用于通过激光烧结来添加制造的激光操作机器及对应的方法技术

一种用于通过激光烧结来添加制造物体的激光操作机器，包括：输送结构(11)，其在工作空间(100)中是可移动的，根据第一移动轴线(X,Y,Z)系统操作，且构造成支承用于发射将烧结在工作基底(100,110)上的烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)；以及用于激光束(L)传送到聚焦于所述工作基底(100,110)上的激光点(S)来烧结所述粉末的光学激光组件(20)。根据本发明专利技术，所述光学激光组件(20)与所述输送结构(11)整体结合关联，且可动元件(12)也与输送结构(11)整体结合关联，根据第二移动轴线(u,v)系统操作，所述可动元件(12)包括工具承载框架(30)，用于发射烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)布置在框架(30)上，喷嘴(34)与所述第二移动轴线(u,v)系统相关联，且相对于所述光学激光组件(20)是可移动的。

Laser operated machine for adding laser sintering and corresponding method

A machine for laser operation, to add manufacturing objects by laser sintering include: (11) the transport structure, in the working space (100) is movable, according to the first mobile axis (X, Y, Z) operating system, and is configured to support for the launch of the sintered substrate in the industry (100110) one or more of the jet nozzle sintering powder (34); and for the laser beam (L) to focus on the work of the substrate (100110) laser point (S) optical components to laser sintering of the powder (20). According to the invention, the optical component (20) transportation structure and the overall association (11), and a movable element (12) and (11) the overall structure of Transportation Association, according to the second axis (U, V) mobile operating system, the movable element (12) comprises a carrying tool the frame (30), for one or more of the nozzle jet emission sintered powder (34) is arranged in the frame (30), nozzle (34) and the second axis (U, V) mobile phase correlation system, and relative to the optical component (20) is movable.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过激光烧结来添加制造的激光操作机器及对应的方法
本描述涉及一种用于通过激光烧结来添加制造物体的激光操作机器，其包括具有第一移动轴线系统且构造成支承用于将烧结粉末射束发射到工作基底上的一个或更多个喷嘴的输送机构，以及用于传送聚焦在所述工作基底上的激光点(S)中的激光束(L)来烧结所述粉末的激光器件。各种实施例可从热塑性或金属烧结粉末(不锈钢、铝、钛、钴铬、镍超级合金、贵重合金)和它们的任何组合开始来应用于烧结较大体积的物体。
技术介绍
用于激光烧结的制造添加过程由沉积烧结粉末的连续层以便构成复杂的几何形状来组成。若干制造生产领域(诸如汽车和航空领域)考虑了用于制造较大的复杂金属或金属合金物体的这些过程。目前使用的增长技术限于增大待生产的物体的尺寸。目前使用的技术为两个类型：·基于粉末床技术的添加制造·通过金属沉积的添加制造。在粉末床技术中，过程发生在排空且由惰性气体填充的室中。粉末床形成有层流。连接到单模式激光源上且具有恒定尺寸的激光点的激光扫描仪朝粉末床引导聚焦辐射，因此执行烧结。粉末床同时提供烧结材料，且用作用于构成物件的支承物。该技术的缺陷在于，其限于较大尺寸的室(具有大于250x250x250mm的大小)的实施：此情况中的过程将由于使用粉末中的低效而不便，且变形将在烧结中相对于所需几何形状发生。用于金属沉积的技术是用于金属涂布或包层的进化方案。与用于激光处理的机器的射束对准的用于包层的喷嘴提供烧结所需的金属粉末射流。尽管该技术允许制造较大的部分，但其由于支承机器的移动轴线的缓慢而处理精度有限且限于产量低。
