用于增材制造的多激光系统技术方案

描述了一种用于增材制造的多激光系统（

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的多激光系统


[0001]根据权利要求1的前序部分，本专利技术是指用于增材制造的多激光系统
。
特别地，本专利技术说明了一种采用粉末床熔融或粉末床技术进行增材制造的多激光系统
。

技术介绍

[0002]增材制造（
AM
）是一套以数字模型为起点的增材制造工艺，与传统的减材制造技术（用于排屑
、
切削和钻孔的机械加工）不同；通过三维
CAD
模型，由集成在机器控制系统中的软件或在线服务将其划分为若干层，从而获得所产生的层的方案，该方案将由机床处理，用于不同类型材料（尤其是金属
、
塑料或复合材料组件）的沉积过程或烧结
。
[0003]这种技术的主要特点是，它是一种生产工艺，可以根据项目设计的要求，制造出几何形状与最终部件非常接近的部件
。
在
AM
系列中，可以找到一些不同的技术，如使用激光束对粉末床进行选择性熔化
/
烧结（选择性激光束熔化（
SLBM
），或选择性激光束烧结（
SLBS
）或也称为粉末床熔融（
PBF
））
、
通过激光束进行金属沉积（激光束金属沉积（
LBMD
））和选择性电子束熔化（
SEBM
）
。
[0004]在粉末床或
PBF
技术中，激光束被用作高功率密度的热源，仅在特定区域或预定区域熔化金属粉末，在这些区域必须获得用于制造三维部件的致密材料
。
使用激光束的优势在于，它可以聚焦在小尺寸或小点上，直径通常在
30
微米左右，因此可以保证高功率密度，从而快速熔化金属粉末，并使待制造部件的表面光洁度达到良好的精度水平
。
这些特点使粉末床技术得以进入工业市场，用于生产从航空航天到医疗
、
从汽车到珠宝等不同领域的部件
。
特别是，与传统生产技术相比，粉末床技术具有极大的灵活性，可以实现非常高水平的部件定制
。
[0005]在生产过程中，从一层熔化到下一层熔化之间有一个时间间隔，这限制了系统的生产效率，因为在开始后续加工之前，必须等待刮刀或重涂机完成新粉末床的制粉
。
[0006]制造过程主要取决于辐射与物质的相互作用或材料对电磁辐射能量的吸收特性以及粉末床的温度
。
特别是，材料的吸收特性包括密度
、
热导率
、
比热和发射率等参数，并随材料本身的温度而变化，在粉末床或粉末床熔融的增材制造技术中，这些参数决定了材料的加工工艺
。
[0007]工艺参数的选择，如激光功率
、
在粉末床上的激光扫描速度
、
激光束的形状和使用的材料，都会影响到所生产部件的结构和表面质量以及系统的生产率，这对在工业领域使用这种机器起着决定性的作用，特别是在今天的铸造和
/
或热成型和
/
或压铸领域，这也得益于高空间分辨率
、
毛细管工艺控制以及对粉末床进行预处理和对刚熔化的材料进行后处理的能力等优势
。
[0008]熔化过程通过工作室内的一个或多个激光源进行，借助多个光学和
/
或扫描系统，并在惰性气体（如氮气
、
氩气等）环境中进行
。
[0009]熔化过程通过工作室内的一个或多个激光源在多个光学和
/
或扫描系统的帮助下并且在具有惰性气体（例如氮气
、
氩气等）气氛的环境中进行，其中有一些处理装置可以控
制粉末的吸附，从而保证部件的实现，吸出选择性熔化过程中产生的烟雾，并注入气体以支持生产过程
。
[0010]本领域已知许多用于增材制造的多激光系统，如
EP
‑
A1
‑
3083254
中公开的系统，该系统由一组激光器组成，适用于扫描工作区域以进行物体的三维生产；或
CN
‑
A
‑
112248436
中公开的系统，该系统带有多个激光器，可减少对正在制造的物体进行扫描的次数，以提高成型质量；或在
CN
‑
A
‑
111842886
公开的一种粉末床技术系统，其中在工作区域和激光束传输系统之间有多个激光束扫描系统和吹吸系统；或在
CN
‑
A
‑
209063559
描述的一种带有4个振镜的系统，包括两个进气口
、
两个出气口和一个过滤系统，其中两个出气口分别位于腔室左侧板和右侧板的下端；以及在
EP
‑
A1
‑
3050648
中公开的一种工作区域气体输入和抽排系统，其流入喷嘴和排出喷嘴的布置方式可产生至少部分通过工作区域和交界区上方的气流
。
[0011]已知技术的主要缺点是，带有多个激光器的设备不能在工作表面的某一区域自主运行，甚至在使用多个激光源时也不能自主运行
。
