多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法，設(shè)備包括在同一平面內(nèi)并排平行布置的n個激光光纖直線線陣(1)、前鋪粉刮刀(2)、后鋪粉刮刀(3)、鋪粉裝置和總控制器；優(yōu)點為：本發(fā)明成形速度快，不需要點線掃描，直接通過線能量傳遞；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無需振鏡等激光掃描結(jié)構(gòu)；本發(fā)明傳熱均勻，有效緩解了點線掃描能量輸入的不均勻性；本發(fā)明更易于制造大尺寸成形裝備，適合工業(yè)化制造應(yīng)用。
【專利說明】
多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬粉末激光熔化增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“3D打印”技術(shù)，也稱為增量制造技術(shù)，產(chǎn)生于上個世紀80年代的美國，CAD(計算機輔助設(shè)計)、CNC(數(shù)字化控制)、自動控制、激光等技術(shù)的發(fā)展是其產(chǎn)生的前因，至今發(fā)展不到30年?！?D打印”技術(shù)是全球先進制造領(lǐng)域興起的一項集光/機/電、計算機、數(shù)控及新材料于一體的制造技術(shù)。在此領(lǐng)域，我國與世界發(fā)達國家之間的技術(shù)差距較小，幾乎位于同一起跑線上。之所以稱之為增量制造，依據(jù)其與傳統(tǒng)切削等材料“去除”制造工藝不同，該技術(shù)通過將粉末、液體、薄片等離散材料逐層堆積，“自然生長”成三維實體，因此被通俗叫做“3D打印”技術(shù)。該技術(shù)將三維實體整體成形，改變?yōu)槿舾啥S平面的疊加成形，大大降低了制造復(fù)雜度。理論上，但凡能夠在計算機上設(shè)計的結(jié)構(gòu)模型，即可應(yīng)用該技術(shù)在無需刀具、模具及復(fù)雜工藝條件下快速地將設(shè)計原型變?yōu)閷嵨?。目前，該技術(shù)在國防、航空航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、模具、鑄造、農(nóng)業(yè)、家電、工藝美術(shù)、動漫等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。
[0003]未來制造業(yè)的發(fā)展水平依然是衡量一個國家整體實力的關(guān)鍵標志之一，而未來制造技術(shù)在數(shù)控技術(shù)、計算機、機械、材料等關(guān)聯(lián)技術(shù)發(fā)展的帶動下，必然走向數(shù)字化和智能化。“3D打印”技術(shù)作為整個先進制造技術(shù)當(dāng)中數(shù)字化和智能化較為突出的一類，其發(fā)展也會在不同層面深刻地對制造業(yè)整體構(gòu)成影響。首先，“3D打印”技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大(廣度)；其次，“3D打印”技術(shù)在各個應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用層面不斷深入(深度)；再者，3D打印技術(shù)自身的物化形式(裝備與工藝)將更加豐富。由此，該技術(shù)必然會逐步滲透到國防、航空航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域，影響著上述各個領(lǐng)域的設(shè)計理論和理念，并配合其他傳統(tǒng)技術(shù)，完善甚至更新某些司空見慣的制造方案，致使制造更為智能、簡捷、綠色的產(chǎn)品性能更加貼近理想狀態(tài)。
[0004]在3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，激光選區(qū)恪化(Selective Laser Melting，SLM)技術(shù)處于高端，是未來極具發(fā)展?jié)摿Φ囊豁椊饘倭悴考す庵苯映尚渭夹g(shù)。
