基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備及加工方法技術

本發明專利技術公開了一種基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備及加工方法，所述設備包括光學系統、中央工控機、密封成型室以及移動面板，所述光學系統與中央工控機相連，所述密封成型室與光學系統相隔離且位于移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖激光器以及與每組光纖激光器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。本發明專利技術可以實現雙工位掃描，保證了大尺寸成型零件的高效率、高精度加工。

【技術實現步驟摘要】
基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備及加工方法
本專利技術涉及一種激光選區熔化SLM設備，尤其是一種基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備及加工方法，屬于
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技術介紹
激光選區熔化SLM(Selective Laser Melting)設備集成了激光、精密傳動、新材料、CAD/CAM等技術，通過30~80微米的精細激光聚焦光斑，逐線搭接掃描新鋪粉層上選定區域，形成面輪廓后，層與層堆積成型制造，從而直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結合的金屬功能零件，致密度可達到近乎100% ;SLM設備將復雜三維幾何體簡化為二維平面制造，制造成本不取決于零件的復雜性，而是取決于零件的體積和成型方向。SLM設備作為直接制造金屬功能零件的重要方式，其優勢主要表現在:I)采用分層制造技術，成型件不受幾何復雜度的影響，對任意復雜成型金屬零件可直接制造，對于個性化小批量復雜產品制造方便；2)使用高功率密度的光纖激光器，光束模式好，激光光斑小，成型精度較高；3)直接制成終端金屬產品，由于激光能量密度較高，對熔點高難加工金屬材料可直接加工成為終端金屬廣品；4)成型金屬零件是具有冶金結合的實體，其相對密度幾乎達到100%，性能超過傳統鑄造件。但目前市面上的激光選區熔化SLM設備成型面積受限于光學系統，單振鏡最大成型區域280X280X350mm，不適·用于大尺寸成型件。同時高功率大光斑掃描可提高效率，小光斑可以保證成型精度，現有的SLM設備很難保證高效率高精度同步進行，因此精度、效率、成型尺寸一直約束了 SLM設備的應用與發展(尤其是在大尺寸零件成型時)。【專利
技術實現思路
】本專利技術的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種可以實現雙工位掃描，保證了大尺寸成型零件的高效率、高精度加工的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備。本專利技術的另一目的在于提供一種基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備的加工方法。本專利技術的目的可以通過采取如下技術方案達到:基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機以及密封成型室，所述光學系統與中央工控機相連，其特征在于:還包括可實現雙工位定位的移動面板，所述密封成型室與光學系統相隔離且位于移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖激光器以及與每組光纖激光器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述每組光纖激光器包括兩臺光纖激光器，所述每個光閥轉向單元用于切換兩臺光纖激光器的輸入，所述兩個光閥轉向單元、兩個可變式擴束準直鏡單元和兩個掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。作為一種優選方案，所述兩組光纖激光器分別為第一組光纖激光器和第二組光纖激光器，所述第一組光纖激光器包括第一低功率光纖激光器和第一高功率光纖激光器，所述第二組光纖激光器包括第二低功率光纖激光器和第二高功率光纖激光器,所述第一低功率光纖激光器和第二低功率光纖激光器用于成型金屬零件邊界掃描，所述第一高功率光纖激光器和第二高功率光纖激光器用于成型金屬零件內部填充掃描；所述兩個光閥轉向單元分別為第一光閥轉向單兀和第二光閥轉向單兀，所述第一光閥轉向單兀用于切換第一低功率光纖激光器與第一高功率光纖激光器的輸入，所述第二光閥轉向單元用于切換第二低功率光纖激光器與第二高功率光纖激光器的輸入。