【技术实现步骤摘要】
一种金属材料彩色成型装置及方法
本专利技术涉及一种金属材料激光加工装置及方法,特别涉及一种可以实现金属材料彩色成型的装置及方法,属于金属材料彩色3D打印成型
技术介绍
3D打印作为快速成型制造技术的一种,在近些年得到广泛研究与飞速发展。此技术以数字模型文件为基础,将所需成型的复杂3D形体通过计算机处理成简单的2D截面组合,运用金属或塑料等可粘合材料,使其沿着确定方向逐层沉积成一系列2D截面层,再采用一些方式使截面层互相粘结并堆积为所需的3D工件。3D打印相较于传统的制造技术具有制造复杂物品不增加成本、无须组装、灵活便携、可以多材料组合、减少废弃原材料以及精确地实体复制等优势。激光近净成型技术是近年发展起来的一种新的3D打印技术,是一种基于局部送粉的快速成型技术。该方法是激光熔覆(LC)与熔丝沉积制造(FDM)两种技术的有效结合,充分利用了同轴送粉和在线成型两种方法的优势,通过熔化已输送到基材表面的金属粉末,来逐层堆积以制造致密度和强度均较高金属的零部件。所制部件具有力学高强度、高致密、无粘连、加工精度高的特点,同时,加工过程用料省、节能高。对于塑料等有机高分子材料的激光近净成型,利用不同颜色的塑料粉末,通过计算机建模、辅助设计与控制,可实现成型件中不同区域指定颜色粉末的送料与熔化成型,可以获得彩色的成型工件。然而对于金属材料,目前无成熟方法可获得彩色金属成型件。但是,金属彩色成型件的使用性能与研究价值远超过彩色塑料成型件。现有3D打印技术可有效实现金属材料的成型,但成型件都为金属烧结后的本色,无法实现彩色3D打印。存在问题包括:1.效率低、周期长 ...
【技术保护点】
1.一种金属材料彩色成型装置,包括:三个三维扫描加工头(1,2,8)、激光发射端(3)、激光束(4)、送粉腔(5)、光束整形器件(6)、成型台(9)、主控制器(10)和收粉盒(11);激光发射端(3),用于发射未经整形、聚焦的金属材料激光近净成型所用激光束(4),送至光束整形器件(6);送粉腔(5),以同轴送粉方式输送金属粉末至成型台(9)上的成型位置;光束整形器件(6)位于激光发射端(3)发出激光束方向的光路上,用以对激光束进行整形、聚焦,获得金属材料激光近净成型用激光光束(即光束整形激光束),打至成型台(9)上;主控制器(10),用于金属材料彩色3D成型的控制,通过将待加工的成型件(7)形成数字化三维模型,将该三维模型分解为逐层的二维截面,控制光束整形器件(6)出射的激光光束以近净成型的方式将送粉腔(5)喷出的粉末融化,融化物射到成型台(9)上,将融化物按照二维截面逐层堆积后凝固成型获得成型件(7),三维扫描加工头用于发射激光束在三维曲面上的扫描,实现对每一层制造出的实体表面进行激光辐照着色;收粉盒(11)位于成型台(9)下方,用于收纳激光近净成型过程中溅射的金属粉末。
【技术特征摘要】
1.一种金属材料彩色成型装置,包括:三个三维扫描加工头(1,2,8)、激光发射端(3)、激光束(4)、送粉腔(5)、光束整形器件(6)、成型台(9)、主控制器(10)和收粉盒(11);激光发射端(3),用于发射未经整形、聚焦的金属材料激光近净成型所用激光束(4),送至光束整形器件(6);送粉腔(5),以同轴送粉方式输送金属粉末至成型台(9)上的成型位置;光束整形器件(6)位于激光发射端(3)发出激光束方向的光路上,用以对激光束进行整形、聚焦,获得金属材料激光近净成型用激光光束(即光束整形激光束),打至成型台(9)上;主控制器(10),用于金属材料彩色3D成型的控制,通过将待加工的成型件(7)形成数字化三维模型,将该三维模型分解为逐层的二维截面,控制光束整形器件(6)出射的激光光束以近净成型的方式将送粉腔(5)喷出的粉末融化,融化物射到成型台(9)上,将融化物按照二维截面逐层堆积后凝固成型获得成型件(7),三维扫描加工头用于发射激光束在三维曲面上的扫描,实现对每一层制造出的实体表面进行激光辐照着色;收粉盒(11)位于成型台(9)下方,用于收纳激光近净成型过程中溅射的金属粉末。2.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于,三个三维扫描加工头发出的激光束指向成型件(7)或部分成型件,三个三维扫描加工头在水平面的投影位置位于以成型件为圆心的圆上,且三等分该圆。3.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于,三维扫描加工头位于成型件上方,三维扫描加工头的激光出射口与成型件的着色点的连线与成型台所在平面所成角度满足成型要求。4.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于,成型台可以不是正的,只要保证金属粉末可以准确送到激光成型加工位置即可。5.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于,三维扫描加工头与成型件的连线与成型台所在平面所成角度要满足要求为:三维扫描加工头的扫描激光光束对成型件表面辐照点的辐照角度小于80度。6.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于,每个三维扫描加工头与成型件的距离相同,且每个三维扫描加工头的激光出射口与成型件的着色点的距离数值在扫描用激光束焦距附近。7.根据权利要求1所述的一种金属材料彩色成型装置,其特征在于:每个三维扫描...
【专利技术属性】
技术研发人员:高文焱,李本海,李广,李凯,侯振兴,雷名威,张路,
申请(专利权)人:北京航天控制仪器研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。