一種單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D金屬打印設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及的是一種單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光選區(qū)恪化(Selective Laser Melting，SLM)技術(shù)亦稱“金屬3D打印技術(shù)”，是增材制造的前沿技術(shù)，利用直徑30?50微米的聚焦激光束，把金屬或合金粉末選區(qū)逐層熔化，堆積成一個冶金結(jié)合、組織致密的實體，從而獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結(jié)合的金屬功能零件。
[0003]SLM設(shè)備主要由激光器、光路系統(tǒng)、密封成形室、機械傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾個部分組成。其工藝流程如下:首先將三維CAD模型進行切片離散及掃描路徑規(guī)劃，得到可控制激光束掃描的切片輪廓信息；其次，計算機逐層調(diào)入切片輪廓信息，通過掃描振鏡，控制激光束選擇性地逐線搭接掃描粉層上選定區(qū)域，形成面輪廓，未被激光照射區(qū)域的粉末仍呈松散狀。一層加工完成后，粉料缸上升微米，成形缸降低切片層厚的高度，鋪粉刷將粉末從粉料缸刮到成形平臺上，激光將新鋪的粉末熔化，與上一層融為一體。重復(fù)上述過程，直至成形過程完成，得到與三維實體模型相同的三維金屬零件。
[0004]貴重金屬直接成型的一個重要制約因素是材料昂貴，一般尺寸較小，目前市場上現(xiàn)有的SLM設(shè)備一般尺寸都在100X 10mm以上，對于精細貴重金屬而言并不適合。而且現(xiàn)有設(shè)備在粉末回收、清理方面沒有較多地考慮粉末的浪費問題，這會對貴重金屬造成嚴重的浪費，大大地增加生產(chǎn)成本。而且，現(xiàn)有SLM設(shè)備為了滿足可以制造大體積的零件，成型平臺必須做得足夠大，必須采用大功率的成型氣缸作為動力，不僅使得設(shè)備的整體體積大，重量重(現(xiàn)有SLM設(shè)備的重量普遍在I噸以上)，而且使得設(shè)備的造價昂貴，一般用戶無法承受，嚴重制約了金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備及控制方法，旨在解決現(xiàn)有的SLM設(shè)備一般尺寸不適合精細貴重金屬，設(shè)備造價昂貴，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計上沒有考慮對貴重金屬粉末的回收、清理，造成材料浪費，增加生產(chǎn)成本的問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，包括成型平臺、移動平臺、激光器、光學傳輸裝置、成型基板、盛粉裝置、鋪粉裝置、取粉裝置、防護罩和控制系統(tǒng)；所述成型平臺固定設(shè)置在封閉的成型室腔體內(nèi)，成型平臺上設(shè)置有貫穿整個成型平臺的通孔；移動平臺設(shè)置在成型平臺上，并沿成型平臺直線移動，移動平臺上設(shè)置有貫穿整個移動平臺的基臺通孔；所述盛粉裝置設(shè)置在移動平臺的外側(cè)，鋪粉裝置設(shè)置在盛粉裝置上，置于盛粉裝置和移動平臺之間；
[0009]所述取粉裝置包括基臺和取粉筒，基臺包括固定部和緊固部，固定部上設(shè)置螺孔，緊固部上設(shè)置有螺紋通孔，連接螺栓依次穿入螺紋通孔和螺孔內(nèi)使緊固部和固定部連接在一起；基臺上設(shè)置有貫穿整個基臺的取粉筒通孔，取粉筒為兩端開放的筒狀結(jié)構(gòu)，取粉筒的內(nèi)直徑大于成型基板的直徑，防護罩的結(jié)構(gòu)與取粉筒的結(jié)構(gòu)一致，防護罩或取粉筒放置在取粉筒通孔內(nèi)，通過旋擰連接螺栓以調(diào)整防護罩或取粉筒與基臺之間的松緊；基臺卡在基臺通孔內(nèi)，隨移動平臺沿成型平臺直線移動；通過移動平臺在成型平臺上直線移動，使取粉筒通孔軸線與通孔軸線在同一直線上或取粉筒通孔軸線與通孔軸線不在同一直線上；
[0010]所述移動平臺和成型基板分別都與動力裝置連接，激光器、盛粉裝置、光學傳輸裝置和動力裝置分別都與控制系統(tǒng)連接。
