一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型设备制造技术

本发明专利技术公开了一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，属于金属粉末激光熔化成型技术领域，包括控制系统、激光扫描系统及成型系统，成型系统包括沿水平方向顺次设置的成型室、退火室及铺粉机构，且所述成型室、退火室及铺粉机构三者相互固定且底面均与成型平台触接，成型系统还包括驱动成型室、退火室及铺粉机构沿水平方向运动的滑动驱动机构，激光扫描系统设于成型室顶端，所述退火室内设有焊枪及驱动焊枪沿水平面位移的焊接位移机构，所述滑动驱动机构及焊接位移机构均与控制系统连接。本发明专利技术通过在逐层堆积的成型过程中加入同步退火处理，能够有效消除在长时间的增材制造过程中零件各个部位由大温度梯度而产生的易开裂问题。

A laser 3D printing device to effectively prevent the cracking of metal alloy components

The invention discloses a laser print forming device to effectively prevent 3D cracks in metal alloy components, which belongs to the technical field of metal powder laser melting process, including control system, laser scanning system and molding system, molding system includes a molding chamber and arranged along the horizontal direction in the annealing chamber and powder spreading mechanism, and the molding chamber, the annealing chamber and a powder laying mechanism between the three fixed and bottom surfaces and forming platform contact forming system also includes a driving molding chamber and annealing chamber and powder spreading mechanism of sliding movement along the horizontal direction of the driving mechanism, the laser scanning system is arranged on the top of the molding chamber, the displacement mechanism of welding torch and welding torch driven annealing chamber along the horizontal displacement, the sliding driving mechanism and welding displacement mechanism are connected with the control system. By adding synchronous annealing process in the process of stacking stacking, the invention can effectively eliminate the easy cracking problem caused by large temperature gradients in parts of long parts during the long time of increasing material manufacturing process.

