激光熔融及激光銑削復(fù)合3d打印設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及3D打印設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬熔融3D打印技術(shù)(Selective Laser Melting，SLM)是利用高亮度激光直接熔化金屬粉末材料，無需粘結(jié)劑，由3D模型直接成型出與鑄件性能相當(dāng)?shù)娜我鈴?fù)雜結(jié)構(gòu)零件。
[0003]金屬熔融3D打印技術(shù)雖然可以成型出達(dá)到鑄造強(qiáng)度級別的零件，但是成型出的零件的形狀誤差大、表面光潔度不高，這樣，成型后的零件則需要采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式對此進(jìn)行二次加工，才能得到航空制造工業(yè)所要求的形狀及表面精度。而航空航天行業(yè)大部分零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、葉片、蜂窩結(jié)構(gòu)的燃燒室等，一般是復(fù)雜薄壁或點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，或是尺寸較大的形狀，或是自由曲面等形狀，當(dāng)采用金屬熔融3D打印技術(shù)加工出來的零件，再放入機(jī)床進(jìn)行二次加工時(shí)，則存在以下問題:
[0004]I)、裝夾困難，或裝夾后，由于坐標(biāo)變換無法精確定位零件參考點(diǎn)，導(dǎo)致加工誤差大；
[0005]2)、對于薄壁結(jié)構(gòu)的零件，加工時(shí)，由于無支撐零件的面，導(dǎo)致零件應(yīng)力變形；
[0006]3)、部分零件由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刀具無法伸入其內(nèi)部，導(dǎo)致難以加工。
[0007]由于上述問題的存在，導(dǎo)致目前金屬熔融3D打印技術(shù)雖然已經(jīng)應(yīng)用到飛機(jī)零件的生產(chǎn)制造中，但應(yīng)用面較窄，僅應(yīng)用于一些對精度、強(qiáng)度要求不高的零件，或者形狀較簡單及容易二次機(jī)械加工的零件的加工上，距離廣泛應(yīng)用還存在較大差距。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，采用金屬熔融3D打印技術(shù)加工的零件在機(jī)床進(jìn)行二次加工，存在裝夾困難、加工誤差大、零件易變性及難以加工的問題。
[0009]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備，包括基座，所述基座上設(shè)有沿豎向移動(dòng)的加工平臺(tái)；所述基座上設(shè)有用于將金屬粉鋪設(shè)在所述加工平臺(tái)形成金屬粉層的鋪粉結(jié)構(gòu)，所述鋪粉結(jié)構(gòu)位于所述加工平臺(tái)的前端；所述加工平臺(tái)的上方分別設(shè)有激光發(fā)射結(jié)構(gòu)以及可在立體空間移動(dòng)的激光銑削頭；所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射激光束對位于所述加工平臺(tái)上的金屬粉層進(jìn)行熔融加工以形成單層或多層近似形體；所述激光銑削頭發(fā)射激光束對形成在所述加工平臺(tái)上的單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工。
[0010]進(jìn)一步地，所述基座上設(shè)有兩個(gè)相間隔并排布置的導(dǎo)軌，所述加工平臺(tái)位于兩所述導(dǎo)軌之間；所述鋪粉結(jié)構(gòu)包括刮刀以及儲(chǔ)粉箱，所述刮刀的兩端分別活動(dòng)連接于兩所述導(dǎo)軌，所述刮刀的下端與所述加工平臺(tái)之間具有間隙；所述儲(chǔ)粉箱具有上端開口且用于裝置金屬粉的儲(chǔ)粉腔，所述基座中設(shè)有與所述儲(chǔ)粉腔的上端開口對齊的通孔；所述儲(chǔ)粉箱的儲(chǔ)粉腔中設(shè)有豎向移動(dòng)且用于將金屬粉運(yùn)送至所述基座上的運(yùn)粉臺(tái)，所述運(yùn)粉臺(tái)分別與所述儲(chǔ)粉腔的上端開口及通孔對齊布置。
[0011]進(jìn)一步地，所述加工平臺(tái)的兩側(cè)分別設(shè)有用于檢測鋪設(shè)在所述加工平臺(tái)上的金屬粉層厚度的傳感器。
[0012]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括發(fā)射激光束的激光發(fā)生器以及多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)布置且用于對激光束進(jìn)行反射的偏振鏡，多個(gè)所述偏振鏡相間隔布置在激光束的傳輸路線上。
[0013]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括容置盒，多個(gè)所述偏振鏡置于所述容置盒中，且所述容置盒的下端具有出射口，經(jīng)所述偏振鏡反射后的激光束從所述出射口射出。
