能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，該裝備包含工作艙體、工作平臺、成形缸組件、鋪粉組件、振鏡組合、移動式分區(qū)煙塵凈化組件、保護(hù)氣氛調(diào)控組件和控制系統(tǒng)；移動式分區(qū)煙塵凈化組件與振鏡組合分別包含M(M≥1)組抽送氣口和M列振鏡隊列，每組抽送氣口均與一列振鏡隊列相配套，使得每組抽送氣口都可在與其對應(yīng)的面積較小的輻照區(qū)域上方產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻的氣流，從而保證整個金屬粉末層上方的煙塵均能被及時、有效地清理，極大提升了多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備成形大尺寸零部件時的過程穩(wěn)定性。

Multi mirror large format laser selective melting equipment capable of improving smoke and dust purification effect

The invention discloses a multi mirror large format laser selective melting equipment can improve dust cleaning effect, the equipment includes working cabin, working platform, forming cylinder assembly, powder components, mirror combination, movable partition smoke purification component, protective atmosphere regulation components and control system; mobile partition smoke purification components and the mirror combination comprises M (M = 1) group and the M column mirror pumping port queue, each equipped with a pumping port mirror above the queue, irradiation area of small pumping can make each port in the corresponding airflow stable and uniform, so as to ensure the above metal powder the smoke layer can be cleaned timely and effectively, which greatly enhance the stability of multi mirror large format laser selective melting equipment forming parts of large size.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于增材制造
，具體涉及一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備。
技術(shù)介紹
激光選區(qū)熔化是一種增材制造技術(shù)，其使用振鏡系統(tǒng)輸出高能量密度激光束，對逐層鋪置的金屬粉末層實施選區(qū)熔化，進(jìn)而完成金屬零部件的成形。得益于上述工作原理，激光選區(qū)熔化技術(shù)具有柔性化程度高、產(chǎn)品性能優(yōu)良、材料適應(yīng)性廣泛等一系列優(yōu)點，且可成形常規(guī)加工手段難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬產(chǎn)品。在激光選區(qū)熔化技術(shù)發(fā)展初期，金屬粉末的選區(qū)熔化通常僅由一套位置固定的振鏡系統(tǒng)完成，導(dǎo)致成形效率相對偏低，極大限制了裝備的成形幅面與可成形零件的尺寸。