CN106513680A - 一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法 - Google Patents

一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法；主要在于旋转式成型平台和两个并独立工作的激光熔化成型装置；该旋转式成型平台包括一个圆形平面，在其内嵌有四个对称分布的成型缸；直线铺粉导轨位于圆形平面的正上方；当旋转式成型平台转动90°时，第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，进而在对其中一组成型缸在铺粉区域进行铺粉作业时，另一组成型缸在激光熔化成型装置的两个工位下方进行激光熔化加工作业。通过控制旋转成型平台，实现两组激光同时加工两组零件，并且通过将铺粉区域与成型区域分离，实现铺粉流程与激光加工流程同步进行，极大地提高了激光选区熔化技术的成型效率。

Description

一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法。
背景技术
激光选区熔化(SLM)成型技术是增材制造技术的一种，该技术基于“离散—堆积”原理，依据数字化三维模型的切片数据，采用激光束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出功能零件。相比其它金属增材制造技术，激光选区熔化技术具有更高的成形精度，可成形复杂精细零件，它以结构功能一体化设计制造、短周期、近终形、无模具、无刀具等技术优势成为快速制造复杂构件的先进制造手段，是金属增材制造技术最有发展前景的技术之一。但激光选区熔化技术的成型效率不高，严重限制了激光选区熔化技术的应用的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法。实现两组激光同时加工两组零件，并且通过将铺粉区域与成型区域分离错开90°，实现铺粉流程与激光加工流程同步进行，极大地提高了激光选区熔化技术的成型效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，包括密封成型室17，置于密封成型室17内的粉料缸10、激光熔化成型装置、直线铺粉导轨5、可沿直线铺粉导轨5往复运动的铺粉机构9、由驱动机构驱动其旋转的旋转式成型平台；
该旋转式成型平台包括一个圆形平面3，圆形平面3内嵌合有四个结构相同、且对称分布在其周缘的成型缸；这四个成型缸的上边缘与圆形平面3的上表面在同一水平面；
所述直线铺粉导轨5位于圆形平面3的正上方，其两端分别跨过圆形平面3固定在成型基台22上，进而将直线铺粉导轨5支撑在以圆形平面3的中心点的正上方；
这四个成型缸分为第一成型缸1、第二成型缸2、第三成型缸6、第四成型缸7；其中第一成型缸1和与其相对的第三成型缸6分为第一组成型缸，第二成型缸2和第四成型缸7分为第二组成型缸；
所述激光熔化成型装置20、21分为两个并独立工作，分别相向设置在直线铺粉导轨5的两侧；
圆形平面3上被铺粉机构9运动轨迹覆盖的区域为铺粉区域，位于直线铺粉导轨5两侧的激光熔化成型装置工位下方的区域为成型区域；即两个成型区域之间的连线与铺粉区域直线铺粉导轨5的轴线彼此垂直；
当旋转式成型平台转动90°时，第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，进而在对其中一组成型缸在铺粉区域进行铺粉作业时，另一组成型缸在激光熔化成型装置的两个工位下方进行激光熔化加工作业。
第一组成型缸之间的连线与第二组成型缸之间的连线彼此垂直。
当第一组成型缸位于铺粉区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨5的长度方向相同；
当第二组成型缸位于成型区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨5的长度方向彼此垂直。
圆形平面3嵌入在成型基台22内，其表面与成型基台的表面齐平，并可相对于成型基台22转动；所述驱动机构驱动包括设置在圆形平面3下方的转轴14，转轴14的轴心与圆形平面3的圆心同轴；在转轴14的下端安装有步进电机15；步进电机15转动时，通过转轴14带动圆形平面3转动，当圆形平面3转动90°时，实现第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，或者第二组成型缸与第一组成型缸的位置交替。