[0011]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，其中帶動成型基板上下升降的動力裝置包括成型缸、連桿和升降伺服電機，所述成型缸的一端開放，另一端設(shè)置有連桿孔；連桿一端與升降伺服電機連接，另一端穿過連桿孔與成型基板連接；成型缸的開放端固定在成型平臺的通孔內(nèi)，開放端端面與成型平臺上端面平齊；成型缸的缸體內(nèi)直徑與防護罩或取粉筒的內(nèi)直徑大小一致；所述升降伺服電機與控制系統(tǒng)連接:控制系統(tǒng)控制升降伺服電機動作，帶動連桿升降，成型基板隨之下降運動進入成型缸內(nèi)或上升離開成型缸進入取粉筒內(nèi)。
[0012]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述成型基板和連桿之間設(shè)置有電磁緊固裝置，所述電磁緊固裝置與控制系統(tǒng)連接。
[0013]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述成型缸上設(shè)置有集粉槽，集粉槽位于成型缸的開放端端面，集粉槽對在鋪粉過程中飛濺的金屬粉末進行收集。
[0014]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，其中帶動移動平臺沿成型平臺直線移動的動力裝置包括移動伺服電機和滾柱絲桿，滾柱絲桿一端與移動伺服電機連接，另一端與移動平臺連接，成型室的兩相對側(cè)壁上設(shè)置有導軌，移動平臺卡在導軌上，由導軌支撐，移動伺服電機與控制系統(tǒng)連接:控制系統(tǒng)控制伺服電機啟動帶動滾柱絲桿運動，使移動平臺沿導軌在成型平臺直線移動。
[0015]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述光學傳輸裝置包括擴束鏡及場鏡、掃描振鏡和光學透鏡，所述擴束鏡及場鏡、掃描振鏡設(shè)置在成型室上部，光學透鏡嵌在防護罩的上開放端，所述掃描振鏡與控制系統(tǒng)連接:激光器產(chǎn)生的激光束依次經(jīng)過擴束鏡及場鏡、掃描振鏡和光學透鏡，到達金屬粉末表面，熔化金屬粉末。
[0016]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述盛粉裝置采用漏斗結(jié)構(gòu)的儲料箱，漏斗儲料箱通過螺栓設(shè)置在移動平臺的外側(cè)，所述漏斗儲料箱與控制系統(tǒng)連接；所述鋪粉裝置采用鋪粉刷，鋪粉刷設(shè)置在盛粉裝置上，置于盛粉裝置和移動平臺之間，通過移動平臺運動帶動鋪粉刷把漏斗儲料箱漏到成型平臺上的金屬粉末進行鋪平；所述成型平臺上設(shè)置有回收口，回收口連接余料箱。
[0017]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述連接螺栓連接旋緊按鈕，通過旋鈕旋緊按鈕調(diào)節(jié)基臺和取粉筒或保護罩的松緊度。
[0018]所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，其中，所述成型室為封閉腔體結(jié)構(gòu)，成型室內(nèi)設(shè)置有氣體循環(huán)凈化裝置，氣體循環(huán)凈化裝置與控制系統(tǒng)連接，由控制系統(tǒng)控制氣體循環(huán)凈化裝置對成型室內(nèi)的氣體進行凈化循環(huán)。
[0019]一種如上述任意一項所述的單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備的控制方法，其中，具體包括以下步驟:
[0020]步驟AOO:預(yù)設(shè)金屬零件需要打印的次數(shù)η和成型基板每次下降的高度1，把金屬零件截面的輪廓數(shù)據(jù)，導入單缸式桌面型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備的控制系統(tǒng)內(nèi)；
[0021]步驟BOO:將保護罩放置在取粉筒通孔內(nèi)，通過旋擰連接螺栓使防護罩固定在基臺內(nèi)；
[0022]步驟COO:控制系統(tǒng)控制伺服電機啟動帶動滾柱絲桿運動，使移動平臺沿導軌移動到成型平臺一端，使取粉筒通孔軸線與通孔軸線不在同一直線上；
[0023]步驟DOO:控制系統(tǒng)控制升降伺服電機啟動帶動連桿動作，使成型基板下降I ;
[0024]步驟EOO:控制系統(tǒng)控制伺服電機啟動帶動滾柱絲桿運動，使移動平臺沿導軌從成型平臺一端移動到另一端，同時控制盛粉裝置把金屬粉末漏到成型平臺