[0005]然而，現(xiàn)有技術(shù)中，在激光選區(qū)熔化成形過程中，采用單激光束按規(guī)劃得到的掃描路徑逐層掃描鋪設(shè)在粉床表面的松散粉末，從而層層堆積得到最終的成形零部件。該種方法存在的主要不足為:針對單激光束規(guī)劃得到的掃描路徑較復(fù)雜，因此，需要采用復(fù)雜的控制系統(tǒng)才能控制單激光束按掃描路徑進行掃描，具有系統(tǒng)開銷大的問題;另外，采用點掃描方式，還具有激光選區(qū)熔化成形過程復(fù)雜、耗時長以及成形效率低的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法，可有效解決上述問題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，包括在同一平面內(nèi)并排平行布置的η個激光光纖直線線陣(1)、前鋪粉刮刀(2)、后鋪粉刮刀(3)、鋪粉裝置和總控制器；
[0009]其中，每個所述激光光纖直線線陣(I)均包括直線框體(1.1)，所述直線框體(1.1)連接有X向驅(qū)動電機，通過所述X向驅(qū)動電機，驅(qū)動所述直線框體(1.1)在成形臺上方的X向進行水平移動;所述直線框體(1.1)的縱向中心線位置等間距安裝有若干個光纖固定套筒，每個所述光纖固定套筒的內(nèi)部均固定有I個光纖頭(1.2)，所述光纖頭(1.2)的激光發(fā)射方向為垂直向下或傾斜向下;每個所述光纖頭(1.2)均連接有I臺激光發(fā)生器;通過對各個激光光纖直線線陣(I)的光纖頭(1.2)的傾斜角度進行調(diào)節(jié)，使所有激光光纖直線線陣(I)的激光發(fā)生器通過光纖頭(1.2)所發(fā)射的激光束在成形臺表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直線上；
[0010]η個激光光纖直線線陣(I)的前后兩側(cè)分別固定安裝所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)，當(dāng)η個激光光纖直線線陣(I)進行X向同步運動時，帶動所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)進行同步運動；
[0011]所述總控制器分別與所述鋪粉裝置、每個所述激光光纖直線線陣(I)的X向驅(qū)動電機以及每個所述激光光纖直線線陣(I)的各個激光發(fā)生器連接。
[0012]優(yōu)選的，每個所述激光光纖直線線陣(I)還包括y向驅(qū)動電機，通過所述y向驅(qū)動電機，驅(qū)動所述直線框體(1.1)在成形臺上方的y向進行水平移動，從而調(diào)整各個所述激光光纖直線線陣(I)的光纖頭(1.2)在水平面的交錯度，進而調(diào)整不同的光纖頭所形成的激光光斑在同一直線上的重疊度，進而調(diào)節(jié)線性排列的激光光斑的能量分布;所述y向驅(qū)動電機也連接到所述總控制器。
[0013]優(yōu)選的，每個所述光纖頭(1.2)的出射光方向還安裝有至少一個微透鏡;通過所述微透鏡，調(diào)節(jié)所述光纖頭(1.2)形成的激光光斑的直徑和能量分布。
[0014]優(yōu)選的，每個所述激光光纖直線線陣(I)還包括有控制單元;所述控制單元的輸出端與各個所述激光發(fā)生器連接，用于控制激光發(fā)生器的開閉狀態(tài)以及激光發(fā)生器的激光功率值。
[0015]優(yōu)選的，各個所述激光光纖直線線陣(I)的X向驅(qū)動電機共同連接到同步控制器的一端，通過所述同步控制器，控制各個所述X向驅(qū)動電機同步動作;所述同步控制器的另一端連接到所述總控制器。
[0016]優(yōu)選的，所述前鋪粉刮刀(2)和所述η個激光光纖直線線陣(I)之間的橫向距離為30?100mm;所述后鋪粉刮刀(3)和所述η個激光光纖直線線陣(I)之間的橫向距離為30?10mm0
[0017]優(yōu)選的，所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)分別安裝有前升降機構(gòu)和后升降機構(gòu);所述前升降機構(gòu)和所述后升降機構(gòu)分別連接到所述總控制器。
[0018]本發(fā)明還提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的方法，包括以下步驟:
[0019]步驟I，在計算機上生成待加工零件的三維CAD模型；
[0020]步驟2，對所述三維CAD模型進行切片，得到按自下而上方向編號分別為截面1、截面2...截面η的η個截面的輪廓信息；
