙向鋪粉裝置(3)繼續(xù)鋪粉，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；
[0008]前述高速磨削頭(5)通過Y軸滑塊(6)安裝在前述XY工作臺(tái)(4)的Y軸上，在制件⑶制作若干層后，高速磨削頭(5)沿XY工作臺(tái)⑷的Y軸滑動(dòng)，同時(shí)沿X軸方向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)制件(8)進(jìn)行高速磨削。
[0009]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，前述XY工作臺(tái)(4)的X軸和Y軸的結(jié)構(gòu)相同，都包括:滾動(dòng)導(dǎo)軌(401)，與前述滾動(dòng)導(dǎo)軌(401)平行設(shè)置的滾珠絲桿(402)，安裝在前述滾動(dòng)導(dǎo)軌(401)和滾珠絲桿(402)上的滑塊(403)，以及驅(qū)動(dòng)前述滾珠絲桿(402)轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)(404)。
[0010]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，前述高速磨削頭(5)包括:安裝在前述Y軸滑塊(6)上的高速電機(jī)(501)，安裝在前述高速電機(jī)(501)輸出軸上的砂輪主軸(503)，通過法蘭(502)安裝在前述砂輪主軸(503)末端的砂輪(505)，以及控制前述高速電機(jī)(501)分別進(jìn)行垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和垂直角度微調(diào)的Z軸控制裝置和角度調(diào)整機(jī)構(gòu)。
[0011]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，在前述高速磨削頭(5)中，砂輪主軸(503)上還安裝有動(dòng)平衡塊(504)。
[0012]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，在前述高速磨削頭(5)中，砂輪(505)的磨料為立方氮化硼或金剛石，通過電鍍的方法將磨粒粘在鋁或鋼的基板上。
[0013]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，在前述高速磨削頭(5)中，Z軸控制裝置由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并裝有精密進(jìn)給距離測(cè)量系統(tǒng)。
[0014]前述的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其特征在于，在前述高速磨削頭(5)中，角度調(diào)整機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)實(shí)現(xiàn)Z軸與水平面的角度調(diào)整，調(diào)整角度的范圍為-5°?+5°。
[0015]本發(fā)明的有益之處在于:
[0016](I)將高速磨削頭與光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)復(fù)合后，在增材制造的過程中，光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)對(duì)粉床進(jìn)行掃描，使選區(qū)金屬熔化，高速磨削頭可以消除工件局部的凸起與翹曲，使工件上表面保持平整，有效減少工件表面殘留凸峰及塑性變形程度，有助于減少制件表面的粗糙度；
[0017](2)高速磨削頭的主軸相對(duì)于工件表面傾斜設(shè)置，使得磨削范圍縮小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)振動(dòng)、低磨削力加工，對(duì)于剛度較低的薄壁工件，工件表層可獲得殘余壓應(yīng)力，易保證較高的加工精度；
[0018](3)砂輪可以在較高溫度場(chǎng)下工作，激光掃描熔化區(qū)的溫度不會(huì)對(duì)磨削加工造成影響，所以對(duì)于鐵合金、镲合金、鶴合金、鈦合金、高溫合金、高強(qiáng)度合金等難磨材料都能獲得良好的加工效果；
[0019](4)高速磨削頭具有Z軸控制裝置，Z軸控制裝置由伺服電機(jī)傳動(dòng)并裝有精密進(jìn)給距離測(cè)量系統(tǒng)，所以可糾正激光掃描熔化金屬的缺陷，提高制件的尺寸精度和致密度，進(jìn)而擴(kuò)大了激光掃描熔化金屬材料適用范圍。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是圖1中的XY工作臺(tái)的俯視圖；
[0022]圖3是圖1中的高速磨削頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中附圖標(biāo)記的含義:1_光纖激光掃描裝置、2-工作腔、3-雙向鋪粉裝置、4-XY工作臺(tái)、5-高速磨削頭、6-Y軸滑塊、7-工作缸、8-制件、9-活塞、10-模型基板、401-滾動(dòng)導(dǎo)軌、402-滾珠絲桿、403-滑塊、404-伺服電機(jī)、501-高速電機(jī)、502-法蘭、503-砂輪主軸、504-動(dòng)平衡塊、505-砂輪。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0025]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的適用于金屬粉末熔化增材制造的系統(tǒng)，其由光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)和高速磨削頭5復(fù)合而成。
[0026]下面詳細(xì)介紹光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)和高速磨削頭5的具體結(jié)構(gòu)。
[0027]首先介紹光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
[0028]參照?qǐng)D1，光纖激光振鏡掃描機(jī)構(gòu)包括:工作腔2、光纖激光掃描裝置1、XY工作臺(tái)4、雙向鋪粉裝置3和工作缸7，其中，工作腔2是一個(gè)密閉的腔體，光纖激光掃描裝置I設(shè)置在工作腔2的上方，XY工作臺(tái)4(XY工作臺(tái)4具有高的運(yùn)動(dòng)剛度)和雙向鋪粉裝置3設(shè)置在工作腔2內(nèi)，XY工作臺(tái)4由切片軟件控制并且在水平方向上同時(shí)具有X軸和Y軸，雙向鋪粉裝置3安裝在XY工作臺(tái)4上，其在XY工作臺(tái)4上能夠沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，工作缸7設(shè)置在工作腔2的下方，工作缸7的活塞9上安裝有模型基板10，雙向鋪粉裝置3在模型基板10上鋪一層金屬粉末，光纖激光掃描裝置I使金屬粉末熔化、凝固，活塞9帶動(dòng)制件8下降一層的距離，雙向鋪粉裝置3繼續(xù)鋪粉，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
[0029]參照?qǐng)D2，XY工作臺(tái)4同時(shí)具有X軸和Y軸，其X軸和Y軸的結(jié)構(gòu)相同，都包括:滾動(dòng)導(dǎo)軌401 (有足夠的支承剛性)、滾珠絲桿402、滑塊403和伺服電機(jī)404，其中，滾珠絲桿402與滾動(dòng)導(dǎo)軌401平行設(shè)置，滑塊403 (用于帶動(dòng)整個(gè)Y軸移動(dòng))安裝在滾動(dòng)導(dǎo)軌401和滾珠絲桿402上，伺服電機(jī)404用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿402轉(zhuǎn)動(dòng)。由于采用了伺服電機(jī)404驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿402轉(zhuǎn)動(dòng)，所以XY工作臺(tái)4的摩捺阻力較小，可提高滑塊403的動(dòng)態(tài)特性。
[0030]接下來(lái)介紹高速磨削頭5的結(jié)構(gòu)