扫描次数减少，不利于生产速度，同样，工艺烟气的抽排和辅助气体的引入不是局部的，而是仅限于工作舱的边界墙壁或可能会给粉尘床带来不可控制的振动的结构，以及不靠近所使用的激光在粉末层中进行的工艺的地方，这种局限性会在熔融材料中形成缺陷和
/
或夹杂物，并因此在小尺寸和
/
或大尺寸的最终部件中形成缺陷和
/
或夹杂物
。
此外，就激光源而言，特别是就粉末床层的局部加工而言，这些设备不易扩展
。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是通过一种用于增材制造的多激光系统来解决上述现有技术的问题
。
该系统具有可扩展性，允许使用多个激光源，这些激光源产生的电磁辐射光束沿着预先确定的加工区域分布，能够在每个能力区域自主运行，从而保证待制造物体的高质量和高生产率
。
另一个目的是通过在工作区域上方使用一个固定系统，使机械系统免受粉末床中可能出现的不可控制的振动，该系统在刮刀通过工作区域时完全沿工作区域左右移动：这确保了沉积在工作面上的粉末层不会因后续粉末层的牵引而发生变化和
/
或湍流
。
[0013]从下面的描述中可以看出，本专利技术的上述及其他目的和优点是通过权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统来实现的
。
本专利技术的优选实施例和非微变型构成了从属权利要求的内容
。
[0014]不言而喻，所有附带的权利要求都是本说明书的组成部分
。
[0015]显而易见的是，在不脱离所附权利要求书所显示的本专利技术范围的前提下，可以对所描述的内容进行无数的变化和修改（例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
用于增材制造的多激光系统（
100
），包括
‑
独立光学系统矩阵（
103
），用于在工作表面（
101
）的预定区域内传输电磁辐射束（
107
），所述独立光学系统矩阵（
103
）能够在工作表面（
101
）的所述预定区域内
100%
叠加所述电磁辐射束（
107
），所述独立光学系统矩阵（
103
）连接到机床的上表面；以及
‑
工作面（
101
），用于容纳粉末床（
102
），与活塞（
106
）操作相连
。2.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特征在于，所述独立光学系统矩阵（
103
）是可扩展和模块化的，由多个激光和光学和
/
或振镜扫描系统模块（
111
）组成，与实施增材制造工艺所需的所述工作区域相对应
。3.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特征在于，所述自主模块（
111
）设计有至少4个激光器，每个激光器发射的电磁辐射束（
107
）能够在每个工作区段（
112
）的相应区域（
119
）内执行增材制造，总重叠率为
100%。4.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特征在于，所述自主模块（
111
）设计有至少4个激光器，每个激光器发射的电磁辐射束（
107
）能够在每个工作区段（
112
）的相应区域（
115
）
、
（
116
）
、
（
117
）和（
118
）中执行增材制造，部分重叠率为
50%。5.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特征在于，所述工作区段（
112
）由一个系统（
105
）划定，用于抽排烟雾和引入必要的辅助气体，以便从所述工作区域局部清除工艺烟雾和引入工艺辅助气体，所述抽排烟雾和引入辅助气体的系统（
105
）与所述工作表面（
101
）操作性连接
。6.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特征在于，所述用于抽吸烟雾和引入辅助气体的系统（
105
）配备有一个扩散式中央元件（
108
），用于工作区段（
112
）中的处理气体；以及两个抽排侧元件（
109
），用于从所述工作区段（
112
）中清除工艺产生的烟雾，所述中央扩散元件（
108
）和所述抽排侧元件（
109
）与工作平面（
101
）操作性连接
。7.
根据权利要求1所述的用于增材制造的多激光系统（
100
），其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥，
申请(专利权)人：三D，
类型：发明
国别省市：