多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法技术

本发明专利技术提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法，设备包括在同一平面内并排平行布置的n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；优点为：本发明专利技术成形速度快，不需要点线扫描，直接通过线能量传递；本发明专利技术结构简单，无需振镜等激光扫描结构；本发明专利技术传热均匀，有效缓解了点线扫描能量输入的不均匀性；本发明专利技术更易于制造大尺寸成形装备，适合工业化制造应用。

Apparatus and method for manufacturing parts by laser beam line printing type scanning rapid forming

The present invention provides a device and method of manufacturing parts of a multi line laser beam printing scanning rapid prototyping equipment, including in the same plane are arranged in parallel n laser fiber linear array (1), before the powder scraper (2), after the powder scraper (3), and the total of laying powder device the controller has the advantages that: the invention; forming speed, do not need to point line scanning, directly through the transfer line; the invention has the advantages of simple structure, without galvanometer laser scanning structure; the invention heat evenly, effectively alleviate the nonuniformity of point line scanning energy input; the invention is easy to manufacture large size forming equipment, suitable for industrial manufacturing applications.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属粉末激光熔化增材制造
，具体涉及一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法。
技术介绍
“3D打印”技术，也称为增量制造技术，产生于上个世纪80年代的美国，CAD(计算机辅助设计)、CNC(数字化控制)、自动控制、激光等技术的发展是其产生的前因，至今发展不到30年。“3D打印”技术是全球先进制造领域兴起的一项集光/机/电、计算机、数控及新材料于一体的制造技术。在此领域，我国与世界发达国家之间的技术差距较小，几乎位于同一起跑线上。之所以称之为增量制造，依据其与传统切削等材料“去除”制造工艺不同，该技术通过将粉末、液体、薄片等离散材料逐层堆积，“自然生长”成三维实体，因此被通俗叫做“3D打印”技术。该技术将三维实体整体成形，改变为若干二维平面的叠加成形，大大降低了制造复杂度。理论上，但凡能够在计算机上设计的结构模型，即可应用该技术在无需刀具、模具及复杂工艺条件下快速地将设计原型变为实物。目前，该技术在国防、航空航天、汽车、生物医学、模具、铸造、农业、家电、工艺美术、动漫等领域发挥着重要的作用。未来制造业的发展水平依然是衡量一个国家整体实力的关键标志之一，而未来制造技术在数控技术、计算机、机械、材料等关联技术发展的带动下，必然走向数字化和智能化。“3D打印”技术作为整个先进制造技术当中数字化和智能化较为突出的一类，其发展也会在不同层面深刻地对制造业整体构成影响。首先，“3D打印”技术的应用领域将不断扩大(广度)；其次，“3D打印”技术在各个应用领域的应用层面不断深入(深度)；再者，3D打印技术自身的物化形式(装备与工艺)将更加丰富。由此，该技术必然会逐步渗透到国防、航空航天、汽车、生物医学等诸多领域，影响着上述各个领域的设计理论和理念，并配合其他传统技术，完善甚至更新某些司空见惯的制造方案，致使制造更为智能、简捷、绿色的产品性能更加贴近理想状态。在3D打印技术产业当中，激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)技术处于高端，是未来极具发展潜力的一项金属零部件激光直接成形技术。然而，现有技术中，在激光选区熔化成形过程中，采用单激光束按规划得到的扫描路径逐层扫描铺设在粉床表面的松散粉末，从而层层堆积得到最终的成形零部件。该种方法存在的主要不足为：针对单激光束规划得到的扫描路径较复杂，因此，需要采用复杂的控制系统才能控制单激光束按扫描路径进行扫描，具有系统开销大的问题；另外，采用点扫描方式，还具有激光选区熔化成形过程复杂、耗时长以及成形效率低的不足。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，包括在同一平面内并排平行布置的n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；其中，每个所述激光光纤直线线阵(1)均包括直线框体(1.1)，所述直线框体(1.1)连接有x向驱动电机，通过所述x向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的x向进行水平移动；所述直线框体(1.1)的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个所述光纤固定套筒的内部均固定有1个光纤头(1.2)，所述光纤头(1.2)的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下；每个所述光纤头(1.2)均连接有1台激光发生器；通过对各个激光光纤直线线阵(1)的光纤头(1.2)的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵(1)的激光发生器通过光纤头(1.2)所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直线上；n个激光光纤直线线阵(1)的前后两侧分别固定安装所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)，当n个激光光纤直线线阵(1)进行x向同步运动时，带动所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)进行同步运动；所述总控制器分别与所述铺粉装置、每个所述激光光纤直线线阵(1)的x向驱动电机以及每个所述激光光纤直线线阵(1)的各个激光发生器连接。