直线铺粉导轨5的一端设有导轨步进电机8，用于驱动铺粉机构9在直线铺粉导轨5上往复运动；
粉料缸10设置在直线铺粉导轨5的初始端下方，粉料缸10的上边缘高度与成型基台22的上表面齐平；铺粉机构9在直线铺粉导轨5上往复运动，将高于粉料缸10上边缘的粉末平铺在铺粉区域。
在直线铺粉导轨5的的末端下方设置有粉料回收缸4，用于回收铺粉时多余的粉末。
第一组成型缸和第二组成型缸的下方均独立设有成型缸升降机构11、12、18、19；粉料缸10下方设置有粉料缸升降机构13。
转轴14与圆形平面3之间通过轴承16转动连接。
本发明双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置的运行方法如下：
步骤1：启动激光熔化成型装置20、21，做好粉末添加、成型基板装载、抽真空和通保护气准备工作；
步骤2：位于铺粉区域的一组成型缸，分别下降一个加工层厚的高度，粉料缸10内的粉末在粉料缸升降机构13的驱动下，上升一个铺粉层所需的高度，导轨步进电机8驱动铺粉机构9将粉末从粉料缸平铺到铺粉区域，以对处于铺粉区域的一组成型缸进行铺粉；
步骤3：待处于铺粉区域的一组成型缸完成铺粉作业后，由步进电机15驱动转轴14转动，并带动圆形平面3旋转90°，即，将该组成型缸转入激光熔化成型装置20、21工位下方的成型区域，供其进行激光熔化加工作业；与此同时，成型区域完成激光熔化加工作业的一组成型缸旋转至铺粉区域，对其进行铺粉作业，此时，铺粉区域和成型区域连成的直线与直线铺粉导轨5的轴线彼此垂直；
以此循环，直至所有工件完成激光熔化加工作业。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明通过控制旋转成型平台，实现两组激光同时加工两组零件，并且通过将铺粉区域与成型区域分离，实现铺粉流程与激光加工流程同步进行，极大地提高了激光选区熔化技术的成型效率。
附图说明
图1为本发明双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置俯视图
图2为图1中A-A剖视图。
图3为图1中B-B剖视图。
图4为图1中旋转成型平台俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图所示1至4。本发明公开了一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，包括密封成型室17，置于密封成型室17内的粉料缸10、激光熔化成型装置、直线铺粉导轨5、可沿直线铺粉导轨5往复运动的铺粉机构9、由驱动机构驱动其旋转的旋转式成型平台；
该旋转式成型平台包括一个圆形平面3，圆形平面3内嵌合有四个结构相同、且对称分布在其周缘的成型缸；这四个成型缸的上边缘与圆形平面3的上表面在同一水平面；
所述直线铺粉导轨5位于圆形平面3的正上方，其两端分别跨过圆形平面3固定在成型基台22上，进而将直线铺粉导轨5支撑在以圆形平面3的中心点的正上方；
这四个成型缸分为第一成型缸1、第二成型缸2、第三成型缸6、第四成型缸7；其中第一成型缸1和与其相对的第三成型缸6分为第一组成型缸，第二成型缸2和第四成型缸7分为第二组成型缸；
所述激光熔化成型装置20、21分为两个并独立工作，分别相向设置在直线铺粉导轨5的两侧；
圆形平面3上被铺粉机构9运动轨迹覆盖的区域为铺粉区域，位于直线铺粉导轨5两侧的激光熔化成型装置工位下方的区域为成型区域；即两个成型区域之间的连线与铺粉区域直线铺粉导轨5的轴线彼此垂直；
当旋转式成型平台转动90°时，第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，进而在对其中一组成型缸在铺粉区域进行铺粉作业时，另一组成型缸在激光熔化成型装置的两个工位下方进行激光熔化加工作业。
第一组成型缸之间的连线与第二组成型缸之间的连线彼此垂直。
当第一组成型缸位于铺粉区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨5的长度方向相同；