為彌補(bǔ)該不足，專利技術(shù)人所在團(tuán)隊研提出了“多振鏡激光選區(qū)熔化方法(CN102266942A、CN104001915A)”，其基本思路可由圖1概括：在激光選區(qū)熔化裝備中引入多套振鏡系統(tǒng)，并將其按列排布，構(gòu)成振鏡組合；成形金屬零件時，控制振鏡組合對金屬粉末層實施同步掃描；若振鏡組合的有效輻照區(qū)域不能將整個金屬粉末層覆蓋，則先控制振鏡組合對其有效輻照區(qū)域內(nèi)的金屬粉末層實施同步掃描，再將振鏡組合移動至尚未掃描的金屬粉末層上方，并重復(fù)選區(qū)熔化過程，直至完成整個金屬粉末層的選區(qū)熔化。通過上述方法，激光選區(qū)熔化技術(shù)的加工效率得以顯著提升，專利技術(shù)人所在團(tuán)隊和國內(nèi)外其他機(jī)構(gòu)也相繼開發(fā)出了一系列多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，金屬粉末層鋪置幅面的長寬與可成形金屬零件的三維尺寸已逐漸接近甚至達(dá)到“米”級。然而必須指出，在激光選區(qū)熔化過程中，金屬粉末層上方會不可避免地產(chǎn)生大量煙塵。只有及時將煙塵凈化，才能維持入射激光束能量密度的恒定和工作艙體的整潔，進(jìn)而保證成形過程的穩(wěn)定性。因此，無論是由一套振鏡系統(tǒng)構(gòu)成的傳統(tǒng)激光選區(qū)熔化裝備，還是新型的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其成形區(qū)域一般都通過抽氣口、送氣口與含有循環(huán)風(fēng)機(jī)和多孔過濾介質(zhì)/液體過濾介質(zhì)的煙塵凈化主機(jī)連接。在零件成形過程中，煙塵凈化主機(jī)利用循環(huán)風(fēng)機(jī)將金屬粉末層上方含有煙塵的氣體從抽氣口抽出，通過多孔過濾介質(zhì)/液體過濾介質(zhì)將煙塵過濾后，再經(jīng)由送氣口將不含煙塵的氣體重新送入金屬粉末層上方。然而，如圖1所示，現(xiàn)有多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備的抽氣口與送氣口通常只有一組，且分別固定于金屬粉末層的前后兩側(cè)。當(dāng)成形金屬零件時，位置固定、相距較遠(yuǎn)的抽氣口與送氣口通常無法在幅面較大的金屬粉末層上方產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻的氣流，使得煙塵凈化效果不甚理想，由此導(dǎo)致的成形失敗或產(chǎn)品質(zhì)量惡化案例層出不窮。基于上述背景，開發(fā)出一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述不足，本專利技術(shù)公開了一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，旨在提升大尺寸金屬零部件的激光選區(qū)熔化成形質(zhì)量。本專利技術(shù)提供的一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，該裝備包括工作艙體、工作平臺、成形缸組件、鋪粉組件、振鏡組合、移動式分區(qū)煙塵凈化組件、保護(hù)氣氛調(diào)控組件和控制系統(tǒng)；所述工作艙體用于將激光輻照區(qū)域與外界環(huán)境隔離；所述工作平臺位于工作艙體內(nèi)部，工作平臺上表面保持水平；所述成形缸組件位于工作艙體內(nèi)部，由成形缸和基板構(gòu)成；其中，成形缸安裝于工作平臺中心，成形缸上表面與工作平臺上表面共面；基板可在成形缸的缸體內(nèi)部沿豎直方向往復(fù)運動；所述鋪粉組件位于工作艙體內(nèi)部，用于在成形缸上表面鋪置厚度可控的金屬粉末層；所述振鏡組合位于工作艙體內(nèi)部或工作艙體上方；振鏡組合包括沿左右方向均勻排布的M列振鏡隊列以及振鏡傳動機(jī)構(gòu)，M≥1；每列振鏡隊列都包含沿前后方向均勻分布的N套振鏡系統(tǒng)，N≥2；每列振鏡隊列中的振鏡系統(tǒng)在工作平臺上表面的有效輻照區(qū)域沿前后方向緊密排列，且前后相鄰的有效輻照區(qū)域恰好相互接觸，這些振鏡系統(tǒng)的有效輻照區(qū)域共同構(gòu)成了該列振鏡隊列的有效輻照區(qū)域；在振鏡傳動機(jī)構(gòu)帶動下，所有