一种激光立体成形加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光立体成形加工装置及方法。所述装置包括：激光发射装置、磁场发生装置和成形平台；激光发射装置发出激光作用于待加工材料上，形成熔池；磁场发生装置包括螺旋铜线圈、第一电极和第二电极；螺旋铜线圈由一根铜管螺旋绕制而成；第一电极和第二电极分别设置在铜管的两端，用于加载交变电压，使螺旋铜线圈产生交变磁场；在任意时刻，螺旋铜线圈均套在激光与待加工材料的作用点外。在螺旋铜线圈上加载交变电压，产生交变磁场，熔池内的熔体流动切割磁感线产生感应电流，带电的熔体在磁场中运动产生与其运动方向相反的洛伦兹力，抑制熔体流动，减少熔池周围未熔待加工材料颗粒的粘附，改善激光立体成形零件表面光洁度。

A Laser Stereoforming Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种激光立体成形加工装置及方法
本专利技术涉及激光立体成形
，特别是涉及一种激光立体成形加工装置及方法。
技术介绍
激光立体成形，是一种利用高能激光束作为热源，对金属粉末或金属丝进行高温熔化，然后在基板上快速冷却凝固成形的技术。电脑软件首先对零件的三维模型进行切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列的二维轮廓信息，然后通过高能激光束将每一层的分层信息作为路径进行扫描，通过逐层堆积最终形成与零件几何尺寸相同的实体金属构件。近年来这项技术被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域的金属零件制造，特别是航空航天领域中的高性能大尺寸钛合金、镍基高温合金等关键构件。高能激光束作用于金属粉末或金属丝形成的单道熔池近似等于激光的光斑尺寸，因此金属零件的成形精度基本能达到设计尺寸要求。然而，在其相对独立的逐层扫描堆积的成形过程中，虽然激光立体成形技术在理论上可以打印出任意结构的实体零件，但是，零件的表面光洁度控制一直面临较大问题。在激光立体成形过程中，金属微熔池内存在由高温度梯度引起金属熔体由熔池中心向四周的流动，使气液自由界面不稳定；同时在热传递的影响下，熔池边界会有大量未完全熔化的金属粉末或金属丝粘附。这些附着在金属熔池周围的颗粒对金属零件的表面光洁度造成严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光立体成形加工装置及方法，提升激光立体成形金属零件表面的光洁度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种激光立体成形加工装置，所述装置包括：激光发射装置、磁场发生装置和成形平台；所述成形平台水平设置，用于放置待加工材料；所述激光发射装置位于所述成形平台的正上方，用于发出激光作用于所述待加工材料上，形成熔池；所述磁场发生装置包括螺旋铜线圈、第一电极和第二电极；所述螺旋铜线圈由一根铜管螺旋绕制而成；所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述铜管的两端，用于加载交变电压，使所述螺旋铜线圈产生交变磁场；在任意时刻，所述螺旋铜线圈均套在所述激光与所述待加工材料的作用点外。可选的，所述装置还包括调节装置，所述调节装置与所述螺旋铜线圈连接，用于调节所述螺旋铜线圈的水平位置及所述螺旋铜线圈与所述成形平台的夹角。可选的，所述调节装置包括转动圆盘；所述铜管两端沿同一个方向伸出，分别与所述转动圆盘连接；所述转动圆盘用于旋转带动所述螺旋铜线圈转动，调节所述螺旋铜线圈与所述成形平台之间的夹角。可选的，所述调节装置还包括X方向移动轴和X方向导轨；所述X方向导轨水平设置；所述X方向移动轴分别垂直于所述转动圆盘和所述X方向导轨；所述X方向移动轴一端插在所述转动圆盘上，与所述转动圆盘转动连接；所述X方向移动轴另一端与所述X方向导轨沿所述X方向导轨的延伸方向滑动连接。可选的，所述调节装置还包括两个Y方向导轨；两个所述Y方向导轨相互平行设置；两个所述Y方向导轨均与所述X方向导轨垂直；所述X方向导轨架设在两个所述Y方向导轨上，分别与两个所述Y方向导轨沿所述Y方向导轨的延伸方向滑动连接。可选的，所述调节装置还包括Z方向导轨和移动平台；所述移动平台水平设置；两个所述Y方向导轨均固定在所述移动平台上；所述Z方向导轨与所述移动平台垂直；所述移动平台上设置有孔；所述Z方向导轨穿过所述孔与所述移动平台滑动接触；所述移动平台沿所述Z方向导轨上下滑动。可选的，所述铜管为空心结构，一端设置有冷却水进水阀门，另一端设置有冷却水出水阀门；通过向空心铜管内通入循环冷却水进行水冷散热。可选的，所述激光发射装置为CO2气体激光器、Nd-YAG激光器以及光纤激光器中的任意一种。一种激光立体成形加工方法，所述方法包括：将待加工材料均匀送至成形平台上；向螺旋铜线圈上加载设定大小的交变电压，产生交变磁场；调节所述螺旋铜线圈的水平位置及所述螺旋铜线圈与所述成形平台的夹角，使所述待加工材料位于交变磁场中；控制激光发射装置发出激光，以设定路径作用于所述待加工材料上，使对应位置的所述待加工材料熔化形成熔池；通过多个熔池堆积，得到成形零件。可选的，所述将待加工材料均匀送至成形平台上，具体包括：通过惰性气体气动作用和所述待加工材料的重力作用将所述待加工材料均匀吹至所述成形平台上。