[发明专利]用于通过流体射流引导的激光束使工件3D成形的设备

说明书

本发明涉及一种用于通过利用激光束102进行的材料烧蚀而使工件101 3D成形的设备100。所述设备100包括加工单元103，该加工单元103被配置成将加压的流体射流104提供至工件101上并将激光束102朝向工件101耦合至流体射流104中。另外，所述设备100包括运动控制器105，该运动控制器105被配置成设定工件101相对于加工单元103的x‑y‑z位置。所述设备100还包括测量单元107，该测量单元107被配置成测量加压的流体射流104在工件101上的入射点108沿z方向的z位置。

技术领域

本发明涉及一种用于通过材料烧蚀而使工件三维(3D)成形为最终零部件的设备。利用在流体射流中被引导至工件上的激光束、优选地脉冲激光束来实现材料烧蚀。本发明还涉及一种通过利用耦合至流体射流中的激光束进行的材料烧蚀而使工件3D成形的方法。

背景技术

用于利用耦合至加压的流体射流中的激光束对工件进行加工的传统设备是普遍已知的。然而，利用这种传统设备对工件进行“加工”仅限于贯穿切削和贯穿钻孔。该设备的加工过程控制不足以允许使工件完整地3D成形为最终零部件。这主要是由于这样的事实：传统设备最多只知道激光束在工件的哪个x-y位置处烧蚀材料，但是不知道发生材料烧蚀的z位置。因此，该设备也无法确定激光束实际上在工件的z方向(深度)烧蚀多少材料。因此，传统设备例如不能精确地控制进入工件的切削深度或钻孔深度。

工件的传统3D成形通过增材制造(Additive Manufacturing，AM)或减材制造(Subtractive Manufacturing，SM)进行。“AM”是指通过材料沉积(通常是逐层沉积)建立最终零部件的期望3D形状的过程，而“SM”是指从工件(固体实体)中去除材料以便获得最终零部件的期望3D形状的过程。对于许多实际应用，SM比AM更优选。这是因为使用SM可以更快、更有效、且更经济地生产许多零部件。

另外，激光SM(即利用激光束从工件上去除材料)的优势在于，激光SM可以与传统的加工技术(例如铣削)结合，以实现更有效的整体成形过程。然而，传统的激光SM是相对缓慢且非常不精确的过程。

鉴于上述内容，本发明的目标在于改进用于生产具有期望3D形状的零部件的传统SM，特别是提高处理速度和精度。为此目的，本发明旨在利用如下设备的优势，该设备用于通过SM利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工。因此，本发明的目的是提供一种用于通过利用由流体射流引导的激光束进行的材料烧蚀而使工件3D成形的设备和方法。特别地，该设备和方法应当能够使工件成形为具有任何期望的3D形状的最终零部件。成形过程应当快速且准确。因此，本发明的设备和方法还应当使SM过程比传统的SM更有效率且更经济。

发明内容

本发明的目的是通过所附独立权利要求中提供的解决方案来实现的。在从属权利要求中限定了本发明的有利实施方式。

特别地，本发明提出使用耦合至流体射流中的激光束通过材料烧蚀而使工件3D成形。通过利激光束从工件上去除材料而使工件成形为最终零部件。换句话说，最终零部件是通过SM获得的。

本发明的第一方面提供了一种用于通过利用激光束进行的材料烧蚀而使工件3D成形的设备，该设备包括：加工单元，该加工单元被配置成将加压的流体射流提供至工件上并将激光束朝向工件耦合至流体射流中；运动控制器，该运动控制器被配置成设定工件相对于所述加工单元的x-y-z位置；测量单元，该测量单元被配置成测量所述加压的流体射流在工件上的入射点沿z方向的z位置。