便携式隔室激光成形制造技术

一种激光成形设备（１０）包括运动系统（１４）。安装固定件（２２）固定在运动系统上以便支承工件（１２）。隔室（２４）固定在固定件上以便包围工件。气体供应装置（３６）与隔室（２４）流体连通以便在压力下在其中引入惰性气体以便填充隔室。激光器（２６）与隔室（２４）对准以便在便携式隔室（２４）内将激光束（２８）投射到工件（１２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及一种制造方法，并且尤其涉及一种激光成形。
技术介绍
对于不同的制造方法来说连续开发出来工业激光器。激光器当前用来在包括金属和高强度合金的多种材料中进行焊接、切割和钻削操作，该材料在现代气体涡轮发动机中所遇到的高温下具有增强的强度。激光成形是用于工业应用的另一正在开发的方法，在该应用中，激光束用来准确加热并变形金属衬底，以便改变其形状。通过激光局部加热通常不超过母材的熔化温度，但是必须足够加热以便实现局部热变形。在这种升高的温度下，母材可以经受其微结构的变化，以及表面氧化和表面变色或者相关的斑痕。但是可以通过准确控制激光扫描期间材料加热并且在真空中进行激光加工来减小或消除这些不利的影响。真空加工相应地需要适当大的腔室来容纳工件和具有相关复杂性、成本的激光设备，并且抽出环境空气增加了所需的加工时间。除了抽空真空腔室之外，惰性气体可提供其中以便在例如焊接或激光成形的热产生过程中保护工件材料。但是，腔室必须设置尺寸来不仅包括工件，而且包括相关的焊接或激光加工设备。作为选择，惰性气体可以通过气体喷嘴提供以便通惰性气体局部冲刷工件位置，并且因此在工件上适当供应和保持惰性气体并同时保持在升高温度下。因此，希望提供一种改进的激光成形设备，其中在整个激光扫描过程中工件通过惰性气体局部保护。
技术实现思路
按照本专利技术一个方面，激光成形系统包括运动系统。安装固定件固定在运动系统上以便支承工件。隔室固定在固定件上以便围绕工件。气体供应装置与隔室流体连通以便在压力下在其中引入惰性气体以便填充隔室。激光与隔室对准以便将激光束投射到工件上，从而在隔室内进行激光成形。按照本专利技术的另一方面，腔室构造成围绕工件。腔室包括构造成密封腔室的窗口，窗口对于通过其中投射的激光束来说是透明的。腔室还包括构造成接收惰性气体的入口和构造成排出惰性气体的出口。附图说明按照优选和示例性的实施例，结合附图，在下面详细描述中，更加特别地说明本专利技术及其其它目的和优点，附图中图1是按照示例性实施例的激光成形设备的示意图；图2是在便携式隔室内支承工件的安装固定件的放大立视图，隔室连接到图1所示机器人的端部操纵装置上；图3是安装在图2所示固定件上的隔室的分解视图。部件列表系统10、零件、工件12、多轴机器人14、可运动臂16、端部操纵装置18、控制器20、安装固定件22、隔室24、工业激光器26、激光束28、石英窗口30、入口32、惰性气体34、罐36、软管38、阀40、出口42、板44、组件46、可松开夹紧件48、底板50、四个侧壁52、天花板54。具体实施例方式图1示意表示的是激光成形设备或系统10，该设备特别构造成激光成形工件或零件12。工件可以具有适当构造和材料成分，例如用于现代气体涡轮发动机的示例性的压缩机翼面。压缩机翼面通常由高强度超合金金属制成，例如气体涡轮发动机的热环境中在升高温度下具有增强强度的镍基超合金。设备10包括运动系统，其实例包括数字控制(NC)系统、机动工作台和机器人系统。在图1所示的实施例中，运动系统是多轴机器人14，其包括从其近端或底端延伸的铰接或可运动臂16，端部操纵装置18位于其相对的远端上。机器人的底端适当安装在基座或地面上，并且端部操纵装置18可以是转动主轴或安装板的形式。机器人还包括控制器20形式的装置，该装置可操作连接到机器人上，并适当构造成在多个自由度上准确运动机器人臂16。机器人14本身可具有许多传统构造和操作，例如从StaubliCorporation，of Duncan，South Carolina购买的Model NumberStaubli RX90。图1所示的机器人臂16包括六个转动接合部，以便使得臂的铰接部分在多自由度系统中进行六个单独转动。控制器20是可以在适当软件中构造以便在端部操作装置18的空间内准确控制三维运动的典型数字编程计算机的形式。