一种实现难流动材料激光快速成形的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实现难流动材料激光快速成形的装置，该装置包括：连续激光发射端，用于出射辐照难流动材料粉末并使其熔化的激光束；脉冲激光发射端，用于出射辐照连续激光烧结位置的激光束，通过脉冲激光光压对难流动材料进行实时压实；红外测温仪，用于监测所述烧结位置的温度或温度变化；信号处理器，用于根据温度信号反馈工艺参数调整信号给主控制系统；主控制系统，根据接收到的工艺参数调整信号控制激光快速成形系统。通过本发明专利技术可以有效避免难流动材料成形件内出现气孔等缺陷，防止材料由于温度过高或热积累而导致氧化、分解，从而实现难流动材料的高品质成形，获得良好成形件。获得良好成形件。获得良好成形件。

【技术实现步骤摘要】
一种实现难流动材料激光快速成形的装置


[0001]本专利技术涉及一种快速成形的装置及方法，特别涉及一种实现难流动材料激光快速成形的装置及方法。

技术介绍

[0002]快速成形技术以离散
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堆积为原理，利用材料的受控成形制造零件，自1980年代末产生以来，国内外已开发多种快速制造成形工艺，广泛应用于航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型、建筑模型、机械行业等领域。近年来，利用激光等高能量密度加工手段的金属、非金属零件直接成形制造已成为快速成形技术的研究热点，其共同的特点是通过将材料熔化或半熔化后沉积来实现材料堆积成形，在特种加工与制造方面发挥了重要作用，具有广阔的应用前景。
[0003]成形材料的研发及应用是目前快速成形技术的研究重点之一，使用较为广泛的包括金属材料与有机高分子材料。对于金属材料，其具有较好的流动性、强韧性以及工艺性，成形零件具有良好的机械强度，能够承受较大力学载荷；对于有机高分子材料，其具有熔点低、流动性好、成本低等优点，可作为零件投产前的设计修改，缩短产品研发周期、降低生产成本与能耗。近些年，随着对快速成形产品使用性能需求的不断提高，出现了多种功能材料，如陶瓷材料、金属陶瓷复合材料以及超高分子量聚合物等，拥有优异的耐磨损、耐腐蚀性能，尤其对于超高分子量聚合物，其具有比强度高、韧性好、耐应力开裂、抗冲击以及自润滑等诸多优异性能。然而，这类材料存在共同的问题即流动性差，进而不易成形加工且成形制件存在气孔等缺陷，严重影响其使用性能。因此，想要充分利用成形材料优异性能，获得高品质成形件，需要解决该类材料成形过程中难流动问题，实现成形的实时控制。
[0004]根据光压理论与实验研究可知，激光束照射物体表面时，入射的光子会将其动量传给物体表面的原子而形成对该物体表面的压力。设激光是频率为υ的单色光，则每个光子具有动量p＝hυ/c(h为普朗克常数、c为光速)，物体表面单位时间单位面积上有N个光子正入射，则产生压力为P＝(1+η)Np(η为物体表面反射系数)。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供一种实现难流动材料激光快速成形的装置，有效实现陶瓷材料、金属陶瓷复合材料、超高分子量聚合物等难流动材料的快速成形。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种实现难流动材料激光快速成形的装置，该装置包括：
[0007]连续激光发射端，用于出射辐照难流动材料粉末并使其熔化的激光束；
[0008]脉冲激光发射端，用于出射辐照连续激光烧结位置的激光束，通过脉冲激光光压对难流动材料进行实时压实；
[0009]红外测温仪，用于监测所述烧结位置的温度或温度变化；
[0010]信号处理器，用于根据温度信号反馈工艺参数调整信号给主控制系统；
[0011]主控制系统，根据接收到的工艺参数调整信号控制激光快速成形系统。；
[0012]信号处理器的一端连接有红外测温仪，另一端连接主控制系统，主控制系统与连续激光发射端和脉冲激光发射端进行电连接；连续激光发射端、脉冲激光发射端和红外测温仪位于工作台的上方。
[0013]进一步地，连续激光发射端、脉冲激光发射端与红外测温仪相对位置可调地固定在一移动平台上，保证三者可同步移动，同时连续激光发射端、脉冲激光发射端的激光辐照位置中心与红外测温仪的探测位置中心可调且可保证实时重合。以便实现：第一，脉冲激光光压对连续激光束烧结位置的实时压实；第二，连续激光束烧结位置温度的实时同步监测。