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：通过设置螺旋铜线圈，并在所述螺旋铜线圈上加载交变电压，产生垂直水平面方向的交变磁场，激光发射装置发出激光作用于待加工材料上，产生熔池，熔池内的熔体由中心向四周流动，流动方向与磁感线方向垂直，流动熔体切割磁感线产生感应电流，带电的熔体在磁场中运动产生与其运动方向相反的洛伦兹力，抑制熔池中的熔体流动，使金属熔池有向中心收缩的效果，减少金属熔池周围未熔待加工材料颗粒的粘附，改善激光立体成形零件表面光洁度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的激光立体成形加工装置结构图；图2为本专利技术实施例提供的激光立体成形加工装置主视图；图3为本专利技术实施例提供的螺旋铜线圈结构图；图4为本专利技术实施例提供的螺旋铜线圈剖面图；附图标记说明：1-激光发射装置，2-螺旋铜线圈，3-熔池，4-零件，5-成形平台，6-第一电极，7-转动圆盘，8-冷却水进水阀门，9-X方向移动轴，10、Z方向导轨，11-冷却水出水阀门，12、移动平台，13-第二电极，14-X方向导轨，15-Y方向导轨。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种激光立体成形加工装置及方法，提升激光立体成形金属零件表面的光洁度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的激光立体成形加工装置结构图；图2为本专利技术实施例提供的激光立体成形加工装置主视图；如图1、2所示，一种激光立体成形加工装置，所述装置包括：激光发射装置1、磁场发生装置和成形平台5；所述成形平台5水平设置，用于放置待加工材料；所述激光发射装置1位于所述成形平台5的正上方，用于发出激光作用于所述待加工材料上，形成熔池3；激光发射装置1的发射功率为0.1～6KW，频率为1～109Hz，发出激光束的光斑直径为0.2mm与待加工材料作用。图3为本专利技术实施例提供的螺旋铜线圈结构图；图4为本专利技术实施例提供的螺旋铜线圈剖面图，如图3、4所示，所述磁场发生装置包括螺旋铜线圈2、第一电极6和第二电极13；所述螺旋铜线圈2由一根铜管螺旋绕制而成；所述第一电极6和所述第二电极13分别设置在所述铜管的两端，用于加载交变电压，使所述螺旋铜线圈2产生交变磁场；本实施例中在螺旋铜线圈2的空心铜管上加载电压为0～380V的交变电压。在任意时刻，所述螺旋铜线圈2均套在所述激光与所述待加工材料的作用点外。所述装置还包括调节装置，所述调节装置与所述螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述装置包括：激光发射装置、磁场发生装置和成形平台；所述成形平台水平设置，用于放置待加工材料；所述激光发射装置位于所述成形平台的正上方，用于发出激光作用于所述待加工材料上，形成熔池；所述磁场发生装置包括螺旋铜线圈、第一电极和第二电极；所述螺旋铜线圈由一根铜管螺旋绕制而成；所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述铜管的两端，用于加载交变电压，使所述螺旋铜线圈产生交变磁场；在任意时刻，所述螺旋铜线圈均套在所述激光与所述待加工材料的作用点外。

【技术特征摘要】
1.一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述装置包括：激光发射装置、磁场发生装置和成形平台；所述成形平台水平设置，用于放置待加工材料；所述激光发射装置位于所述成形平台的正上方，用于发出激光作用于所述待加工材料上，形成熔池；所述磁场发生装置包括螺旋铜线圈、第一电极和第二电极；所述螺旋铜线圈由一根铜管螺旋绕制而成；所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述铜管的两端，用于加载交变电压，使所述螺旋铜线圈产生交变磁场；在任意时刻，所述螺旋铜线圈均套在所述激光与所述待加工材料的作用点外。2.根据权利要求1所述的一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述装置还包括调节装置，所述调节装置与所述螺旋铜线圈连接，用于调节所述螺旋铜线圈的水平位置及所述螺旋铜线圈与所述成形平台的夹角。3.根据权利要求2所述的一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述调节装置包括转动圆盘；所述铜管两端沿同一个方向伸出，分别与所述转动圆盘连接；所述转动圆盘用于旋转带动所述螺旋铜线圈转动，调节所述螺旋铜线圈与所述成形平台之间的夹角。4.根据权利要求3所述的一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述调节装置还包括X方向移动轴和X方向导轨；所述X方向导轨水平设置；所述X方向移动轴分别垂直于所述转动圆盘和所述X方向导轨；所述X方向移动轴一端插在所述转动圆盘上，与所述转动圆盘转动连接；所述X方向移动轴另一端与所述X方向导轨沿所述X方向导轨的延伸方向滑动连接。5.根据权利要求4所述的一种激光立体成形加工装置，其特征在于，所述调节装置还包括两个Y方向导轨；两个所述Y方向导轨相互平行设置；两个所述Y方向导轨均与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任忠鸣，王江，聂建文，陈超越，刘伟，赵睿鑫，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31