【技术实现步骤摘要】
一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置
本专利技术涉及金属粉末激光熔化成型
，尤其涉及一种能够有效防止构件开裂的激光3D打印成型装置。
技术介绍
快速成形(RapidPrototype,RP)技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种先进制造技术，是服务于制造业新产品开发的一种关键技术。它对促进企业的产品创新、缩短新产品研发周期、提高产品竞争力等起着积极的推动作用。该技术自问世以来，逐渐在世界各国的制造业中得到了广泛的应用，并由此催生出一个新兴的
-3D打印技术，作为一种新兴的快速成形技术，主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，用于替代这些领域的一些传统的精加工工艺。另外，3D打印技术也逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装等领域，为创新开拓了广阔的空间。目前，3D打印成形方式主要包括熔融沉积成形(FusedDepositionModeling，FDM)、选择性激光烧结成形(SelectiveLaserSintering，SLS)、光固化成形(stereolithographyapparatus，SLA)、选择性激光熔化成形（SelectiveLaserMelting,SLM）。SLM是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成形的一种技术。SLM工艺一般需要添加支撑结构，其主要作用体现在：1）承接下一层未成形粉末层，防止激光扫描到过厚的金属粉末层，发生塌陷；2）由于成形过程中粉末受热熔化冷却后，内部存在收缩应力，导致零件发生翘曲等，支撑结构连接已成形部分与未成形部分，可有效抑制这种收缩，在一定范围内使成形件保持应力平衡。基于SLM技术的高功率激光束长期循环往复“逐点扫描熔化－逐线扫描搭接－逐层凝固堆积”的激光熔化成形制造过程中，主要工艺参数、外部环境、熔池熔体状态的波动和变化、扫描填充轨迹的变换等不连续和不稳定，都可能在零件内部沉积层与沉积层之间、沉积道与沉积道之间、单一沉积层内部等局部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷（如层间及道间局部未熔合、气隙、卷入性和析出性气孔、微细陶瓷加杂物、内部特殊裂纹等）并影响最终成形零件的内部质量、力学性能和构件的服役使用安全。因此，3D打印过程中的高升降温速率所引起的热应力和残余应力会使所打印的金属构件发生严重的变形、翘曲和开裂、堆积层的开裂和变形一直都是比较棘手的问题，这严重降低了金属合金优异的力学性能，SLM技术虽然通过支撑结构保持一定程度的应力平衡，但并不足以完全改善变形、翘曲和开裂的问题。那么，如何在保证较高打印效率的基础上抑制其裂纹和翘曲变形问题的产生，从而获得大尺寸无裂纹的合金构件，是目前激光3D打印合金构件迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在保证较高打印效率的基础上提出一种能够抑制合金构件裂纹产生问题的激光3D打印成型装置，该装置通过在逐层堆积的成型过程中加入同步退火处理，能够有效消除在长时间的增材制造过程中零件各个部位由大温度梯度而产生的易开裂问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，包括控制系统、激光扫描系统及成型系统，所述成型系统包括成型平台、设在成型平台上的成型基板及用于驱动成型基板沿垂直方向运动的基板驱动机构，所述激光扫描系统、基板驱动机构分别与控制系统相连，所述成型系统还包括沿水平方向顺次设置的成型室、退火室及铺粉机构，且所述成型室、退火室及铺粉机构三者相互固定且底面均与成型平台触接，所述成型系统还包括驱动成型室、退火室及铺粉机构沿水平方向运动的滑动驱动机构，所述激光扫描系统设于成型室顶端，所述退火室内设有焊枪及驱动焊枪沿水平面位移的焊接位移机构，所述滑动驱动机构及焊接位移机构均与控制系统连接。作为本专利技术对上述方案的优选，所述铺粉机构包括粉仓，且粉仓底部出粉口设有用于刮粉的刮粉板。作为本专利技术对上述方案的优选，所述控制系统包括工控机及运动控制卡。作为本专利技术对上述方案的优选，所述成型系统设于密闭仓室内，所述滑动驱动机构包括设置于密闭仓室内的水平导轨及沿水平导轨滑动的支撑臂，所述支撑臂设有三个分别与成型室、退火室及铺粉机构连接的固定端。作为本专利技术对上述方案的优选，所述焊枪包括焊枪本体及焊枪固定座，所述焊枪固定座包括驱动焊枪本体竖向移动的气缸机构。作为本专利技术对上述方案的优选，所述成型室上方通过管道外接保护气仓，且成型室与退火室之间有通气孔连通。作为本专利技术对上述方案的优选，所述成型室下方通过管道外接粉尘净化装置，且粉尘净化装置气体出口连通至保护气仓。作为本专利技术对上述方案的优选，所述成型平台还设有金属粉末回收仓，且所述回收仓设于成型室后方。本专利技术的有益效果在于：（1）在金属构件的激光增长制造过程中，实际上是“逐点扫描－逐线搭接－逐层堆积”的长期循环往复过程，在长时间的增材制造过程中，零件不同部位的每一沉积层的固体材料，在随后的逐层沉积过程中都经历了多周期、变循环、剧烈加热和冷却的短时热历史，本专利技术所述的装置中设有顺次设置的成形室、退火室及铺粉机构，因此在打印长期往复循环的过程中，完成一次“逐点扫描－逐线搭接－逐层堆积”的激光成形过程后，滑动驱动机构将成形室向一侧平移，使得退火室及铺粉机构依次经过成形基板，退火室内焊枪在焊枪位移机构的带动下沿着激光扫描系统逐点扫描的路径进行同步退火处理，能够改善大温度梯度所产生的构件内部开裂问题，成形过程构件内部存在收缩应力导致零件发生翘曲的问题，结合成形基板的支持作用，使得打印出的合金构件基本不会产生翘曲现象。然后再进行下个循环过程的铺粉过程，铺粉机构位移至成形基板上方，合金粉末由粉仓出粉口流出，通过刮粉板调整成形基板的铺粉厚度，并将多余的合金粉末收集至回收仓，同时提高粉末的回收效率，最后成型室移动至成型基板上方，进行下个“逐点扫描－逐线搭接－逐层堆积”的循环过程，最后所得到的构件层间的气隙、特殊裂纹等现象均得到有效控制。（2）本专利技术所采用的3D打印装置结构简单，打印方法易于操作，适于工厂流程化的生产过程。附图说明图1为本专利技术所述的一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置的结构示意图；图2为本专利技术中的滑动驱动机构的结构示意图；其中，1—控制系统，101—工控机，102—运动控制卡，2—激光扫描系统，3—成型系统，4—成型平台，5—成型基板，6—基板驱动机构，7—成型室，8—退火室，801—焊枪，802—焊接位移机构，9—铺粉机构，901—粉仓，902—出粉口，903—刮粉板，10—滑动驱动机构，11—密闭仓室，111—水平导轨，112—支撑臂，113—固定端，12—保护气仓，13—通气孔，14—粉尘净化装置，15—管道，16—金属粉末回收仓。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1及图2所示的一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，包括控制系统1、激光扫描系统2及成型系统3，所述成型系统3包括成型平台4、设在成型平台4上的成型基板5及用于驱动成型基板5沿垂直方向运动的基板驱动机构6，所述激光扫描系统2、基板驱动机构6分别与控制系统1相连，所述成型系统3还包括驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，包括控制系统、激光扫描系统及成型系统，所述成型系统包括成型平台、设在成型平台上的成型基板及用于驱动成型基板沿垂直方向运动的基板驱动机构，所述激光扫描系统、基板驱动机构分别与控制系统相连，其特征在于，所述成型系统还包括沿水平方向顺次设置的成型室、退火室及铺粉机构，且所述成型室、退火室及铺粉机构三者相互固定且底面均与成型平台触接，所述成型系统还包括驱动成型室、退火室及铺粉机构沿水平方向运动的滑动驱动机构，所述激光扫描系统设于成型室顶端，所述退火室内设有焊枪及驱动焊枪沿水平面位移的焊接位移机构，所述滑动驱动机构及焊接位移机构均与控制系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，包括控制系统、激光扫描系统及成型系统，所述成型系统包括成型平台、设在成型平台上的成型基板及用于驱动成型基板沿垂直方向运动的基板驱动机构，所述激光扫描系统、基板驱动机构分别与控制系统相连，其特征在于，所述成型系统还包括沿水平方向顺次设置的成型室、退火室及铺粉机构，且所述成型室、退火室及铺粉机构三者相互固定且底面均与成型平台触接，所述成型系统还包括驱动成型室、退火室及铺粉机构沿水平方向运动的滑动驱动机构，所述激光扫描系统设于成型室顶端，所述退火室内设有焊枪及驱动焊枪沿水平面位移的焊接位移机构，所述滑动驱动机构及焊接位移机构均与控制系统连接。2.根据权利要求1所述的一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，其特征在于，所述铺粉机构包括粉仓，且粉仓底部出粉口设有用于刮粉的刮粉板。3.根据权利要求1所述的一种有效防止金属合金构件开裂的激光3D打印成型装置，其特征在于，所述控制系统包括工控机及运动控制卡。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，邢昌，陶锋，江本赤，王建彬，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34