[0021]步驟3，建立xyz坐標系，其中，x方向為成形運動方向，y方向與x方向位于同一成形水平面;z方向為垂直于成形水平面的方向；
[0022]將η個激光光纖直線線陣(I)置于成形平臺上方，各個激光光纖直線線陣(I)的光纖頭在成形平面形成的激光光斑位于同一直線上，且使激光光斑陣列排列方向與y方向相同；
[0023]在每個光纖頭(1.2)的出射光方向安裝至少一個微透鏡;總控制器按成形精度要求驅(qū)動各個y向驅(qū)動電機動作，從而調(diào)整位于同一直線的激光光斑陣列中各激光光斑的直徑以及能量分布；
[0024]步驟4，n個激光光纖直線線陣(I)的前方安裝前鋪粉刮刀(2)，n個激光光纖直線線陣(I)的后方安裝后鋪粉刮刀(3);
[0025]當(dāng)需要沿X正方向進行成形運動時，總控制器提升后鋪粉刮刀(3)，下降前鋪粉刮刀⑵；
[0026]步驟5，首先成形截面I，包括:
[0027]步驟5.1，總控制器根據(jù)控制精度需求控制η個激光光纖直線線陣(I)、前鋪粉刮刀
(2)和后鋪粉刮刀(3)同步進行X正方向的移動速度，在移動過程中，前鋪粉刮刀(2)首先將粉末鋪設(shè)于成形平臺表面;然后，當(dāng)η個激光光纖直線線陣(I)移動到已鋪粉的某一直線Xl上方時，其中，直線Xl為與y軸平行、與X軸垂直的某條直線，總控制器根據(jù)截面I在對應(yīng)的Xl位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，進而使η個激光光纖直線線陣(I)形成與輪廓寬度和輪廓位置均一致的激光光斑線陣，從而將對應(yīng)的粉末熔化成形；
[0028]步驟6，當(dāng)截面I成形結(jié)束后，總控制器下降后鋪粉刮刀(3)，抬升前鋪粉刮刀(2)，控制η個激光光纖直線線陣(I)、前鋪粉刮刀(2)和后鋪粉刮刀(3)同步進行X負方向的移動，并且，實時根據(jù)待成形截面在對應(yīng)位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，實現(xiàn)粉末熔化成形過程；
[0029]如此不斷循環(huán)，即可成形得到最終零件。
[0030]優(yōu)選的，總控制器在打開部分激光器時，同時調(diào)節(jié)所打開的激光器的工作功率，實現(xiàn)高精度激光熔化成形。
[0031]本發(fā)明提供的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法具有以下優(yōu)點:
[0032]I)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明成形速度快，不需要點線掃描，直接通過線能量傳遞；
[0033]2)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無需振鏡等激光掃描結(jié)構(gòu)；
[0034]3)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明傳熱均勻，避免點線掃描能量輸入的次序不均勻性；
[0035]4)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明更易于制造大尺寸成形裝備，適合工業(yè)化制造應(yīng)用。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明提供的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備進行成形運動及熔化過程示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明提供的前后鋪粉刮刀和激光光源布置關(guān)系示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明提供的I個激光光纖直線線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為本發(fā)明提供的2個激光光纖直線線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明提供的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0041]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]本發(fā)明提供的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備和方法，取代傳統(tǒng)的激光點光源掃描方式，通過設(shè)置多臺激光發(fā)生器，將每臺激光發(fā)生器的光纖輸出整合成線排列，集成為發(fā)光柱的形式，從而形成一種激光線光源掃描方式，具有控制過程簡單以及成形效率高的優(yōu)點。
