一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置；包括可动态聚焦的激光发生系统、运送丝材的送丝机构和XY轴导轨机构；XY轴导轨机构搭载送丝机构的送丝头在成型缸上方根据规划路径在XY轴方向运动；激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头输出的丝材进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材和/或粉末在工件成型区域的熔融。本装置开辟激光选区熔化SLM的新领域。通过在传统激光选区熔化的基础上整合多路送丝激光熔融沉积装置，实现复合多材料成型，形成了新的成型工艺，为激光选区熔化成型的发展开辟了新的方向和领域。

A laser selective melting and wire feeding composite multi material forming device

The utility model discloses a selective laser melting and wire composite material forming device; including wire feeding mechanism and XY axis guide rail delivery wire laser dynamic focusing system; XY axis guide mechanism is equipped with wire feeder wire forming cylinder head in the above to the planning path in the direction of XY axis exercise; laser system at the same time as the selective laser melting SLM and heat fused deposition of wire feeder head output wire; laser system by dynamic focusing to change the focus position to realize the wire and / or powder in molten workpiece forming area. This device opens up a new field of laser selective melting SLM. Based on the traditional laser selective melting technology, the multi wire feeding laser melting deposition device is integrated to form composite new material forming technology, which opens up a new direction and field for the development of laser selective melting molding.

