[发明专利]一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及金属零件3D打印技术，尤其涉及一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法。

背景技术

激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术亦称“金属3D打印技术”是增材制造的前沿技术，利用直径30～50微米的聚焦激光束，把金属或合金粉末选区逐层熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，从而获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件。

SLM设备主要由激光器、光路系统、密封成形室、机械传动系统、控制系统等几个部分组成。其工艺流程如下：首先将三维CAD模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控制激光束扫描的切片轮廓信息；其次，计算机逐层调入切片轮廓信息，通过扫描振镜，控制激光束选择性地逐线搭接扫描粉层上选定区域，形成面轮廓，未被激光照射区域的粉末仍呈松散状。一层加工完成后，粉料缸上升微米，成形缸降低切片层厚的高度，铺粉刷将粉末从粉料缸刮到成形平台上，激光将新铺的粉末熔化，与上一层融为一体。重复上述过程，直至成形过程完成，得到与三维实体模型相同的三维金属零件。

SLM技术是通过熔化金属粉末后搭接而成实体，金属材料熔化后的金属由于毛细管力的作用，形成近似曲面的熔道。在一定的搭接率下，成型件的最终表面会有很多凹凸不平的条纹状，导致激光选区熔化成型的金属零件表面粗糙度一般为Ra15-50μm，光斑越大，成型精度越差，远不能满足实际要求。小光斑虽然可以稍微提高成型精度，但是采用小光斑会严重降低成型效率。现有的SLM设备很难制作出满足要求的高精度金属零件，这严重制约了SLM技术的应用与发展。因此，人们一直在寻找一种解决复杂金属零部件的高精度、高效率增材制造方法和装备。

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，提供一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备与方法，在于克服现有SLM技术的缺陷，实现复杂金属零件的高效率、高精度直接成型。

本发明通过下述技术方案实现：

一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，中央控制系统，激光选区熔化成型装置包括光学系统、铺粉系统、成型室14和成型缸18，激光选区熔化成型装置与立式铣床装置共用同一个中央控制系统。

所述立式铣床装置位于成型室14内，立式铣床装置还包括一个链式刀库20，链式刀库20位于成型室外部的右侧；

所述光学系统包括依次光路连接的激光器5、准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2；

所述激光器5位于激光选区熔化成型装置成型室14的右侧；所述准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2置于成型室14的顶部；

所述光学透镜3位于成型室14上部并内嵌于成型室14外壁，与成型室14外壁密封结合；

所述立式铣床装置包括铣削X向导轨8、铣削Z向导轨9、铣削Y向导轨10、铣削主轴11；所述铣削X向导轨8固定在成型室14的后部上方，所述铣削Y向导轨10与铣削X向导轨8连接在一起，由驱动机构控制其沿X方向运动；所述铣削Z向导轨9与铣削Y向导轨10连接在一起，实现Y方向的移动；所述铣削主轴11位于铣削Z向导轨9上，实现其在Z方向的运动；

所述铺粉系统还包括粉料瓶1和一个设置在铺粉导轨16上的铺粉装置15；粉料瓶1置于成型室14上方左侧，粉料瓶1还包括一个给铺粉装置15输送粉末的自动送粉通道7。

所述的成型缸18位于成型室14的下部，并由中央控制系统对其升降进行控制。

所述立式铣床装置具有一个链式刀库20；链式刀库20包括链式刀架22、刀架驱动电机21和铣刀23，铣刀23安装在链式刀架22上，刀架驱动电机21驱动链式刀架22的运动。

所述链式刀库20与成型室14通过自动换刀阀门12和换刀口13相连。

所述换刀口13为圆柱形通道，其打开与关闭通过自动换刀阀门12的闭合来实现；当换刀时，自动换刀阀门12打开，此时换刀口13处于开通状态；当换刀结束后，自动换刀阀门12闭合，此时换刀口13处于关闭状态。

所述设备还包括氧含量检测装置、压力检测装置、抽真空装置、氮气发生装置。

所述铣削主轴11沿着其中心做180°旋转。

自动送粉通道7与粉料瓶1之间设置有一个手动锁扣6。

采用上述设备加工金属零件的方法如下：