[0014]進(jìn)一步地，于所述激光發(fā)生器與容置盒之間設(shè)有準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡，由所述激光發(fā)生器射出的激光束通過所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，進(jìn)入所述容置盒中。
[0015]進(jìn)一步地，兩個(gè)所述導(dǎo)軌上活動(dòng)連接有門架，所述門架包括兩個(gè)相間隔布置的連接臂以及橫梁，兩個(gè)所述連接臂的下端分別活動(dòng)連接在兩個(gè)所述導(dǎo)軌上，所述橫梁的兩端分別連接在兩個(gè)所述連接臂的上端；所述橫梁上活動(dòng)連接有橫梁移動(dòng)的移動(dòng)端子，所述移動(dòng)端子上活動(dòng)連接有相對于所述移動(dòng)端子上下移動(dòng)的連接板，所述激光銑削頭連接于所述連接板上。
[0016]進(jìn)一步地，所述激光銑削頭內(nèi)設(shè)有供冷卻水流通的冷卻管路。
[0017]進(jìn)一步地，所述激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備還包括回收箱，所述回收箱中具有用于裝置回收所述基座上金屬粉的回收腔，所述回收箱位于所述基座的下方，所述基座中設(shè)有連通所述回收腔的回收口。
[0018]進(jìn)一步地，沿所述刮刀鋪粉時(shí)的移動(dòng)方向，所述回收口位于所述加工平臺(tái)的后端。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備加工零件，利用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的激光束逐層熔融金屬粉層后，利用激光銑削頭發(fā)出的激光束對單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工，循環(huán)重復(fù)直至零件加工完畢，該3D打印設(shè)備將傳統(tǒng)的以銑削為主的去除式精密加工與以激光束熔融3D打印為主的增量疊層制造工藝集成為一體，既能克服傳統(tǒng)3D打印技術(shù)在尺寸和形狀精度等方面的缺陷，也可以克服切削加工對零部件復(fù)雜程度等方面的制約，這樣，則不需要對加工后的零件進(jìn)行二次加工，避免現(xiàn)時(shí)裝夾困難、加工誤差大、加工時(shí)零件出現(xiàn)變形以及難以加工的問題，為3D打印技術(shù)開辟更加廣闊的應(yīng)用空間，為航空航天產(chǎn)業(yè)核心精密零部件的生產(chǎn)制造提供新的方法和手段；另夕卜，采用激光束對單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工，屬于非接觸式銑削加工，避免傳統(tǒng)式刀具直接與單層或多層近似形體直接接觸加工存在的缺陷，大大提高銑削加工的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備的立體示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的激光銑削頭的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0023]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]如圖1?2所示，為本實(shí)用新型提供的較佳實(shí)施例。
[0025]本實(shí)用新型提供的3D打印設(shè)備1，復(fù)合了激光銑削加工及激光熔融，其可以用于成型各種零件，如航空制造工業(yè)所需的零件等。
[0026]激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I包括基座100、鋪粉結(jié)構(gòu)、激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101以及激光銑削頭114，其中，基座100作為整個(gè)3D打印設(shè)備I的基礎(chǔ)，起到承載作用，基座100上設(shè)有沿豎直方向移動(dòng)的加工平臺(tái)109，金屬粉被鋪設(shè)在該加工平臺(tái)109上；鋪粉結(jié)構(gòu)設(shè)置在基座100上，其位于加工平臺(tái)109的前端，鋪粉結(jié)構(gòu)用于將金屬粉等輸送到加工平臺(tái)109上，且金屬粉在加工平臺(tái)109上形成金屬粉層；激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101位于加工平臺(tái)109的上方，其發(fā)射可以在水平面移動(dòng)的激光束，且該激光束用于對形成在加工平臺(tái)109上的金屬粉層進(jìn)行熔融加工以形成單層或多層近似形體；激光銑削頭114位于加工平臺(tái)109的上方，其可以在空間中立體移動(dòng)，該激光銑削頭114可以發(fā)射激光束對加工平臺(tái)109上熔融成型的單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工。