振鏡隊列均可在工作平臺上方沿左右方向同步移動；所述移動式分區(qū)煙塵凈化組件包括抽送氣口、氣體循環(huán)通道以及氣口傳動機(jī)構(gòu)；其中，抽送氣口共有M組且均位于工作艙體內(nèi)部，每組抽送氣口均包括一個抽氣口和送氣口；每組抽送氣口均通過氣體循環(huán)通道與位于工作艙體外部相配套的一臺裝備自帶或外配的煙塵凈化主機(jī)相連；每組抽送氣口均可在氣口傳動機(jī)構(gòu)帶動下在工作平臺上方沿左右方向和豎直方向往復(fù)移動；同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口的抽氣方向與送氣口的送氣方向相同，且與裝備左右方向平行；每組抽送氣口均與一列振鏡隊列相匹配；且與相配套的振鏡隊列存在以下關(guān)系：1)在同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口與送氣口在工作平臺上表面的豎直投影分別位于相配套振鏡隊列在工作平臺上表面有效輻照區(qū)域的左右兩側(cè)；2)煙塵凈化主機(jī)開啟后，每組抽送氣口之間所形成的氣流場在工作平臺上表面的豎直投影可將相配套振鏡隊列在工作平臺上表面的有效輻照區(qū)域覆蓋；所述氣氛調(diào)控組件用于為激光輻照區(qū)域提供惰性保護(hù)環(huán)境；所述控制系統(tǒng)用于處理待成形零件CAD模型，生成振鏡組合掃描軌跡，并驅(qū)動裝備內(nèi)其余部件運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下技術(shù)效果：(1)本專利技術(shù)采用移動式分區(qū)煙塵凈化組件，并將移動式分區(qū)煙塵凈化組件的每組抽送氣口均與振鏡組合中的一列振鏡隊列相匹配，使得每組抽送氣口都可在與其對應(yīng)的面積較小的激光輻照區(qū)域上方產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻的氣流，從而保證整個金屬粉末層上方的煙塵均能被及時、有效地清理，極大提升了多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備成形大尺寸零部件時的過程穩(wěn)定性；(2)由于煙塵凈化效果的顯著提升，激光選區(qū)熔化裝備工作艙內(nèi)部在零部件成形過程中始終保持潔凈，使得成形后的取樣與清理工作難度減小、危險性降低；(3)專利技術(shù)實現(xiàn)形式簡單，運行成本低廉，可移植性強(qiáng)。附圖說明圖1為現(xiàn)有多振鏡激光選區(qū)熔化方法示意圖；圖2為實施例1提供的一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備示意圖；圖3為每組抽送氣口與相配套振鏡隊列相互關(guān)系示意圖；圖4為實施例2提供的一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備示意圖。圖中標(biāo)號說明：1-振鏡系統(tǒng)；2-支架；3-第一除塵伸縮桿；4-抽氣口；5-送氣口；6-第一振鏡導(dǎo)軌；7-第二振鏡導(dǎo)軌；8-第一儲粉室；9-第二儲粉室；10-第一鋪粉導(dǎo)軌；11-第二鋪粉導(dǎo)軌；12-鋪粉器；13-工作平臺；14-成形缸；15-基板；16-工作艙體；17-保護(hù)氣源；18-煙塵凈化主機(jī)；19-氣體循環(huán)通道；20-保護(hù)氣體傳輸通道；21-抽氣口在工作平臺上表面的豎直投影；22-送氣口在工作平臺上表面的豎直投影；23-振鏡系統(tǒng)在工作平臺上表面的有效輻照區(qū)域；24-透光鏡片；25-第一除塵導(dǎo)軌；26-第二除塵導(dǎo)軌；27-第二除塵伸縮桿。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本專利技術(shù)，但并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的限定。