技术实现思路
本文描述的实施例旨在改善如前文所述的根据现有技术的方法及系统。由于具有所附权利要求中提到的特点的用于通过激光烧结来添加制造的激光操作机器，故各种实施例实现了该目的。各种实施例还涉及用于通过激光烧结来添加制造物体的对应方法。权利要求形成本文关于本专利技术提供的技术公开内容的组成部分。附图说明现在将仅通过举例，参照附图来描述各种实施例，在附图中：图1示出了激光操作机器的示意性透视图，图2a和2b示出了图1的视图的两个细节，图3,4和5示出了图1的机器的细节的三个视图；图6a和6b示出了根据本专利技术的方法的操作的两个模式；图7示出了所述操作机器的控制架构。具体实施方式在以下描述中，提供了许多具体细节，以便允许示例性实施例的最大理解。实施例可在具有或没有特定细节，或利用其它方法、构件、材料等实施。在其它情形中，并未详细示出或描述公知的材料结构或操作来避免使实施例的方面模糊。本说明书内提到的"实施例"指出了结合包括在至少一个实施例中的实施例描述的特定特征、结构或特点。因此，本说明书内的各种位置的短语"在一个实施例中"的使用不一定表示相同实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。标题和引用在本文中提供成仅为了方便读者，且不限定实施例的范围或显著性。简言之，提出的激光操作机器包括：输送结构，其允许可动元件沿第一组多条轴线或确切地说三条笛卡尔轴线X,Y和Z的位移。这些移动优选地以低动力，特别是在相对低的加速度下发生；具有平行运动的可动元件，其具有相应的多条平移或旋转移动轴线，该可动元件是冗余的(redundant)，或确切地说相对于移动可动元件的输送机构具有平行运动。这些轴线优选配备有加速和最大速度方面的较大动力能力，且因此以高动力移动控制；工具载体框架，特别是圆形冠状框架，其与可动元件的轴线整体结合，具有平行运动，或可能由于具有平行运动的该可动元件的轴线的移动而根据一条或更多条轴线倾斜，该框架上布置了用于发射烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴，以及可能的保护气体，特别是来自于可能较远布置的粉末和/或气体的供应系统，该框架具有一定形状，以便在内部限定通路区域，其允许用于烧结的激光束的通路；光学组件，其包括光学扫描器件，或确切地说与输送结构的竖直移动轴线或Z整体结合的光学激光扫描仪，且包括：定向镜，其以高动力可动来用于通过围绕两条垂直轴线旋转来在圆锥形空间内引导烧结激光束且因此激光点，聚焦元件，其也以高动力操作，以改变该圆锥形空间内的焦点或激光点，以及静止镜，其将来自聚焦元件的竖直激光束(特别地，水平地)朝定向镜引导。因此，图1示出了大体上由参考标号10指出的激光操作机器的实施例的示意性透视图，该激光操作机器包括输送结构11，输送结构11构造成移动支承物11d，基本上是竖直支承物，可动元件12沿第一组多条轴线(具体是笛卡尔轴线X,Y,Z)与支承物11d整体结合关联。出于此目的，输送结构11包括两个正交臂11a和11b，以用于借助于马达(图1中未示出)来沿轴线X和Y转移可动元件12。具体而言，以已知方式，臂11a促动成沿臂11b(Y轴线)中的引导件滑动，同时马达促使可动元件12沿臂11a(X轴线)在引导件中移动。附加马达(也未示出)操作关于臂11a的沿可动元件12的Z轴线转移。如图1中所示，由于该构造，转移可动元件12发生在工作容积100中，基本上是平行六面体，其大小由可动元件12沿水平轴线X和Y和竖直轴线Z的行程限定。工作平面110也在图1中指出，其基本上对应于工作容积100的下面。工作平面110为平面或工作基底，如下文所述，待生产的物体的区段从平面或工作基底以添加方式烧结。作为备选，输送结构11可为例如便携式类型。此外，在图1中，11c指出了悬链，其包括来传送激光辐射的光纤，线缆和可能的保护气体(诸如，氩或氮)，以及来自相对可动元件12和激光光学组件20中的构件远距离的相应给送装置的烧结粉末，激光光学组件20包括与输送结构11(特别是与支承物11d)相关联的光学扫描仪。在图1中，仅支承物11d和可动元件12的外保护罩或盖可见，在图2的透视图中放大示出，以示出可动元件12如何具有下部中的工具末端，这由在可动元件12的下部处包括的工具载体框架30上安装的用于发射烧结粉末的多个喷嘴34代表，以便限定周边，限定其内的通路区域。具体而言，在图2a中所述的实施例中，由喷嘴34限定的该周边是圆形的，使得工具载体框架30产生喷嘴34的冠30。如在更详细示出喷嘴34的该冠30的图2b中最佳所见，喷嘴34优选相对于将冠连接到工作平面110上的竖直轴线布置，其中喷嘴34的纵向喷嘴发射轴线U朝经过周边的中心的轴线倾斜，使得这些喷嘴轴线U在粉末的沉积点PD处与彼此交叉。根据优选实施例，这些喷嘴34中的一个或更多个适用于喷洒保护气体的喷嘴。在图2b中，这以34a指出。图3,4和5分别示出了从下方的平面视图，以及没有外保护罩的支承物11d和可动元件12的两个侧视图。在图4的侧视图中，其中X轴线指向出自附图的平面的方向，可观察到，首先可动元件12如何整体结合地固定到支承物11d上，以沿第一组多条移动轴线X,Y,Z输送。以相同方式，包括光学扫描仪20的光学组件固定到支承物11d上，其与支承物11的Z轴线但不与元件12整体结合，且引导和聚焦激光辐射L到工作容积100中的激光点S。