[0027]參照圖1所示，設(shè)定平行于加工平臺(tái)109的XY平面為水平面，Z方向則為豎直方向，垂直于水平面的平面為豎直平面，這樣，加工平臺(tái)109可以在沿Z方向上下移動(dòng)，激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射的激光束在XY平面移動(dòng)，而激光銑削頭114可以在X、Y、Z方向移動(dòng)。
[0028]在上述的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I中，采用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射激光束熔融金屬粉層進(jìn)行3D打印，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101每次加工的單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工，融合3D打印技術(shù)及銑削加工為一體。
[0029]在實(shí)際加工過程中，其具體操作過程如下:
[0030]I)、鋪粉結(jié)構(gòu)將金屬粉輸送至加工平臺(tái)109上，并鋪設(shè)在加工平臺(tái)109上，形成金屬粉層；按照3D打印技術(shù)，激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101對加工平臺(tái)109上的金屬粉層激光熔融加工，逐行逐層堆積形成單層或多層的近似形體；
[0031]2)、利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對加工平臺(tái)109上形成的單層或多層的近似形體構(gòu)件進(jìn)行銑削，以達(dá)到構(gòu)件所需的尺寸及表面精度；
[0032]3)、重復(fù)循環(huán)上述步驟I)及步驟2)，一直到最后零件的形狀加工完畢。
[0033]每次完成上述步驟I)及2)，加工平臺(tái)109則會(huì)向下移動(dòng)一定距離，以保證重新布置在加工平臺(tái)109上的金屬粉層與激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射的激光束的焦點(diǎn)之間的距離保持不變。在步驟I)中，利用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)出的激光束在水平面移動(dòng)，在加工平臺(tái)109上的金屬粉層中成型單層或多層近似形體；在步驟2)中，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束在立體空間移動(dòng)，可以對各種類型的單層或多層近似形體全方位進(jìn)行銑削。
[0034]利用本實(shí)施例提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I加工零件，利用激光束逐層熔融金屬粉層后，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工，循環(huán)重復(fù)直至零件加工完畢，該3D打印設(shè)備將傳統(tǒng)的以激光銑削為主的去除式精密加工與以激光束熔融3D打印為主的增量疊層制造工藝集成為一體，既能克服傳統(tǒng)3D打印技術(shù)在尺寸和形狀精度等方面的缺陷，也可以克服切削加工對零部件復(fù)雜程度等方面的制約，這樣，則不需要對加工后的零件進(jìn)行二次加工，避免現(xiàn)時(shí)裝夾困難、加工誤差大、加工時(shí)零件出現(xiàn)變形以及難以加工的問題，為3D打印技術(shù)開辟更加廣闊的應(yīng)用空間，為航空航天產(chǎn)業(yè)核心精密零部件的生產(chǎn)制造提供新的方法和手段。
[0035]另外，采用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對單層或多層近似形體進(jìn)行銑削加工，屬于非接觸式銑削加工，避免傳統(tǒng)式刀具直接與單層或多層近似形體直接接觸加工存在的缺陷，大大提高銑削加工的精度。
[0036]本實(shí)施例中，在基座100上設(shè)有兩排相間隔并行布置的導(dǎo)軌105，該兩個(gè)導(dǎo)軌105布置在加工平臺(tái)109的兩側(cè)；鋪粉結(jié)構(gòu)包括刮刀104以及儲(chǔ)粉箱103，刮刀104的兩端分別活動(dòng)連接在兩個(gè)導(dǎo)軌105上，這樣，刮刀104則可以沿著導(dǎo)軌105在水平面上移動(dòng)，且刮刀104的下端面與加工平臺(tái)109之間具有間隙；儲(chǔ)粉箱103具有上端開口的儲(chǔ)粉腔，儲(chǔ)粉箱103的儲(chǔ)粉腔用于存儲(chǔ)金屬粉，該儲(chǔ)粉箱103位于基座100的下方，且在基座100中，設(shè)有連通該儲(chǔ)粉箱103上端開口的通孔，也就是說，通孔與儲(chǔ)粉箱103的上端開口對齊，當(dāng)然，該通孔也位于兩個(gè)導(dǎo)軌105之間。
[0037]在儲(chǔ)粉箱103中還設(shè)有可以上下移動(dòng)的運(yùn)粉臺(tái)，該