[0043]結(jié)合圖1-圖4，本發(fā)明提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，包括在同一平面內(nèi)并排平行布置的η個激光光纖直線線陣1、前鋪粉刮刀2、后鋪粉刮刀
3、鋪粉裝置和總控制器；
[0044]其中，參考圖3，每個激光光纖直線線陣I均包括直線框體1.1，直線框體1.1連接有X向驅(qū)動電機，通過X向驅(qū)動電機，驅(qū)動直線框體I.I在成形臺上方的X向進行水平移動;直線框體1.1的縱向中心線位置等間距安裝有若干個光纖固定套筒，每個光纖固定套筒的內(nèi)部均固定有I個光纖頭1.2，光纖頭1.2的激光發(fā)射方向為垂直向下或傾斜向下；每個光纖頭1.2均連接有I臺激光發(fā)生器;通過對各個激光光纖直線線陣I的光纖頭1.2的傾斜角度進行調(diào)節(jié)，使所有激光光纖直線線陣I的激光發(fā)生器通過光纖頭1.2所發(fā)射的激光束在成形臺表面形成的激光光斑1.3位于同一直線上；
[0045]η個激光光纖直線線陣I的前后兩側(cè)分別固定安裝前鋪粉刮刀2和后鋪粉刮刀3，當(dāng)η個激光光纖直線線陣I進行X向同步運動時，帶動前鋪粉刮刀2和后鋪粉刮刀3進行同步運動;在線性激光源兩側(cè)各布置一個鋪粉刮刀，激光源隨同兩個鋪粉刮刀一起運動，鋪粉刮刀與激光源間的距離保持在30-100mm之間，兩側(cè)布置鋪粉刮刀目的是可以進行雙向鋪粉動作，減少鋪粉時間耗費。
[0046]其中，前鋪粉刮刀2和η個激光光纖直線線陣I之間的橫向距離為30?100mm;后鋪粉刮刀3和η個激光光纖直線線陣I之間的橫向距離為30?100mm。另外，前鋪粉刮刀2和后鋪粉刮刀3分別安裝有前升降機構(gòu)和后升降機構(gòu);前升降機構(gòu)和后升降機構(gòu)分別連接到總控制器。當(dāng)前鋪粉刮刀進行鋪粉工作時，提升后鋪粉刮刀，防止后鋪粉刮刀對已成形截面造成不利影響。
[0047]總控制器分別與鋪粉裝置、每個激光光纖直線線陣I的X向驅(qū)動電機以及每個激光光纖直線線陣I的各個激光發(fā)生器連接。
[0048]對于一個激光光纖直線線陣，其涉及到的每臺激光發(fā)生器可單獨控制也可通過一個控制單元集中控制，但激光發(fā)生器之間通過掃描零件橫截面圖形的關(guān)系而關(guān)聯(lián)成為控制整體。
[0049]實際應(yīng)用中，光纖激光源的布置情況可以為:
[0050]I)激光發(fā)生器的數(shù)目為1-1000臺；
[0051 ] 2)每臺激光發(fā)生器的輸出功率范圍:50-10000W
[0052]3)激光光斑的直徑范圍:40-2000μπι
[0053]4)激光光斑排列成直線的長度:50-1000mm
[0054]5)形成激光光斑直線束的光纖裝置安裝在1-10根直線框體上
[0055]6)激光發(fā)生器可以是單一完全控制單元，也可以將多光纖模塊集成在一起，由控制器集中控制。
[0056]另外，在上述基礎(chǔ)之上，本發(fā)明還進行以下改進:
[0057]改進I:
[0058]每個激光光纖直線線陣I還包括y向驅(qū)動電機，通過y向驅(qū)動電機，驅(qū)動直線框體
1.1在成形臺上方的y向進行水平移動，從而調(diào)整各個激光光纖直線線陣I的光纖頭1.2在水平面的交錯度，進而調(diào)整不同的光纖頭所形成的激光光斑在同一直線上的重疊度，進而調(diào)節(jié)線性排列的激光光斑的能量分布;y向驅(qū)動電機也連接到總控制器。
[0059]如圖3所示，當(dāng)采用I個激光光纖直線線陣時，19根光纖頭固定在一個直線框體上，其投射到成形平面上的激光光斑構(gòu)成了一條直線，這條直線的長度依據(jù)具體的設(shè)備應(yīng)用功能而定。
[0060]如圖4所示，當(dāng)采用2個激光光纖直線線陣時，通過調(diào)整2個激光光纖直線線陣的交錯度，最終形成更為密集的激光光斑線陣，達到調(diào)節(jié)線性排列的激光光斑的能量分布的目的。激光光斑的能量分布取決于零件成形精度，通常情況下，零件成形精度越高，單一激光光斑直徑越小，激光光斑線陣更為密集。