当第二组成型缸位于成型区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨5的长度方向彼此垂直。
圆形平面3嵌入在成型基台22内，其表面与成型基台的表面齐平，并可相对于成型基台22转动；所述驱动机构驱动包括设置在圆形平面3下方的转轴14，转轴14的轴心与圆形平面3的圆心同轴；在转轴14的下端安装有步进电机15；步进电机15转动时，通过转轴14带动圆形平面3转动，当圆形平面3转动90°时，实现第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，或者第二组成型缸与第一组成型缸的位置交替。
直线铺粉导轨5的一端设有导轨步进电机8，用于驱动铺粉机构9在直线铺粉导轨5上往复运动；
粉料缸10设置在直线铺粉导轨5的初始端下方，粉料缸10的上边缘高度与成型基台22的上表面齐平；铺粉机构9在直线铺粉导轨5上往复运动，将高于粉料缸10上边缘的粉末平铺在铺粉区域。
在直线铺粉导轨5的的末端下方设置有粉料回收缸4，用于回收铺粉时多余的粉末。
第一组成型缸和第二组成型缸的下方均独立设有成型缸升降机构11、12、18、19；粉料缸10下方设置有粉料缸升降机构13。
转轴14与圆形平面3之间通过轴承16转动连接。
如上所述，本发明旋转式成型平台上被铺粉刷运动轨迹覆盖的区域为铺粉区域，位于热源驱动装置(即激光熔化成型装置)下方的区域为成型区域。旋转式成型平台上有对称分布的四个成型缸，当其中两个成型缸位于成型区域，通过两组热源驱动装置控制激光热源熔化特定区域的粉末时，另外两个成型缸位于铺粉区域，通过铺粉装置进行粉末填充。随后成型平台旋转90°，完成粉末填充的两个成型缸旋转至成型区域进行加工，完成加工的两个成型缸旋转至铺粉区域进行粉末填充，以此相互交替，直至工件加工完毕。本发明通过控制旋转成型平台，实现两组激光同时加工两组零件，并且通过将铺粉区域与成型区域分离，实现铺粉流程与激光加工流程同步进行，极大地提高了激光选区熔化技术的成型效率。
本发明双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置的运行方法，可通过如下步骤实现。
步骤1：启动激光熔化成型装置20、21，做好粉末添加、成型基板装载、抽真空和通保护气准备工作；
步骤2：位于铺粉区域的一组成型缸，分别下降一个加工层厚的高度，粉料缸10内的粉末在粉料缸升降机构13的驱动下，上升一个铺粉层所需的高度，导轨步进电机8驱动铺粉机构9将粉末从粉料缸平铺到铺粉区域，以对处于铺粉区域的一组成型缸进行铺粉；
步骤3：待处于铺粉区域的一组成型缸完成铺粉作业后，由步进电机15驱动转轴14转动，并带动圆形平面3旋转90°，即，将该组成型缸转入激光熔化成型装置20、21工位下方的成型区域，供其进行激光熔化加工作业；与此同时，成型区域完成激光熔化加工作业的一组成型缸旋转至铺粉区域，对其进行铺粉作业，此时，铺粉区域和成型区域连成的直线与直线铺粉导轨5的轴线彼此垂直；
以此循环，直至所有工件完成激光熔化加工作业。
本发明通过控制旋转成型平台，实现两组激光同时加工两组零件，并且通过将铺粉区域与成型区域分离，实现铺粉流程与激光加工流程同步进行，极大地提高了激光选区熔化技术的成型效率。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，包括密封成型室(17)，置于密封成型室(17)内的粉料缸(10)、激光熔化成型装置、直线铺粉导轨(5)及可沿直线铺粉导轨(5)往复运动的铺粉机构(9)；
其特征在于：还包括一个由驱动机构驱动其旋转的旋转式成型平台；
该旋转式成型平台包括一个圆形平面(3)，圆形平面(3)内嵌合有四个结构相同、且对称分布在其周缘的成型缸；这四个成型缸的上边缘与圆形平面(3)的上表面在同一水平面；
所述直线铺粉导轨(5)位于圆形平面(3)的正上方，其两端分别跨过圆形平面(3)固定在成型基台(22)上，进而将直线铺粉导轨(5)支撑在以圆形平面(3)的中心点的正上方；
这四个成型缸分为第一成型缸(1)、第二成型缸(2)、第三成型缸(6)、第四成型缸(7)；其中第一成型缸(1)和与其相对的第三成型缸(6)分为第一组成型缸，第二成型缸(2)和第四成型缸(7)分为第二组成型缸；
所述激光熔化成型装置(20、21)分为两个并独立工作，分别相向设置在直线铺粉导轨(5)的两侧；