出于此目的，光学扫描仪20包括准直仪21，其传送激光辐射L，激光辐射L来自具有适用于烧结的功率特征的相关联的连续激光源，沿Z轴线入射，穿过可动聚焦元件24中的镜22，可动聚焦元件24基本上包括可沿平行于轴线Z的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过激光烧结来添加制造物体的激光操作机器，包括：输送结构(11)，其在工作空间(100)中是可移动的，根据第一移动轴线(X,Y,Z)系统操作，且构造成支承用于发射将烧结在工作基底(100,110)上的烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)；以及用于激光束(L)传送到聚焦于所述工作基底(100,110)上的激光点(S)来烧结所述粉末的光学激光组件(20)，其特征在于，所述光学激光组件(20)与所述输送结构(11)整体结合关联，且可动元件(12)也与所述输送结构(11)整体结合关联，根据第二移动轴线(u,v)系统操作，所述可动元件(12)包括工具承载框架(30)，用于发射烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)布置在所述工具承载框架(30)上，所述一个或更多个喷嘴(34)与所述第二移动轴线(u,v)系统相关联，且相对于所述光学激光组件(20)是可移动的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.30 IT TO2014A0004351.一种用于通过激光烧结来添加制造物体的激光操作机器，包括：输送结构(11)，其在工作空间(100)中是可移动的，根据第一移动轴线(X,Y,Z)系统操作，且构造成支承用于发射将烧结在工作基底(100,110)上的烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)；以及用于激光束(L)传送到聚焦于所述工作基底(100,110)上的激光点(S)来烧结所述粉末的光学激光组件(20)，其特征在于，所述光学激光组件(20)与所述输送结构(11)整体结合关联，且可动元件(12)也与所述输送结构(11)整体结合关联，根据第二移动轴线(u,v)系统操作，所述可动元件(12)包括工具承载框架(30)，用于发射烧结粉末射流的一个或更多个喷嘴(34)布置在所述工具承载框架(30)上，所述一个或更多个喷嘴(34)与所述第二移动轴线(u,v)系统相关联，且相对于所述光学激光组件(20)是可移动的。2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述光学激光组件(20)包括光学扫描器件(24,25,26,27)，以用于定位在所述工作空间(100)中根据第三移动轴线(α,θ,ω)系统操作的所述激光点(S)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的机器，其特征在于，多个喷嘴(34)布置在所述工具承载框架(30)上，以用于发射烧结粉末射流，且在于所述光学扫描器件(24,25,26,27)布置成将所述激光束(L)发射到由用于发射烧结粉末射流的所述多个喷嘴(34)限定的周边内的所述工作平面(110)上。4.根据前述权利要求中的任一项所述的机器，其特征在于，用于保护气体的发射的一个或更多个喷嘴(34a)也布置在所述框架(30)上。5.根据前述权利要求中的任一项所述的机器，其特征在于，所述喷嘴(34,34a)包括预热器件。6.根据前述权利要求3至5中的任一项所述的机器，其特征在于，所述喷嘴(34)的发射轴线(U)倾斜，使得它们在粉末沉积点(PD)交叉。7.根据权利要求3至6中的任一项所述的机器，其特征在于，所述框架(30)和所述多个喷嘴(34)的布置限定圆周。8.根据前述权利要求中的任一项所述的机器，其特征在于，所述第一移动轴线(X,Y,Z)系统包括笛卡尔三元组。9.根据前述权利要求中的任一项所述的机器，其特征在于，所述第二移动轴线(u,v)系统包括一条或更多条旋转轴线，以使所述工具承载框架(30)可倾斜，具体是置于平移轴线(u,v)下游的所述轴线包括在所述第二移动轴线(u,v)系统中。10.根据前述权利要求中的任一项所述的机器，其特征在于，所述第二移动轴线(u,v)系统借助于平行运动机器实施，所述平行运动机器构造成将所述工具承载框架(30)定位在三维空间中且具有其自身的定向。11.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，所述第三移动轴线(α,θ,ω)系统包括垂直于彼此的入射在所述工作平面(110)上的所述激光束(L)的轴线(I)的两条旋转轴线(θ,ω)，以及沿所述激光束(L)的所述轴线(I)的平移轴线(α)。12.根据权利要求11所述的机器，其特征在于，所述光学扫描器件(24,25,26,27)包括聚焦元件(24)，其沿光学轴线(α)接收所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P卡勒法蒂，M卡拉科伊，
申请(专利权)人：普瑞玛工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT