[发明专利]一种基于粉末帘的激光捕捉增材制造装置及制造方法

说明书

一种基于粉末帘的激光捕捉增材制造装置及制造方法，所述制造装置包括：激光发射单元，安装于机床或者机械手的运动机构上，且激光发射单元的出光口对准载粉气流形成的粉末帘，用于对载粉气流内的粉末进行激光照射；送粉单元，包括送粉部和载粉气控制部，其中送粉部的出粉口与载粉气控制部的送粉口管路连通；载粉气控制部包括载粉部和抽气部；送粉部、载粉气控制部与控制台电连接；以及控制台，用于控制送粉部和载粉气控制部工作以产生稳定流速的粉末帘，并对粉末帘进行激光照射；所述制造方法包括以下步骤：在激光头下方形成稳态流动的粉末帘；激光照射粉末颗粒，并在基材上产生熔池；向下运动的颗粒沉积在熔池内。本发明的有益效果是：避免粉末外漏，防止污染工件，可以在曲面上进行增材制造。

技术领域

本发明涉及一种基于粉末帘的激光捕捉增材制造装置及制造方法。

背景技术

增材制造相当于减材制造通过层层熔化递进实现零件成形，目前金属材料的增材制造技术主要有两种：基于粉末床的选区激光熔化技术和基于同步送粉的激光立体成形技术。选区激光熔化技术可以实现精细结构的增材制造，成形精度高，粉末是通过刮板运动获得层层熔化实现增材制造；激光立体成形技术送粉是通过送粉器把粉末送至熔池实现增材制造激光立体成形技术的精度较低。同时，上述方法均有粉末污染、灵活性不够、无法在曲面上实施同步送粉的激光立体成形等问题，主要归结在送粉方式上。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出了一种基于粉末帘的激光捕捉增材制造装置及制造方法。该技术用激光照射平行于基板的粉末流，利用激光照射粉末产生的汽化冲击力使粉末颗粒下行进入熔池内实现增材制造。和选区激光熔化技术相比，该技术可以避免粉末外漏，防止污染工件，可以在曲面上进行增材制造等。而且粉末是捕捉进熔池，不存在粉末间隙的问题，所以成形的致密度高，精度高。因此，如果同步送粉方式的激光增材制造可以实现激光选区熔化技术的精度，就可以在零件表面制备具有精细结构的功能涂层，实现复杂功能。

本发明所述的一种基于粉末帘的激光捕捉增材制造装置，其特征在于，包括：

激光发射单元，安装于机床或者机械手的运动机构上，且激光发射单元的出光口对准载粉气流形成的粉末帘，用于对载粉气流内的粉末进行激光照射；

送粉单元，包括送粉部和载粉气控制部，其中送粉部的出粉口与载粉气控制部的送粉口管路连通；载粉气控制部包括载粉部和抽气部，其中载粉部和抽气部对称安装于激光发射单元的两侧，并保持载粉部的出粉口与抽气部的抽气口正对，使得出粉口与抽气口之间的载粉气流形成稳定的粉末帘；送粉部、载粉气控制部与控制台电连接；

以及控制台，其控制端分别与激光发射单元、送粉部和载粉气控制部的控制端电连接，用于控制送粉部和载粉气控制部工作以产生稳定流速的粉末帘，并对粉末帘进行激光照射。

进一步，所述激光发射单元包括用于产生激光的激光器、用于传输激光的光纤和用于控制光路的激光头，所述激光头安装于机床或者机械手的运动机构上，激光头的入光口通过光纤与激光器的出光口相连通，而激光头的出光口对送粉单元形成的粉末帘，使得激光器产生的激光照射到粉末帘上。

进一步，所述的激光头内使用振镜控制激光的扫描路径；在激光头的保护镜片下有一股保护气流，保护气流由管道通入，防止激光照射产生的金属蒸汽污染光路系统。

进一步，所述送粉部包括送粉器、气瓶和载粉气流输运通道，其中所述送粉器的进气口与气瓶管路连通，所述送粉器的出粉口与载粉气流输运通道的进粉口连通，载粉气流输运通道的送粉口与载粉部的进粉口管路连通。

进一步，所述的抽气部包括抽气泵、抽气管和粉末回收装置，其中抽气泵与抽气管出气口管路连通，抽气管末端的抽气口与送粉嘴正对，抽气泵内有粉末回收装置，且粉末回收装置的进粉口与抽气管管路连通，用于将粉末帘中未穿过激光束的粉末回收。