[0061]改進2:
[0062]每個光纖頭1.2的出射光方向還安裝有至少一個微透鏡;通過微透鏡，調(diào)節(jié)光纖頭1.2形成的激光光斑的直徑和能量分布。
[0063]具體的，對于激光光纖直線線陣中的每個光纖頭，由于光線傳導(dǎo)的激光輸出總會有一定的發(fā)散角，尚無法實現(xiàn)直接熔化成形，因此需要在輸出后端架設(shè)微透鏡調(diào)節(jié)光斑的大小與能量分布。微透鏡需要將激光束準直并且重新分布能量，達到固定的光斑直徑，這些統(tǒng)一直徑的光斑線性排列，構(gòu)成直線式光幕。根據(jù)實際調(diào)整情況，每根光纖對應(yīng)的微透鏡不止一個，形成微透鏡組。透鏡組的功能為準直和聚焦。
[0064]改進3:
[0065]每個激光光纖直線線陣I還包括有控制單元;控制單元的輸出端與各個激光發(fā)生器連接，用于控制激光發(fā)生器的開閉狀態(tài)以及激光發(fā)生器的激光功率值。
[0066]各個激光光纖直線線陣I的X向驅(qū)動電機共同連接到同步控制器的一端，通過同步控制器，控制各個X向驅(qū)動電機同步動作；同步控制器的另一端連接到總控制器。
[0067]參考圖4和圖5，本發(fā)明還提供一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的方法，大致原理為:激光熔化成形依靠增材制造的積分原理，配置鋪粉裝置，在鋪粉裝置后端為激光光纖直線線陣，線性排列的激光束作為能量源，按照零件每一層的截面形狀，逐層曝光打印熔化成形零件。
[0068]具體包括以下步驟:
[0069]步驟I，在計算機上生成待加工零件的三維CAD模型；
[0070]步驟2，對三維CAD模型進行切片，得到按自下而上方向編號分別為截面1、截面2...截面η的η個截面的輪廓信息；
[0071]步驟3，建立xyz坐標系，其中，x方向為成形運動方向，y方向與x方向位于同一成形水平面;z方向為垂直于成形水平面的方向；
[0072]將η個激光光纖直線線陣I置于成形平臺上方，各個激光光纖直線線陣I的光纖頭在成形平面形成的激光光斑位于同一直線上，且使激光光斑陣列排列方向與y方向相同；
[0073]在每個光纖頭1.2的出射光方向安裝至少一個微透鏡；總控制器按成形精度要求驅(qū)動各個y向驅(qū)動電機動作，從而調(diào)整位于同一直線的激光光斑陣列中各激光光斑的直徑以及能量分布；
[0074]步驟4，n個激光光纖直線線陣I的前方安裝前鋪粉刮刀2，n個激光光纖直線線陣I的后方安裝后鋪粉刮刀3;
[0075]當(dāng)需要沿X正方向進行成形運動時，總控制器提升后鋪粉刮刀3，下降前鋪粉刮刀2；
[0076]步驟5，首先成形截面I，包括:
[0077]步驟5.1，總控制器根據(jù)控制精度需求控制η個激光光纖直線線陣1、前鋪粉刮刀2和后鋪粉刮刀3同步進行X正方向的移動速度，在移動過程中，前鋪粉刮刀2首先將粉末鋪設(shè)于成形平臺表面;然后，當(dāng)η個激光光纖直線線陣I移動到已鋪粉的某一直線Xl上方時，其中，直線Xl為與y軸平行、與X軸垂直的某條直線，總控制器根據(jù)截面I在對應(yīng)的Xl位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，此時，也可同時調(diào)節(jié)所打開的激光器的工作功率，進而使η個激光光纖直線線陣I形成與輪廓寬度和輪廓位置均一致的激光光斑線陣，從而將對應(yīng)的粉末熔化成形；
[0078]步驟6，當(dāng)截面I成形結(jié)束后，總控制器下降后鋪粉刮刀3，抬升前鋪粉刮刀2，控制η個激光光纖直線線陣1、前鋪粉刮刀2和后鋪粉刮刀3同步進行X負方向的移動，并且，實時根據(jù)待成形截面在對應(yīng)位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，實現(xiàn)粉末熔化成形過程；
[0079]如此不斷循環(huán)，即可成形得到最終零件。
[0080]上述過程可簡單描述為:
[0081]零件的三維數(shù)模輸入上位機軟件后，由軟件處理系統(tǒng)將零件數(shù)模進行切片處理，確定每一層切片的圖形輪廓及切片的厚度。然后經(jīng)過上位機與PLC或DSP的協(xié)議接口，通過PLC或DSP具體控制激光器的開閉，刮刀與激光線陣的移動速度，激光發(fā)射的功率以及每一層鋪粉的厚度，每一切片層厚范圍:0.0lmm—3mm。鋪粉刮刀負責(zé)鋪設(shè)每一層的粉末材料，刮刀材料可采用金屬、陶瓷以及橡膠高分子材料。激光線陣通過控制器的調(diào)節(jié)負責(zé)移動熔化焊合粉末在每一層的選擇區(qū)域內(nèi)，激光線陣與刮刀的移動速度范圍:lmm/s—1000mm/s