以此方式，通过该计算机控制的机器人具有准确运动端部操纵装置18以便进行需要连接其上的部件准确运动的不同制造加工的常用技术作用。例如，图2示意表示机器人臂的多种转动接合部可以用来获得端部操纵装置18在三个典型正交轴X、Y、Z上的平移以及端部操纵装置18围绕其纵向轴线的转动A。参考图1和2，设备10还包括通过例如螺钉或螺栓紧固件适当固定或连接到操纵装置18上的安装固定件22。以此方式，机器人可用来准确地运动连接到其远端上的安装固定件22，其中安装固定件22继而支承其中的所需工件或零件12。相应地，便携式腔室或隔室24适当固定在安装固定件22上以便与其同时运动，其中隔室在安装固定件上围绕工件12的相关部分。隔室提供围绕工件的局部保护封闭件或箱体，以便在任何所需激光成形加工中保护工件。例如，工业激光器26可本身独立于机器人14适当固定安装在支承件或基座上，并且与支承在安装固定件22上的隔室24光学对准以便将工件上投射激光束28，从而在封闭的隔室24内以任何适当的加工进行激光成形。激光器可具有带有适当功率的任何传统的构造，以便发射激光束28，从而局部加热所需工件到所需升高的温度。在超合金压缩机翼面工件12的情况下，激光束有效地用来在金属熔化温度以下局部加热其金属，但该温度足以高以便造成其局部热变形，从而进行所需激光成形加工。特定激光成形加工不是本专利技术的主题，但是与其能力相关，从而将工件加热到在工件上出现不需要的氧化或其它不利加热作用的升高温度下，通过在适当惰性气体中保护工件来消除这种不利影响。更特别是，图1和2所示的示例性隔室24最好包括适当的窗口30，该窗口最好密封闭合窗口处的隔室，其中窗口对于激光束28来说是透明的，使其从中投射，以便到达隔室内的工件。隔室24还包括示例性形式的两个软管接头中的一个或多个入口32，入口在压力下从适当气体供应装置接收惰性气体34，气体供应装置36通过适当的管子或软管38和相应的软管接头以及一个或多个阀40连接到隔室入口32，以便控制气体流速。以此方式，适当惰性气体可在压力下引导，以便填充连接到端部操纵装置上的便携式隔室24，以便在激光成形过程中保护封闭的工件12。激光器26在示例性实施例中可以是连续波(CW)钕(Nd)钇-铝-石榴石(YAG)激光器，其具有1060nm的波长，额定功率是大约2kw。相应地，窗口30可以由大约0.5mm厚的薄透明石英窗口玻璃形成，该材料具有低的热膨胀系数并可以经受由于其中传递的激光束中的热能造成的高热应力。如果需要，石英窗口可以涂覆适当抗反射涂层，以便显著减小石英玻璃本身的激光加热，并且进一步减小使用期间窗口不希望的裂纹的可能性。包括窗口30的隔室24提供大致闭合的腔室，其中引导惰性气体以便在激光成形加工中保护工件。可以使用任何适当的惰性气体，其中对于考虑到的高温结构成形加工来实现工件的局部热变形来说，氩是优选的。也可以使用其它惰性气体，例如氮，尽管氮在高温下会在金属工件内形成不希望的氮化物。图2更加详细地表示限定连接到软管38上以便在隔室24内引导惰性气体34的相应入口的隔室24的相对侧上的两个接头32。隔室还包括适当出口42，该出口用于在操纵期间从隔室排出或排放惰性气体34，以及激光成形加工开始之前排放从隔室中清除的隔室内含有的初始空气。出口42可以具有任何适当的形式，以便在受控的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光成形系统（１０），包括：　　　　运动系统（１４），包括具有端部操纵装置（１８）的可运动臂（１６）；　　　　安装固定件（２２），固定在所述操纵装置（１８）上以便支承工件（１２）；　　　　隔室（２４），固定在所述固定件（２２）上以便包围所述工件（１２）；　　　　气体供应装置（３６），与隔室（２４）流体连通以便在压力下在其中引入惰性气体（３４）以便填充所述隔室（２４）；以及　　　　激光器（２６），与所述隔室（２４）对准以便将激光束（２８）投射到所述工件上，从而在所述隔室（２４）内进行激光成形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张文武，MG琼斯，BH法雷尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]