作為一種優選方案，所述SLM設備還包括相互平行的第一滑動導軌和第二滑動導軌，所述移動面板分別與第一滑動導軌和第二滑動導軌連接，所述移動面板與第一滑動導軌連接的部分向右延伸，與第二滑動導軌連接的部分向左延伸；所述兩個可變式擴束準直鏡單元分別為第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元，所述兩個掃描振鏡單元分別為第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元，所述第一光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第一掃描振鏡單元依次相連，所述第二光閥轉向單元、第二可變式擴束準直鏡單元和第二掃描振鏡單元依次相連；所述第一可變式擴束準直鏡單元和第一光閥轉向單元從左至右依次設置在移動面板向右延伸的部分，所述第二可變式擴束準直鏡單元和第二光閥轉向單元從右至左依次設置在移動面板向左延伸的部分，所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元對稱設置在移動面板的中心，所述密封成型室在第一掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第一光學透鏡和第二光學透鏡，在第二掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第三光學透鏡和第四光學透鏡。作為一種優選方案，所述SLM設備還包括螺旋絲杠，所述螺旋絲杠通過螺旋絲杠傳動單元與中央工控機相連，所述螺旋絲杠在螺旋絲杠傳動單元的作用下，通過固定連接件帶動移動面板沿著第一滑動導軌和第二滑動導軌在雙工位之間移動。作為一種優選方案，所述第一光閥轉向單元采用45度全反射鏡片切換第一低功率光纖激光器與第一高功率光纖激光器的輸入，所述第二光閥轉向單元采用45度全反射鏡片切換第二低功率光纖激光器與第二高功率光纖激光器的輸入。作為一種優選方案，所述第一掃描振鏡單元上設有用于將第一可變式擴束準直鏡單元傳輸的激光束進行偏轉的第一組掃描振鏡片，所述第二掃描振鏡單元上設有用于將第二可變式擴束準直鏡單元傳輸的激光束進行偏轉的第二組掃描振鏡片，所述第一組掃描振鏡片和第二組掃描振鏡片分別由兩片相互正交的振鏡片組成；所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元的底部分別設有用于對激光束進行偏轉矯正的場鏡。作為一種優選方案，所述螺旋絲杠傳動單元采用伺服電機。作為一種優選方案，所述密封成型室內部設有鋪粉單元，底部兩側分別設有多余粉末回收單元，底部中心處設有用于放置成型金屬零件的成型平臺，所述成型平臺通過與中央工控機相連形成可向下移動的結構。本專利技術的另一目的可以通過采取如下技術方案達到:基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備的加工方法，其特征在于包括以下步驟:I)將密封成型室沿中線劃分成I區和II區兩個區域，I區和II區分別對應移動面板的兩個工位；2)當移動面板上的光學系統處于I區，此時第一掃描振鏡單兀正對第一光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第三光學透鏡；3)中央工控機發送信號給第一低功率光纖激光器、第二低功率光纖激光器、第一光閥轉向單元、第二光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元；打開第一低功率光纖激光器，其發射的低功率激光束通過光纖進入第一光閥轉向單元，第一光閥轉向單元采用45度全反射鏡片將低功率激光束反射進入第一可變式擴束準直鏡單元，第一可變式擴束準直鏡單元根據低功率激光束更改擴束倍數，將擴束后的低功率激光束傳輸給第一掃描振鏡單兀，通過第一組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正后，通過第一光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描；打開第二低功率光纖激光器，其發射的低功率激光束通過光纖進入第二光閥轉向單元，第二光閥轉向單元采用45度全反射鏡片將低功率激光束反射進入第二可變式擴束準直鏡單元；第二可變式擴束準直鏡單元根據低功率激光束更改擴束倍數，將擴束后的低功率激光束傳輸給第二掃描振鏡單兀，通過第二組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正后，通過第三光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描；4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機以及密封成型室，所述光學系統與中央工控機相連，其特征在于：還包括可實現雙工位定位的移動面板，所述密封成型室與光學系統相隔離且位于移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖激光器以及與每組光纖激光器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述每組光纖激光器包括兩臺光纖激光器，所述每個光閥轉向單元用于切換兩臺光纖激光器的輸入，所述兩個光閥轉向單元、兩個可變式擴束準直鏡單元和兩個掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。

【技術特征摘要】