[0082]其中，通過鋪粉刮刀的運動將粉末鋪設(shè)在準備打印的區(qū)域上，激光線束尾隨鋪粉刮刀同方向行進，在與其垂直的區(qū)域中發(fā)射激光，激光束光斑構(gòu)成的線段長度等于區(qū)域邊界輪廓的寬度。也就是說，依據(jù)區(qū)域邊界寬度的大小而選擇光纖激光的開閉狀態(tài)和開啟功率值，而隨著光纖激光線性點陣的運動，熔化區(qū)域邊界寬度會實時發(fā)生變化，通過計算機圖形程序處理后，及時得出邊界寬度變化大小和位置，再經(jīng)過總控制器發(fā)給激光器開關(guān)信號而控制發(fā)射與關(guān)閉激光。
[0083]由此可見，本發(fā)明提供的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備及方法具有以下優(yōu)點:
[0084]I)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明成形速度快，不需要點線掃描，直接通過線能量傳遞；
[0085]2)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無需振鏡等激光掃描結(jié)構(gòu)；
[0086]3)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明傳熱均勻，有效緩解點線掃描能量輸入的不均勻性；
[0087]4)較通過傳統(tǒng)振鏡掃描的方式，本發(fā)明更易于制造大尺寸成形裝備，適合工業(yè)化制造應(yīng)用。
[0088]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，包括在同一平面內(nèi)并排平行布置的η個激光光纖直線線陣(1)、前鋪粉刮刀(2)、后鋪粉刮刀(3)、鋪粉裝置和總控制器； 其中，每個所述激光光纖直線線陣(I)均包括直線框體(1.1)，所述直線框體(1.1)連接有X向驅(qū)動電機，通過所述X向驅(qū)動電機，驅(qū)動所述直線框體(1.1)在成形臺上方的X向進行水平移動;所述直線框體(1.1)的縱向中心線位置等間距安裝有若干個光纖固定套筒，每個所述光纖固定套筒的內(nèi)部均固定有I個光纖頭(1.2)，所述光纖頭(1.2)的激光發(fā)射方向為垂直向下或傾斜向下;每個所述光纖頭(1.2)均連接有I臺激光發(fā)生器;通過對各個激光光纖直線線陣(I)的光纖頭(1.2)的傾斜角度進行調(diào)節(jié)，使所有激光光纖直線線陣(I)的激光發(fā)生器通過光纖頭(1.2)所發(fā)射的激光束在成形臺表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直線上； η個激光光纖直線線陣(I)的前后兩側(cè)分別固定安裝所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)，當(dāng)η個激光光纖直線線陣(I)進行X向同步運動時，帶動所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)進行同步運動； 所述總控制器分別與所述鋪粉裝置、每個所述激光光纖直線線陣(I)的X向驅(qū)動電機以及每個所述激光光纖直線線陣(I)的各個激光發(fā)生器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，每個所述激光光纖直線線陣(I)還包括y向驅(qū)動電機，通過所述y向驅(qū)動電機，驅(qū)動所述直線框體(1.1)在成形臺上方的y向進行水平移動，從而調(diào)整各個所述激光光纖直線線陣(I)的光纖頭(1.2)在水平面的交錯度，進而調(diào)整不同的光纖頭所形成的激光光斑在同一直線上的重疊度，進而調(diào)節(jié)線性排列的激光光斑的能量分布;所述y向驅(qū)動電機也連接到所述總控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，每個所述光纖頭(1.2)的出射光方向還安裝有至少一個微