【技术实现步骤摘要】
一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置
本技术涉及金属增材制造3D打印技术，尤其涉及一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置。
技术介绍
激光选区熔化是一种基于增材制造原理，采用逐层叠加的方式，通过高功率密度的激光器选择性的熔化预置金属粉末的技术。具体为，首先在计算机上利用三维造型软件设计出零件的三维实体模型，并转化为切片软件可以识别的数据格式；其次通过切片软件对获取的三维模型进行支持添加和切片分层处理，得到三维模型的截面轮廓数据；然后路径规划软件对轮廓数据进行扫描路径处理；最后将获取的路径规划后的数据导入激光选区熔化设备，工控机将按照每层轮廓的扫描路径，控制激光束选区逐层熔化金属粉末材料，逐步堆叠成型致密的三维金属零件实体。其优势明显，首先激光选区熔化技术采用新的制造理念，属于无模制造，即无需制造模具，直接一次性成型，大大减少了开模制模所耗费的时间。激光选区熔化成型技术不会受到零件复杂形貌的影响，具有高度的自由成型能力。其次激光选区熔化技术以高能量密度的激光器为热源，激光光斑集中在20-100um的范围内，选择熔化粒径在5-50um之间的球形金属粉末，可以获得质量良好的表面和高致密度的零件，表面粗糙度可达20-30um，致密度达到近乎100％。另外激光选区熔化技术具有微区熔融与凝固的特点，由于激光束扫描速度快，熔化的金属熔池小，所以冷却凝固速度极快，具有极大的过冷度。然而对于成形材料方面，有严格的限制，目前大多单一材料，无法实现多材料的复合成形。但是由于工业零部件对复合多材料成形的需求，现有的激光选区熔化仍不能满足。虽然有学者等提出了激光选区熔化与熔覆结合或者激光选区熔化与铣削方式结合等方式，但是这些方式对激光选区熔化原材料也就是成形粉缸内部的粉末污染特别严重。而且在激光利用率方面不足。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置。本技术采用单一激光器作为粉末及丝材的热源；两者使用同一个激光器作为加热源，通过动态聚焦实现不同情况下的成型。本技术通过下述技术方案实现：一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，包括可动态聚焦的激光发生系统、成型缸1；该激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置还包括一个运送丝材的送丝机构和XY轴导轨机构；XY轴导轨机构搭载送丝机构的送丝头4在成型缸1上方根据规划路径在XY轴方向运动；所述激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头4输出的丝材10进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材10和/或粉末在工件成型区域的熔融。所述XY轴导轨机构包括X轴导轨和Y轴导轨；通过XY轴导轨机构的电机驱动送丝头4沿X轴导轨轨迹运动，X轴导轨沿Y轴导轨轨迹运动，进而实现送丝头4在成型缸1上方根据规划路径在XY轴方向运动；每次熔融沉积前，即铺粉及粉末熔化作业前该多路送丝头4位于初始位置，以免阻碍铺粉及粉末选区熔化作业。所述送丝头4为多路送丝头或者单路送丝头；当采用多路送丝头时，送丝头的后端排布有多个运送不同材质丝材10输送管，送丝头4内部呈锥形结构；所述送丝头4具有自动对丝功能，每次成型前可以沿着成型缸水平面进行对丝；送丝头4上带有发热装置，用于将来自输送管的丝材预热至600℃～800℃。所述送丝头4相对于成型平面的角度可调。可调节送丝头4相对于成型平面呈45°倾斜。所述激光发生系统包括依次光路连接的激光发生器5、移动镜组6、聚焦镜片7以及扫描振镜8，通过动态聚焦微调移动镜组6进而改变焦点位置。所述送丝机构还包括数个用于缠绕不同材质丝材的滚轮和用于牵引丝材的挤出机9。一种多材料成型方法，其包括如下步骤：激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头4输出的丝材10进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材10和/或粉末在工件成型区域的熔融，具体步骤如下：步骤一：铺粉层选区激光熔化步骤当在激光选区熔化SLM成型时，向激光选区熔化成型设备中计算机内导入成型工件的数据，完成铺粉作业后，激光发生系统的聚焦焦点在当前铺粉层进行选区激光扫描，直至完成当前粉层的选区激光熔化成型作业；步骤二：丝材10熔融沉积步骤当铺粉层的选区激光扫描成型结束后，丝材10进行熔融沉积时，丝材10在送丝头4内加热至800℃或以上；当激光发生系统对丝材10熔丝时，改变聚焦焦点位置，通过负离焦的方式，增大激光光斑覆盖丝材10末端，激光与丝材10末端接触并熔化堆叠在SLM当前成型层上；重复步骤一和步骤二，直至完成整个工件的加工，实现工件的多材料复合成型。上述步骤二所述丝材10进行熔融沉积步骤时，在送丝头4中事先按照标号顺序安装好丝材，并加热至800℃；成型缸1自动下降一个层厚的高度；根据标号选定所需材质丝材，并沿当前成型层上表面进行对丝，然后送丝头4根据规划路径移动至该当前成型层所需多材料区域，接着，动态聚焦微调移动镜组6采用负离焦的方式，扩大光斑面积对当前成型上方的丝材进行辐射加热，并熔化堆叠在当前成型层的指定区域；直至送丝头4在XY平面内按照规划路径完成整个当前成型层的丝材熔化堆叠作业；完成当前成型层的指定区域丝材熔化堆叠作业后，若需对当前成型层的另一指定区域丝材熔化堆叠时，先将送丝头4移动至初始位置、对丝，然后XY轴导轨机构搭载送丝头4，按照规划路径完成该当前成型层另一指定区域丝材熔化堆叠作业；如此循环，直至完成当前层所有指定区域的丝材熔化堆叠作业；完成当前层所有指定区域的丝材熔化堆叠作业后，送丝头4返回初始位置；或者成型缸1按照规划路径自动下降一个层厚的高度、铺粉，铺粉高度高于丝材熔化堆叠或者与其齐平；激光发生器发射激光13，动态聚焦该扫描振镜8按照计算机中当前数据层扫描路径扫描，焦点处于铺粉层中，直到当前层扫描完成；如此循环交替，至此完成整个工件的多材料成型。本技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：传统的激光熔融选区熔化SLM技术，不能实现多材料复合成型，每次成型只能使用同一种金属粉末，对有多种材料的零件成型比较困难。本技术加入多路送丝激光熔融沉积装置后，可以根据需要，在成型过程中，实现复合多材料成型。本技术应用范围更加广泛。因为传统激光熔融选区熔化SLM技术，在多材料复合成型上存在困难，对含有多种材料的零部件难以成型，应用范围不广，存在较大局限性。本装置能实现复合多材料成型，所能加工成型的零件类型大大增加，拓宽了应用范围。本技术开辟激光选区熔化SLM的新领域。通过在传统激光选区熔化的基础上整合多路送丝激光熔融沉积装置，实现复合多材料成型，形成了新的成型工艺，为激光选区熔化成型的发展开辟了新的方向和领域。附图说明图1为本技术激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置结构示意图。图2为本技术多材料成型工艺步骤流程图；图3为送丝头立体结构示意图。图中标号：成型缸1；粉料收集缸2；铺粉刷3；送丝头4；激光发生器5；移动镜组6；聚焦镜片7；扫描振镜8；挤出机9；丝材10(即金属丝耗材)；工件11；金属粉末12；激光束13；送丝熔融沉积成型部分14；另一种材料熔融沉积成型部分15；新铺的金属粉末层16；激光选区熔化成型部分17。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，包括可动态聚焦的激光发生系统、成型缸(1)；其特征在于：该激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置还包括一个运送丝材的送丝机构和XY轴导轨机构；XY轴导轨机构搭载送丝机构的送丝头(4)在成型缸(1)上方根据规划路径在XY轴方向运动；所述激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头(4)输出的丝材(10)进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材(10)和/或粉末在工件成型区域的熔融。

【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，包括可动态聚焦的激光发生系统、成型缸(1)；其特征在于：该激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置还包括一个运送丝材的送丝机构和XY轴导轨机构；XY轴导轨机构搭载送丝机构的送丝头(4)在成型缸(1)上方根据规划路径在XY轴方向运动；所述激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头(4)输出的丝材(10)进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材(10)和/或粉末在工件成型区域的熔融。2.根据权利要求1所述激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，其特征在于，所述XY轴导轨机构包括X轴导轨和Y轴导轨；通过XY轴导轨机构的电机驱动送丝头(4)沿X轴导轨轨迹运动，X轴导轨沿Y轴导轨轨迹运动，进而实现送丝头(4)在成型缸(1)上方根据规划路径在XY轴方向运动；每次熔融沉积前，即铺粉及粉末熔化作业前该送丝头(4)位于初始位置，以免阻碍铺粉及粉末选区熔化作业。3.根据权利要求2所述激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，其特征在于，所述送...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋长辉，彭乔忠，杨永强，林康杰，王迪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44