1.基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機以及密封成型室，所述光學系統與中央工控機相連，其特征在于:還包括可實現雙工位定位的移動面板，所述密封成型室與光學系統相隔離且位于移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖激光器以及與每組光纖激光器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述每組光纖激光器包括兩臺光纖激光器，所述每個光閥轉向單元用于切換兩臺光纖激光器的輸入，所述兩個光閥轉向單元、兩個可變式擴束準直鏡單元和兩個掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。2.根據權利要求1所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述兩組光纖激光器分別為第一組光纖激光器和第二組光纖激光器，所述第一組光纖激光器包括第一低功率光纖激光器和第一高功率光纖激光器，所述第二組光纖激光器包括第二低功率光纖激光器和第二高功率光纖激光器，所述第一低功率光纖激光器和第二低功率光纖激光器用于成型金屬零件邊界掃描，所述第一高功率光纖激光器和第二高功率光纖激光器用于成型金屬零件內部填充掃描；所述兩個光閥轉向單元分別為第一光閥轉向單元和第二光閥轉向單兀，所述第一光閥轉向單兀用于切換第一低功率光纖激光器與第一高功率光纖激光器的輸入，所述第二光閥轉向單兀用于切換第二低功率光纖激光器與第二高功率光纖激光器的輸入。3.根據權利要求2所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述SLM設備還包括相互平行的第一滑動導軌和第二滑動導軌，所述移動面板分別與第一滑動導軌和第二滑動導軌連接，所述移動面板與第一滑動導軌連接的部分向右延伸，與第二滑動導軌連接的部分向左延伸；所述兩個可變式擴束準直鏡單元分別為第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元，所述兩個掃描振鏡單元分別為第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元，所述第一光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第一掃描振鏡單元依次相連，所述第二光閥轉向單元、第二可變式擴束準直鏡單元和第二掃描振鏡單元依次相連；所述第一可變式擴束準直鏡單元和第一光閥轉向單元從左至右依次設置在移動面板向右延伸的部分，所述第二可變式擴束準直鏡單元和第二光閥轉向單元從右至左依次設置在移動面板向左 延伸的部分，所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元對稱設置在移動面板的中心，所述密封成型室在第一掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第一光學透鏡和第二光學透鏡，在第二掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第三光學透鏡和第四光學透鏡。4.根據權利要求3所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述SLM設備還包括螺旋絲杠,所述螺旋絲杠通過螺旋絲杠傳動單元與中央工控機相連，所述螺旋絲杠在螺旋絲杠傳動單元的作用下，通過固定連接件帶動移動面板沿著第一滑動導軌和第二滑動導軌在雙工位之間移動。5.根據權利要求3所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述第一光閥轉向單元采用45度全反射鏡片切換第一低功率光纖激光器與第一高功率光纖激光器的輸入，所述第二光閥轉向單元采用45度全反射鏡片切換第二低功率光纖激光器與第二高功率光纖激光器的輸入。6.根據權利要求3所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述第一掃描振鏡單元上設有用于將第一可變式擴束準直鏡單元傳輸的激光束進行偏轉的第一組掃描振鏡片，所述第二掃描振鏡單元上設有用于將第二可變式擴束準直鏡單元傳輸的激光束進行偏轉的第二組掃描振鏡片，所述第一組掃描振鏡片和第二組掃描振鏡片分別由兩片相互正交的振鏡片組成；所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元的底部分別設有用于對激光束進行偏轉矯正的場鏡。7.根據權利要求4所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述螺旋絲杠傳動單元采用伺服電機。8.根據權利要求1-7任一項所述的基于四激光雙工位的激光選區熔化SLM設備，其特征在于:所述密封成型室內部設有鋪粉單元，底部兩側分別設有多余粉末回收單元，底部中心處設有用于放置成型金屬零件的成型平臺，所述成型平臺通過與中央工控機相連形成可向下移動的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊永強，宋長輝，王迪，葉梓恒，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：