透鏡;通過所述微透鏡，調(diào)節(jié)所述光纖頭(1.2)形成的激光光斑的直徑和能量分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，每個所述激光光纖直線線陣(I)還包括有控制單元;所述控制單元的輸出端與各個所述激光發(fā)生器連接，用于控制激光發(fā)生器的開閉狀態(tài)以及激光發(fā)生器的激光功率值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，各個所述激光光纖直線線陣(I)的X向驅(qū)動電機共同連接到同步控制器的一端，通過所述同步控制器，控制各個所述X向驅(qū)動電機同步動作;所述同步控制器的另一端連接到所述總控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，所述前鋪粉刮刀(2)和所述η個激光光纖直線線陣(I)之間的橫向距離為30?10mm;所述后鋪粉刮刀(3)和所述η個激光光纖直線線陣(I)之間的橫向距離為30?100mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的設(shè)備，其特征在于，所述前鋪粉刮刀(2)和所述后鋪粉刮刀(3)分別安裝有前升降機構(gòu)和后升降機構(gòu);所述前升降機構(gòu)和所述后升降機構(gòu)分別連接到所述總控制器。8.—種多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，在計算機上生成待加工零件的三維CAD模型； 步驟2，對所述三維CAD模型進行切片，得到按自下而上方向編號分別為截面1、截面2...截面η的η個截面的輪廓信息； 步驟3，建立xyz坐標系，其中，X方向為成形運動方向，y方向與X方向位于同一成形水平面;z方向為垂直于成形水平面的方向； 將η個激光光纖直線線陣(I)置于成形平臺上方，各個激光光纖直線線陣(I)的光纖頭在成形平面形成的激光光斑位于同一直線上，且使激光光斑陣列排列方向與y方向相同；在每個光纖頭(1.2)的出射光方向安裝至少一個微透鏡；總控制器按成形精度要求驅(qū)動各個y向驅(qū)動電機動作，從而調(diào)整位于同一直線的激光光斑陣列中各激光光斑的直徑以及能量分布； 步驟4，n個激光光纖直線線陣(I)的前方安裝前鋪粉刮刀(2)，n個激光光纖直線線陣(1)的后方安裝后鋪粉刮刀(3)； 當(dāng)需要沿X正方向進行成形運動時，總控制器提升后鋪粉刮刀(3)，下降前鋪粉刮刀(2)； 步驟5，首先成形截面1，包括: 步驟5.1，總控制器根據(jù)控制精度需求控制η個激光光纖直線線陣(I)、前鋪粉刮刀(2)和后鋪粉刮刀(3)同步進行X正方向的移動速度，在移動過程中，前鋪粉刮刀(2)首先將粉末鋪設(shè)于成形平臺表面;然后，當(dāng)η個激光光纖直線線陣(I)移動到已鋪粉的某一直線Xl上方時，其中，直線Xl為與y軸平行、與X軸垂直的某條直線，總控制器根據(jù)截面I在對應(yīng)的Xl位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，進而使η個激光光纖直線線陣(I)形成與輪廓寬度和輪廓位置均一致的激光光斑線陣，從而將對應(yīng)的粉末熔化成形； 步驟6，當(dāng)截面I成形結(jié)束后，總控制器下降后鋪粉刮刀(3)，抬升前鋪粉刮刀(2)，控制η個激光光纖直線線陣(1)、前鋪粉刮刀(2)和后鋪粉刮刀(3)同步進行X負方向的移動，并且，實時根據(jù)待成形截面在對應(yīng)位置的輪廓寬度以及輪廓兩端點位置，控制對應(yīng)的部分激光器打開，而剩余激光器關(guān)閉，實現(xiàn)粉末熔化成形過程； 如此不斷循環(huán)，即可成形得到最終零件。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多激光直線束印刷式掃描快速成形制造零件的方法，其特征在于，總控制器在打開部分激光器時，同時調(diào)節(jié)所打開的激光器的工作功率，實現(xiàn)高精度激光熔化成形。
【文檔編號】B22F3/105GK105880593SQ201610437223
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】張愛平, 劉錦輝, 胡麗剛, 肖勝兵, 吳桐, 張怡帆, 林慧敏, 柯作偉, 張佳, 劉邦濤
【申請人】哈爾濱福沃德多維智能裝備有限公司