此外，下面所描述的本專利技術(shù)各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本專利技術(shù)提供的一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，該裝備包含工作艙體、工作平臺、成形缸組件、鋪粉組件、振鏡組合、移動式分區(qū)煙塵凈化組件、保護(hù)氣氛調(diào)控組件和控制系統(tǒng)；所述工作艙體用于將激光輻照區(qū)域與外界環(huán)境隔離；所述工作平臺位于工作艙體內(nèi)部；工作平臺的上表面保持水平，金屬本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，該裝備包括工作艙體(16)、工作平臺(13)、成形缸組件、鋪粉組件、振鏡組合、移動式分區(qū)煙塵凈化組件、保護(hù)氣氛調(diào)控組件和控制系統(tǒng)；所述工作艙體(16)用于將激光輻照區(qū)域與外界環(huán)境隔離；所述工作平臺(13)位于工作艙體內(nèi)部，工作平臺(13)上表面保持水平；所述成形缸組件位于工作艙體(16)內(nèi)部，由成形缸(14)和基板(15)構(gòu)成；其中，成形缸安裝于工作平臺(13)中心，成形缸(14)上表面與工作平臺(13)上表面共面；基板(15)可在成形缸(14)的缸體內(nèi)部沿豎直方向往復(fù)運動；所述鋪粉組件位于工作艙體(16)內(nèi)部，用于在成形缸(14)上表面鋪置厚度可控的金屬粉末層；所述振鏡組合位于工作艙體(16)內(nèi)部或工作艙體(16)上方；振鏡組合包括沿左右方向均勻排布的M列振鏡隊列以及振鏡傳動機(jī)構(gòu)，M≥1；每列振鏡隊列都包含沿前后方向均勻分布的N套振鏡系統(tǒng)(1)，N≥2；每列振鏡隊列中的振鏡系統(tǒng)(1)在工作平臺上表面的有效輻照區(qū)域(23)沿前后方向緊密排列，且前后相鄰的有效輻照區(qū)域(23)恰好相互接觸，這些振鏡系統(tǒng)(1)的有效輻照區(qū)域(23)共同構(gòu)成了該列振鏡隊列的有效輻照區(qū)域；在振鏡傳動機(jī)構(gòu)帶動下，所有振鏡隊列均可在工作平臺(13)上方沿左右方向同步移動；所述移動式分區(qū)煙塵凈化組件包括抽送氣口、氣體循環(huán)通道(19)以及氣口傳動機(jī)構(gòu)；其中，抽送氣口共有M組且均位于工作艙體內(nèi)部，每組抽送氣口均包括一個抽氣口(4)和送氣口(5)；每組抽送氣口均通過氣體循環(huán)通道(19)與位于工作艙體(16)外部相配套的一臺裝備自帶或外配的煙塵凈化主機(jī)(18)相連；每組抽送氣口均可在氣口傳動機(jī)構(gòu)帶動下在工作平臺(13)上方沿左右方向和豎直方向往復(fù)移動；同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口(4)的抽氣方向與送氣口(5)的送氣方向相同，且與裝備左右方向平行；每組抽送氣口均與一列振鏡隊列相匹配；且與相配套的振鏡隊列存在以下關(guān)系：1)在同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口(4)與送氣口(5)在工作平臺(13)上表面的豎直投影分別位于相配套振鏡隊列在工作平臺(13)上表面有效輻照區(qū)域的左右兩側(cè)；2)煙塵凈化主機(jī)開啟后，每組抽送氣口之間所形成的氣流場在工作平臺(13)上表面的豎直投影可將相配套振鏡隊列在工作平臺(13)上表面的有效輻照區(qū)域覆蓋；所述氣氛調(diào)控組件用于為激光輻照區(qū)域提供惰性保護(hù)環(huán)境；所述控制系統(tǒng)用于處理待成形零件CAD模型，生成振鏡組合掃描軌跡，并驅(qū)動裝備內(nèi)其余部件運行。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種能提高煙塵凈化效果的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，該裝備包括工作艙體(16)、工作平臺(13)、成形缸組件、鋪粉組件、振鏡組合、移動式分區(qū)煙塵凈化組件、保護(hù)氣氛調(diào)控組件和控制系統(tǒng)；所述工作艙體(16)用于將激光輻照區(qū)域與外界環(huán)境隔離；所述工作平臺(13)位于工作艙體內(nèi)部，工作平臺(13)上表面保持水平；所述成形缸組件位于工作艙體(16)內(nèi)部，由成形缸(14)和基板(15)構(gòu)成；其中，成形缸安裝于工作平臺(13)中心，成形缸(14)上表面與工作平臺(13)上表面共面