一种SLM大功率零件成形装置及成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种SLM大功率零件成形装置，包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置和扫描振镜；激光束组合器包括高功率激光器、高功率脉冲激光器和激光转换装置，激光转换装置用于实现高功率激光器、高功率脉冲激光器的交替使用。本发明专利技术还公开了采用上述装置进行零件成形的方法。本发明专利技术采用前聚焦振镜的激光束聚焦方式，使得光斑在整个加工表面的每一点上能量密度相同，提高了零件打印的精度。加工过程中，采用两种激光的交换使用，既保证了零件的高效率成形，又能够保证零部件表面的精度与粗糙度，减少了零件的加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种SLM大功率零件成形装置及成形方法
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种SLM大功率零件成形装置，本专利技术还涉及采用上述装置进行零件成形的方法。
技术介绍
激光聚焦的方式有前聚焦振镜(PRE-SCAN)和后聚焦振镜(POST-SCAN)两种方式，POST-SCAN是在扫描后聚焦，PRE-SCAN是在扫描前聚焦。目前SLM使用最普遍的是后聚焦振镜方式，即激光器发出激光束首先通过准直镜、扩束镜，再通过扫描振镜，最后经过场镜(也叫f-theta透镜、f-θ场镜)扫描到加工面。扫描振镜通过改变X、Y轴方向的两个反射镜的反射角度，实现激光束的偏转，进而控制激光束按照指定的扫描路径运动。f-theta透镜是在不改变光学系统光学特性的前提下，改变成像光束的位置，实现在整个加工面光斑聚焦均匀。SLM采用后聚焦振镜的激光束聚焦的方式，扫描面积受到f-theta透镜的限制，且扫描平面内每个光点的大小不一样。当场镜的扫描范围加大，必然导致工作距离的增大，得到的光点的直径变大，也就是说聚得不够细，激光的功率密度下降是非常快的(功率密度跟光斑直径的2次方成反比)，能量损耗加大。由于f-θ场镜利用的是y'＝f*θ关系工作的，而实际的θ和tgθ的值是有区别的，随着焦距f的加大，光点失真程度将越来越大。因此SLM还无法实现大尺寸零件的高精度加工成形，目前一般SLM的加工幅面只能做到1m以下。SLM激光束依赖于材料的能量吸收，激光器功率较低，激光的峰值强度较低，导致零件的打印完成需要较长的时间，加工效率低，且被加工材料粉末颗粒尺寸选用较小，增加了生产成本。SLM加工零件的表面质量无法达到要求，需要进行多个后处理来光整零件表面，这无疑增加了零件加工成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SLM大功率零件成形装置，解决了现有SLM加工零件，加工效率低，零件表面粗糙，生产成本高的问题。本专利技术的另一目的是提供采用上述装置进行零件成形的方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种SLM大功率零件成形装置，包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置和扫描振镜；激光束组合器包括高功率激光器、高功率脉冲激光器和激光转换装置，激光转换装置用于实现高功率激光器、高功率脉冲激光器的交替使用。本专利技术特点还在于，其中激光转换装置为反射镜或半透镜。其中反射镜可转动。其中反射镜与伺服电机连接，通过伺服电机驱动使反射镜旋转。其中半透镜与激光路径45°角设置。其中高功率激光器、高功率脉冲激光器相互垂直设置。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种SLM大功率零件成形方法，采用前聚焦振镜激光束聚焦方式进行零件成形；所采用的SLM大功率零件成形装置结构为：包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置和扫描振镜；激光束组合器包括高功率激光器、高功率脉冲激光器和激光转换装置，激光转换装置用于实现高功率激光器、高功率脉冲激光器的交替使用；具体按照以下步骤实施：步骤1，零件的打印成形：开启设备，读取零件打印剖分程序，高功率激光器输出激光，激光经动态聚焦装置聚焦、扫描振镜扫描，进行零件打印，零件打印完成后，关闭高功率激光器；步骤2，零件表面处理：调节激光转换装置，使之能够反射高功率脉冲激光器发射的激光；读取零件后处理扫描程序，打开高功率脉冲激光器，脉冲激光经激光转换装置反射，进入动态聚焦装置聚焦、扫描振镜扫描，进行零件的表面处理，完成表面处理后，关闭高功率脉冲激光器。本专利技术特点还在于，其中激光转换装置为反射镜或半透镜。其中反射镜与伺服电机连接，通过伺服电机驱动使反射镜旋转。。其中半透镜与激光路径45°角设置。本专利技术的有益效果是，1、本专利技术采用前聚焦振镜(PRE-SCAN)的激光束聚焦方式，使得光斑在整个加工表面的每一点上能量密度相同，提高了零件打印的精度。动态聚焦可以拉长焦距，激光的扫描范围扩大，打印零件的幅面尺寸增大，同时可以通过多个振镜拼接完成更大尺寸零件的高精度成形。2、加工过程中，采用两种激光的交换使用，既保证了零件的高效率成形，又能够保证零部件表面的精度与粗糙度，减少了零件的加工成本。