[发明专利]一种激光选区熔化二维超声加振装置

说明书

技术领域

本发明属于增材制造激光选区融化技术领域，具体涉及一种激光选区熔化二维超声加振装置。

背景技术

激光选区融化(SLM)是增材制造技术领域的研究热点之一，激光选区融化金属成形中，由于激光能量密度特别高，金属粉末在加工过程中经历了急剧升温熔化与骤冷凝固的过程，数据显示金属熔池的冷却速率可以达到10⁵K/s，这种极高的冷却速率是导致金属零件中存在较大残余应力的主要因素。其原理主要在两个方面，第一：金属熔池凝固过程中，过高的冷却速率造成金属熔池各区域冷却速度不一致，金属原子来不及有序排列，产生大量的空位和畸变，在金属成形件中引起微观应变，从而引起残余应力的产生；第二，金属熔池凝固过程中，过高的冷却速率造成金属熔池凝固过程中体积收缩从而产生残余应力。目前，SLM金属件消除残余应力的方法主要是加工完成后的对零件进行热处理及超声波处理，其对残余应力的消除效果显著。实际中发现此类方法仍然有两个限制，其一：这两种处理均属于后处理，它们不能解决在加工过程中因残余应力而造成的翘曲变形对零件加工的影响；其二：对大尺寸零件限制较大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光选区熔化二维超声加振装置，实现激光选区熔化设备二维方向上的振动，使在SLM金属零件加工过程中所产生的残余应力即时消除，保证不因零件翘曲变形而影响加工过程，能够细化晶粒，均化组织。

一种激光选区熔化二维超声加振装置，包括支撑箱体1，支撑箱体1内部在X和Y方向分别连接1个超声波换能器固定基座3，超声波换能器固定基座3上固定有超声波换能器4，超声波换能器4通过变幅杆5和连接轴6连接，连接轴6刚性连接在连接块7上，连接块7与配重块10的相应一侧连接，配重块10与超声振动平台8的下表面连接，在支撑箱体1的内部设有第一支撑凸台2，超声振动平台8下表面四周的边缘设有第二支撑凸台9，第二支撑凸台9与第一支撑凸台2为平面接触，形成一体式箱体结构，超声振动平台8的上表面和激光选区熔化设备基板连接，超声波换能器4与外部超声波发生器及控制机连接。

所述的第一支撑凸台2为方圈形结构，第一支撑凸台2通过螺钉水平的固定在支撑箱体1上。

所述的第二支撑凸台9为方圈形结构。

本发明的有益效果为：

在激光选区熔化设备的超声振动的引入上，采用水平二维方向超声波振动，避免了沿单一X或Y方向超声加振时因与激光扫描方向时垂直而引起的熔道震荡问题和沿Z方向超声加振时的振粉及气体混入粉末所造成的熔池飞溅、气泡等问题；超声波振动组件设置在超声振动平台8下方，与常规的平台两侧设计相比，有效的增大激光选区熔化设备的工作成型区域；超声波振动平台8的下方设置了一个配重块10，在超声振动过程中，有效增强了超声波振动平台8水平面内运动的稳定性；超声波振动平台8下表面的方圈形的第二支撑凸台9与支撑箱体1之间设计了一个可拆卸的方圈形的第一支撑凸台2，以此减小工作过程中第二支撑凸台9和第一支撑凸台2之间的水平接触面，降低了超声波振动平台8在超声振动过程中的摩擦阻力，同时第一支撑凸台2也便于更换；超声波振动组件与超声波振动平台8之间通过变幅杆5、连接轴6、连接块7、配重块10连接，保证了超声波振动平台8在分别沿X与Y方向运动过程中互不干涉；二维超声振动装置外部为一体式箱体结构，按照尺寸要求，方便在激光选区熔化设备成型缸内安装、拆卸、更换/密封保护作用。

附图说明

图1为本发明的主体结构的示意图。

图2为超声振动平台8、第二支撑凸台9、配重块10的连接示意图。

图3为装配后的超声振动平台8和支撑箱体1的一体式箱体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1、图2、图3，一种激光选区熔化二维超声加振装置，包括支撑箱体1，支撑箱体1内部在X和Y方向分别连接1个超声波换能器固定基座3，超声波换能器固定基座3上固定有超声波换能器4，超声波换能器4通过变幅杆5和连接轴6连接，连接轴6刚性连接在连接块7上，连接块7与配重块10的相应一侧螺钉连接，配重块10通过螺钉与超声振动平台8的下表面连接，在支撑箱体1的内部设有方圈形的第一支撑凸台2，超声振动平台8下表面四周的边缘设有方圈形的第二支撑凸台9，第二支撑凸台9与第一支撑凸台2为平面接触，形成一体式箱体结构，超声振动平台8的上表面和激光选区熔化设备基板连接，超声波换能器4与外部超声波发生器及控制机连接，所述的第一支撑凸台2通过螺钉水平的固定在支撑箱体1上。

本发明的工作原理为：当激光沿X方向扫描时，控制机通过程序控制超声波发生器工作，进而控制X方向超声波换能器4工作，超声波换能器4通过变幅杆5改变振幅大小，使得连接轴6沿X方向做超声振动，此时Y方向的一组连接轴6与变幅杆5在X方向做相对滑动(滑动距离等于超声波振幅，约1-3um)；连接轴6经连接块7带动配重块10振动，配重块10带动超声振动平台8在方圈形的第一支撑凸台2上沿X方向做超声振动，实现激光选区熔化设备沿X方向超声振动；同理当激光沿Y方向扫描时，实现激光选区熔化设备沿Y方向超声振动。