[实用新型]一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属增材制造3D打印技术，尤其涉及一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置。

背景技术

激光选区熔化是一种基于增材制造原理，采用逐层叠加的方式，通过高功率密度的激光器选择性的熔化预置金属粉末的技术。具体为，首先在计算机上利用三维造型软件设计出零件的三维实体模型，并转化为切片软件可以识别的数据格式；其次通过切片软件对获取的三维模型进行支持添加和切片分层处理，得到三维模型的截面轮廓数据；然后路径规划软件对轮廓数据进行扫描路径处理；最后将获取的路径规划后的数据导入激光选区熔化设备，工控机将按照每层轮廓的扫描路径，控制激光束选区逐层熔化金属粉末材料，逐步堆叠成型致密的三维金属零件实体。其优势明显，首先激光选区熔化技术采用新的制造理念，属于无模制造，即无需制造模具，直接一次性成型，大大减少了开模制模所耗费的时间。激光选区熔化成型技术不会受到零件复杂形貌的影响，具有高度的自由成型能力。其次激光选区熔化技术以高能量密度的激光器为热源，激光光斑集中在20-100um的范围内，选择熔化粒径在5-50um之间的球形金属粉末，可以获得质量良好的表面和高致密度的零件，表面粗糙度可达20-30um，致密度达到近乎100％。另外激光选区熔化技术具有微区熔融与凝固的特点，由于激光束扫描速度快，熔化的金属熔池小，所以冷却凝固速度极快，具有极大的过冷度。

然而对于成形材料方面，有严格的限制，目前大多单一材料，无法实现多材料的复合成形。但是由于工业零部件对复合多材料成形的需求，现有的激光选区熔化仍不能满足。虽然有学者等提出了激光选区熔化与熔覆结合或者激光选区熔化与铣削方式结合等方式，但是这些方式对激光选区熔化原材料也就是成形粉缸内部的粉末污染特别严重。而且在激光利用率方面不足。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置。本实用新型采用单一激光器作为粉末及丝材的热源；两者使用同一个激光器作为加热源，通过动态聚焦实现不同情况下的成型。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置，包括可动态聚焦的激光发生系统、成型缸1；该激光选区熔化与送丝复合多材料成型装置还包括一个运送丝材的送丝机构和XY轴导轨机构；XY轴导轨机构搭载送丝机构的送丝头4在成型缸1上方根据规划路径在XY轴方向运动；

所述激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头4输出的丝材10进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材10和/或粉末在工件成型区域的熔融。

所述XY轴导轨机构包括X轴导轨和Y轴导轨；通过XY轴导轨机构的电机驱动送丝头4沿X轴导轨轨迹运动，X轴导轨沿Y轴导轨轨迹运动，进而实现送丝头4在成型缸1上方根据规划路径在XY轴方向运动；每次熔融沉积前，即铺粉及粉末熔化作业前该多路送丝头4位于初始位置，以免阻碍铺粉及粉末选区熔化作业。

所述送丝头4为多路送丝头或者单路送丝头；当采用多路送丝头时，送丝头的后端排布有多个运送不同材质丝材10输送管，送丝头4内部呈锥形结构；所述送丝头4具有自动对丝功能，每次成型前可以沿着成型缸水平面进行对丝；送丝头4上带有发热装置，用于将来自输送管的丝材预热至600℃～800℃。

所述送丝头4相对于成型平面的角度可调。可调节送丝头4相对于成型平面呈45°倾斜。

所述激光发生系统包括依次光路连接的激光发生器5、移动镜组6、聚焦镜片7以及扫描振镜8，通过动态聚焦微调移动镜组6进而改变焦点位置。

所述送丝机构还包括数个用于缠绕不同材质丝材的滚轮和用于牵引丝材的挤出机9。

一种多材料成型方法，其包括如下步骤：

激光发生系统同时作为激光选区熔化SLM以及对送丝头4输出的丝材10进行熔融沉积的热源；激光发生系统通过动态聚焦改变焦点位置实现丝材10和/或粉末在工件成型区域的熔融，具体步骤如下：

步骤一：铺粉层选区激光熔化步骤

当在激光选区熔化SLM成型时，向激光选区熔化成型设备中计算机内导入成型工件的数据，完成铺粉作业后，激光发生系统的聚焦焦点在当前铺粉层进行选区激光扫描，直至完成当前粉层的选区激光熔化成型作业；

步骤二：丝材10熔融沉积步骤