圆形平面(3)上被铺粉机构(9)运动轨迹覆盖的区域为铺粉区域，位于直线铺粉导轨(5)两侧的激光熔化成型装置工位下方的区域为成型区域；即两个成型区域之间的连线与铺粉区域直线铺粉导轨(5)的轴线彼此垂直；
当旋转式成型平台转动90°时，第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，进而在对其中一组成型缸在铺粉区域进行铺粉作业时，另一组成型缸在激光熔化成型装置的两个工位下方进行激光熔化加工作业。
2.根据权利要求1所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：第一组成型缸之间的连线与第二组成型缸之间的连线，彼此垂直。
3.根据权利要求1所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：当第一组成型缸位于铺粉区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨(5)的长度方向相同；
当第二组成型缸位于成型区域时，以它们中心点之间连成的直线方向与直线铺粉导轨(5)的长度方向彼此垂直。
4.根据权利要求1至3中任一项所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：圆形平面(3)嵌入在成型基台(22)内，其表面与成型基台的表面齐平，并可相对于成型基台(22)转动；所述驱动机构驱动包括设置在圆形平面(3)下方的转轴(14)，转轴(14)的轴心与圆形平面(3)的圆心同轴；在转轴(14)的下端安装有步进电机(15)；步进电机(15)转动时，通过转轴(14)带动圆形平面(3)转动，当圆形平面(3)转动90°时，实现第一组成型缸的位置与第二组成型缸的位置交替，或者第二组成型缸与第一组成型缸的位置交替。
5.根据权利要求4所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：直线铺粉导轨(5)的一端设有导轨步进电机(8)，用于驱动铺粉机构(9)在直线铺粉导轨(5)上往复运动；
粉料缸(10)设置在直线铺粉导轨(5)的初始端下方，粉料缸(10)的上边缘高度与成型基台(22)的上表面齐平；铺粉机构(9)在直线铺粉导轨(5)上往复运动，将高于粉料缸(10)上边缘的粉末平铺在铺粉区域。
6.根据权利要求5所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：在直线铺粉导轨(5)的的末端下方设置有粉料回收缸(4)，用于回收铺粉时多余的粉末。
7.根据权利要求5所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：第一组成型缸和第二组成型缸的下方均独立设有成型缸升降机构(11、12、18、19)；粉料缸(10)下方设置有粉料缸升降机构(13)。
8.根据权利要求5所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置，其特征在于：转轴(14)与圆形平面(3)之间通过轴承(16)转动连接。
9.权利要求1至8中任一项所述双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置的运行方法，其特征在在于包括如下步骤：
步骤1：启动激光熔化成型装置(20、21)，做好粉末添加、成型基板装载、抽真空和通保护气准备工作；
步骤2：位于铺粉区域的一组成型缸，分别下降一个加工层厚的高度，粉料缸(10)内的粉末在粉料缸升降机构13的驱动下，上升一个铺粉层所需的高度，导轨步进电机(8)驱动铺粉机构(9)将粉末从粉料缸平铺到铺粉区域，以对处于铺粉区域的一组成型缸进行铺粉；
步骤3：待处于铺粉区域的一组成型缸完成铺粉作业后，由步进电机(15)驱动转轴(14)转动，并带动圆形平面(3)旋转90°，即，将该组成型缸转入激光熔化成型装置(20、21)工位下方的成型区域，供其进行激光熔化加工作业；与此同时，成型区域完成激光熔化加工作业的一组成型缸旋转至铺粉区域，对其进行铺粉作业，此时，铺粉区域和成型区域连成的直线与直线铺粉导轨(5)的轴线彼此垂直；
以此循环，直至所有工件完成激光熔化加工作业。
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