[0014]进一步地，主控制系统根据接收到的工艺参数调整信号控制激光快速成形系统包括根据工艺参数调整信号调整连续激光发射端与脉冲激光发射端，具体地，涉及连续激光发射端的移动轨迹、移动速度以及输出激光功率，脉冲激光发射端的输出激光功率、脉宽以及重复频率。优选地，主控制系统还用于预设连续、脉冲激光发射端的工艺参数。
[0015]进一步地，难流动材料粉末为陶瓷粉末、金属陶瓷复合粉末或超高分子量聚合物粉末。
[0016]本专利技术还提出一种采用如前所述的装置实现难流动材料激光快速成形的方法，该方法包括如下步骤：
[0017]步骤1：将难流动材料粉末预铺在工作台上，通过主控制系统调整连续激光发射端位置；
[0018]步骤2：通过主控制系统调整脉冲激光发射端位置，使脉冲激光辐照区域中心与连续激光辐照区域中心重合；
[0019]步骤3：调整红外测温仪探测位置，使探测位置中心与连续、脉冲激光辐照位置中心重合；
[0020]步骤4：在主控制系统中预设连续激光发射端、脉冲激光发射端的工艺参数；
[0021]步骤5：通过主控制系统开启激光快速成形系统，连续激光发射端、脉冲激光发射端以各自预设的工艺参数同时工作，对难流动材料粉末进行烧结成形与实时压实；
[0022]步骤6：开启红外测温仪与信号处理器，红外测温仪实时反馈激光束烧结位置温度给信号处理器，信号处理器对激光束烧结位置温度进行逻辑判断后向主控制系统反馈工艺参数调整信号，主控制系统根据工艺参数调整信号调整工艺参数，实现对激光束烧结位置温度的实时控制，同时保证对激光束烧结区域的实时稳定压实；
[0023]步骤7：成形结束后，关闭装置。
[0024]进一步地，在所述步骤1中，连续激光发射端位于粉床左侧起始端的正上方，通过主控制系统调整连续激光发射端位置，使激光束离焦量满足粉末烧结成形工艺要求。
[0025]在所述步骤2中，脉冲激光辐照区域大于粉末烧结成形区域，保证对连续激光束烧结位置的难流动材料进行充分压实。
[0026]该方法不仅可以实现二维平面的成形，还可实现多个二维截面沿着高度方向逐层叠加成形，即三维成型。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术采用连续、脉冲双激光器快速成形系统，利用脉冲激光光压实现对难流动材料的实时压实，在粉末熔化成形过程中促使熔化粉末流动并填充间隙，避免成形件内出
现气孔；同时采用温度闭环控制系统，实时监测烧结位置温度，将烧结位置温度控制在可允许的加工温度范围内，防止难流动材料尤其是超高分子量聚合物由于温度过高或热积累而导致氧化、分解，从而实现难流动材料的高品质成形。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的结构示意图。
[0030]图2是本专利技术的方法流程图。
[0031]其中，1
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工作台，2
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连续激光发射端，3
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脉冲激光发射端，4
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红外测温仪，5
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主控制系统，6
‑
信号处理器。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。
[0033]我们通过大量研究发现，难流动材料的激光快速成形存在如下问题：
[0034]第一、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现难流动材料激光快速成形的装置，其特征在于，该装置包括：连续激光发射端，用于出射辐照难流动材料粉末并使其熔化的激光束；脉冲激光发射端，用于出射辐照连续激光烧结位置的激光束，通过脉冲激光光压对难流动材料进行实时压实；红外测温仪，用于监测所述烧结位置的温度或温度变化；信号处理器，用于根据温度信号反馈工艺参数调整信号给主控制系统；主控制系统，根据接收到的工艺参数调整信号控制激光快速成形系统；所述的信号处理器的一端连接有红外测温仪，另一端连接主控制系统，主控制系统与连续激光发射端和脉冲激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文焱，闫方亮，
申请(专利权)人：北京聚睿众邦科技有限公司，
类型：新型
国别省市：