3、采用高功率激光，不依赖材料的能量吸收，快速融化材料粘结成形，有利于提高零件成形的效率，且可以使用粒度大的金属粉末，大颗粒金属粉末相对较便宜，从而降低生产成本。附图说明图1是本专利技术装置一种实施方式的结构示意图；图2是本专利技术装置另一种实施方式的结构示意图；图3是本专利技术装置一种实施方式的过程流程图；图4是本专利技术装置一种实施方式的零件打印状态示意图；图5是本专利技术装置一种实施方式的零件表面处理状态示意图；图6是本专利技术装置另一种实施方式的过程流程图；图7是本专利技术装置另一种实施方式的零件打印状态示意图；图8是本专利技术装置另一种实施方式的零件表面处理状态示意图。图中，1.高功率激光器，2.高功率脉冲激光器，3.动态聚焦装置，4.扫描振镜，5.基材，6.激光转换装置，7.反射镜，8.反射镜转动方向，9.半透镜。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种SLM大功率零件成形装置，包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置和扫描振镜。激光束组合器包括高功率激光器1、高功率脉冲激光器2和激光转换装置6。激光转换装置用于实现高功率激光器1、高功率脉冲激光器2的交替使用。如图1、2所示激光转换装置为可转动的反射镜或45°设置的半透镜。反射镜7与伺服电机连接，通过伺服电机驱动使反射镜7旋转一定的角度。高功率激光器1、高功率脉冲激光器2位置设置使得所发射的激光能够随激光转换装置的转换平行进入相动态聚焦装置即可。比如相互垂直设置。本专利技术采用前聚焦振镜(PRE-SCAN)激光束聚焦方式，使用高功率激光器和高功率脉冲激光器两种激光，设计了一种新的光束组合器，两种激光实时交换使用同一扫描头，分工完成零件的加工成形增材过程和零件表面处理的减材过程。前聚焦振镜即在扫描振镜前采用一个长聚焦的动态聚焦装置，当激光器输出的光斑通过动态聚焦镜聚焦，聚焦的焦距大于动态聚焦镜到振镜的距离，也就是说在光束聚焦的过程中进行扫描，根据工件平面每一点到聚焦镜的距离，改变聚焦镜的焦距，从而使聚焦后的光点全部聚到工件所在的平面，且在整个幅面的聚焦光斑均匀分布，由于可以将焦距拉长，从而增大了扫描面积，这是目前大幅面高速扫描的最佳方案。动态聚焦是针对普通聚焦的偏差问题而开发的一种技术，它采用一个调节器，周期性产生特殊波形的聚焦电压，使电子束在中心点时电压最低，在边角扫描时电压随焦距增大而逐渐增高，随时修正聚焦变化。高功率激光具有高的峰值强度，导致能量快速传递到材料，而与材料的吸收无关，这有利于材料的快速增材成形。高功率脉冲激光用于材料表面的纹理刻画、快速气化、光整已被普遍的应用。利用可转动的反射镜或使用一个45°的半透镜，实现高功率激光和高功率脉冲激光的交替使用，通过动态聚焦可以实时调整大功率激光器发出激光在整个零件表面的聚焦光斑大小，大光斑小能量密度，实现金属粉末的熔化、凝固，最终按照设定的路径实现零部件加工(SLM原理)；通过动态聚焦可以实时调整高功率脉冲激光器发出激光在零件表面的聚焦光斑大小，小光斑大能量密度，实现零件表面抛光、气化、光整目的。这种复合加工，既保证了高效率成形，又能够保证零部件表面的精度与粗糙度。本专利技术可以实现S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置(3)和扫描振镜(4)；所述激光束组合器包括高功率激光器(1)、高功率脉冲激光器(2)和激光转换装置(6)，激光转换装置用于实现高功率激光器(1)、高功率脉冲激光器(2)的交替使用。

【技术特征摘要】
1.一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置(3)和扫描振镜(4)；所述激光束组合器包括高功率激光器(1)、高功率脉冲激光器(2)和激光转换装置(6)，激光转换装置用于实现高功率激光器(1)、高功率脉冲激光器(2)的交替使用。2.根据权利要求1所述的一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，所述激光转换装置为反射镜或半透镜。3.根据权利要求2所述的一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，所述反射镜可转动。4.根据权利要求3所述的一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，所述反射镜与伺服电机连接，通过伺服电机驱动使反射镜旋转。5.根据权利要求1所述的一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，所述半透镜与激光路径45°角设置。6.根据权利要求1所述的一种SLM大功率零件成形装置，其特征在于，所述高功率激光器(1)、高功率脉冲激光器(2)相互垂直设置。7.一种SLM大功率零件成形方法，其特征在于，采用前聚焦振镜激光束聚焦方式进行零件成形；所采用的SLM大功率零件成形装置结构为：包括依次设置的激光束组合器、动态聚焦装置(3)和扫描振镜(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东辉，赵彪，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61