；基板(15)可在成形缸(14)的缸體內(nèi)部沿豎直方向往復(fù)運動；所述鋪粉組件位于工作艙體(16)內(nèi)部，用于在成形缸(14)上表面鋪置厚度可控的金屬粉末層；所述振鏡組合位于工作艙體(16)內(nèi)部或工作艙體(16)上方；振鏡組合包括沿左右方向均勻排布的M列振鏡隊列以及振鏡傳動機(jī)構(gòu)，M≥1；每列振鏡隊列都包含沿前后方向均勻分布的N套振鏡系統(tǒng)(1)，N≥2；每列振鏡隊列中的振鏡系統(tǒng)(1)在工作平臺上表面的有效輻照區(qū)域(23)沿前后方向緊密排列，且前后相鄰的有效輻照區(qū)域(23)恰好相互接觸，這些振鏡系統(tǒng)(1)的有效輻照區(qū)域(23)共同構(gòu)成了該列振鏡隊列的有效輻照區(qū)域；在振鏡傳動機(jī)構(gòu)帶動下，所有振鏡隊列均可在工作平臺(13)上方沿左右方向同步移動；所述移動式分區(qū)煙塵凈化組件包括抽送氣口、氣體循環(huán)通道(19)以及氣口傳動機(jī)構(gòu)；其中，抽送氣口共有M組且均位于工作艙體內(nèi)部，每組抽送氣口均包括一個抽氣口(4)和送氣口(5)；每組抽送氣口均通過氣體循環(huán)通道(19)與位于工作艙體(16)外部相配套的一臺裝備自帶或外配的煙塵凈化主機(jī)(18)相連；每組抽送氣口均可在氣口傳動機(jī)構(gòu)帶動下在工作平臺(13)上方沿左右方向和豎直方向往復(fù)移動；同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口(4)的抽氣方向與送氣口(5)的送氣方向相同，且與裝備左右方向平行；每組抽送氣口均與一列振鏡隊列相匹配；且與相配套的振鏡隊列存在以下關(guān)系：1)在同一組抽送氣口內(nèi)，抽氣口(4)與送氣口(5)在工作平臺(13)上表面的豎直投影分別位于相配套振鏡隊列在工作平臺(13)上表面有效輻照區(qū)域的左右兩側(cè)；2)煙塵凈化主機(jī)開啟后，每組抽送氣口之間所形成的氣流場在工作平臺(13)上表面的豎直投影可將相配套振鏡隊列在工作平臺(13)上表面的有效輻照區(qū)域覆蓋；所述氣氛調(diào)控組件用于為激光輻照區(qū)域提供惰性保護(hù)環(huán)境；所述控制系統(tǒng)用于處理待成形零件CAD模型，生成振鏡組合掃描軌跡，并驅(qū)動裝備內(nèi)其余部件運行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，所述振鏡組合由第一振鏡導(dǎo)軌(6)、第二振鏡導(dǎo)軌(7)和沿左右方向均勻排布的M列振鏡隊列組成；第一振鏡導(dǎo)軌(6)和第二振鏡導(dǎo)軌(7)安裝于工作艙體(16)前后兩側(cè)的內(nèi)壁，可帶動所有振鏡隊列在工作平臺(13)上方沿左右方向同步移動；每列振鏡隊列都包含安裝在支架(2)上且沿前后方向均勻分布的N套振鏡系統(tǒng)(1)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，所述工作艙體(16)頂部安裝有透光鏡片(24)；所述振鏡組合由第一振鏡導(dǎo)軌(6)、第二振鏡導(dǎo)軌(7)和沿左右方向均勻排布的M列振鏡隊列組成；第一振鏡導(dǎo)軌(6)和第二振鏡導(dǎo)軌(7)安裝于工作艙體(17)頂部透光鏡片(24)的上方，可帶動所有振鏡隊列在工作平臺(13)上方沿左右方向同步移動；每列振鏡隊列都包含安裝在支架(2)上且沿前后方向均勻分布的N套振鏡系統(tǒng)(1)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多振鏡大幅面激光選區(qū)熔化裝備，其特征在于，所述鋪粉組件包括第一儲粉室(8)、第二儲粉室(9)、鋪粉器(12)及鋪粉傳動機(jī)構(gòu)；第一儲粉室(8)和第二儲粉室(9)分置于工作艙體頂部，其豎直投影分別落在工作平臺上表面的左右兩側(cè)；鋪粉器(12)能夠在鋪粉傳動機(jī)構(gòu)的帶動下在工作平臺(13)上表面沿左右方向往復(fù)移動；當(dāng)鋪粉器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾曉雁，魏愷文，王澤敏，李祥友，朱海紅，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42