优选的，每个所述激光光纤直线线阵(1)还包括y向驱动电机，通过所述y向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的y向进行水平移动,从而调整各个所述激光光纤直线线阵(1)的光纤头(1.2)在水平面的交错度，进而调整不同的光纤头所形成的激光光斑在同一直线上的重叠度，进而调节线性排列的激光光斑的能量分布；所述y向驱动电机也连接到所述总控制器。优选的，每个所述光纤头(1.2)的出射光方向还安装有至少一个微透镜；通过所述微透镜，调节所述光纤头(1.2)形成的激光光斑的直径和能量分布。优选的，每个所述激光光纤直线线阵(1)还包括有控制单元；所述控制单元的输出端与各个所述激光发生器连接，用于控制激光发生器的开闭状态以及激光发生器的激光功率值。优选的，各个所述激光光纤直线线阵(1)的x向驱动电机共同连接到同步控制器的一端，通过所述同步控制器，控制各个所述x向驱动电机同步动作；所述同步控制器的另一端连接到所述总控制器。优选的，所述前铺粉刮刀(2)和所述n个激光光纤直线线阵(1)之间的横向距离为30～100mm；所述后铺粉刮刀(3)和所述n个激光光纤直线线阵(1)之间的横向距离为30～100mm。优选的，所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)分别安装有前升降机构和后升降机构；所述前升降机构和所述后升降机构分别连接到所述总控制器。本专利技术还提供一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的方法，包括以下步骤：步骤1，在计算机上生成待加工零件的三维CAD模型；步骤2，对所述三维CAD模型进行切片，得到按自下而上方向编号分别为截面1、截面2…截面n的n个截面的轮廓信息；步骤3，建立xyz坐标系，其中，x方向为成形运动方向，y方向与x方向位于同一成形水平面；z方向为垂直于成形水平面的方向；将n个激光光纤直线线阵(1)置于成形平台上方，各个激光光纤直线线阵(1)的光纤头在成形平面形成的激光光斑位于同一直线上，且使激光光斑阵列排列方向与y方向相同；在每个光纤头(1.2)的出射光方向安装至少一个微透镜；总控制器按成形精度要求驱动各个y向驱动电机动作，从而调整位于同一直线的激光光斑阵列中各激光光斑的直径以及能量分布；步骤4，n个激光光纤直线线阵(1)的前方安装前铺粉刮刀(2)，n个激光光纤直线线阵(1)的后方安装后铺粉刮刀(3)；当需要沿x正方向进行成形运动时，总控制器提升后铺粉刮刀(3)，下降前铺粉刮刀(2)；步骤5，首先成形截面1，包括：步骤5.1，总控制器根据控制精度需求控制n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)和后铺粉刮刀(3)同步进行x正方向的移动速度，在移动过程中，前铺粉刮刀(2)首先将粉末铺设于成形平台表面；然后，当n个激光光纤直线线阵(1)移动到已铺粉的某一直线X1上方时，其中，直线X1为与y轴平行、与x轴垂直的某条直线，总控制器根据截面1在对应的X1位置的轮廓宽度以及轮廓两端点位置，控制对应的部分激光器打开，而剩余激光器关闭，进而使n个激光光纤直线线阵(1)形成与轮廓宽度和轮廓位置均一致的激光光斑线阵，从而将对应的粉末熔化成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，包括在同一平面内并排平行布置的n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；其中，每个所述激光光纤直线线阵(1)均包括直线框体(1.1)，所述直线框体(1.1)连接有x向驱动电机，通过所述x向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的x向进行水平移动；所述直线框体(1.1)的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个所述光纤固定套筒的内部均固定有1个光纤头(1.2)，所述光纤头(1.2)的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下；每个所述光纤头(1.2)均连接有1台激光发生器；通过对各个激光光纤直线线阵(1)的光纤头(1.2)的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵(1)的激光发生器通过光纤头(1.2)所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直线上；n个激光光纤直线线阵(1)的前后两侧分别固定安装所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)，当n个激光光纤直线线阵(1)进行x向同步运动时，带动所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)进行同步运动；所述总控制器分别与所述铺粉装置、每个所述激光光纤直线线阵(1)的x向驱动电机以及每个所述激光光纤直线线阵(1)的各个激光发生器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，包括在同一平面内并排平行布置的n个激光光纤直线线阵(1)、前铺粉刮刀(2)、后铺粉刮刀(3)、铺粉装置和总控制器；其中，每个所述激光光纤直线线阵(1)均包括直线框体(1.1)，所述直线框体(1.1)连接有x向驱动电机，通过所述x向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的x向进行水平移动；所述直线框体(1.1)的纵向中心线位置等间距安装有若干个光纤固定套筒，每个所述光纤固定套筒的内部均固定有1个光纤头(1.2)，所述光纤头(1.2)的激光发射方向为垂直向下或倾斜向下；每个所述光纤头(1.2)均连接有1台激光发生器；通过对各个激光光纤直线线阵(1)的光纤头(1.2)的倾斜角度进行调节，使所有激光光纤直线线阵(1)的激光发生器通过光纤头(1.2)所发射的激光束在成形台表面形成的激光光斑(1.3)位于同一直线上；n个激光光纤直线线阵(1)的前后两侧分别固定安装所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)，当n个激光光纤直线线阵(1)进行x向同步运动时，带动所述前铺粉刮刀(2)和所述后铺粉刮刀(3)进行同步运动；所述总控制器分别与所述铺粉装置、每个所述激光光纤直线线阵(1)的x向驱动电机以及每个所述激光光纤直线线阵(1)的各个激光发生器连接。2.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，每个所述激光光纤直线线阵(1)还包括y向驱动电机，通过所述y向驱动电机，驱动所述直线框体(1.1)在成形台上方的y向进行水平移动,从而调整各个所述激光光纤直线线阵(1)的光纤头(1.2)在水平面的交错度，进而调整不同的光纤头所形成的激光光斑在同一直线上的重叠度，进而调节线性排列的激光光斑的能量分布；所述y向驱动电机也连接到所述总控制器。3.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，每个所述光纤头(1.2)的出射光方向还安装有至少一个微透镜；通过所述微透镜，调节所述光纤头(1.2)形成的激光光斑的直径和能量分布。4.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设
\t备，其特征在于，每个所述激光光纤直线线阵(1)还包括有控制单元；所述控制单元的输出端与各个所述激光发生器连接，用于控制激光发生器的开闭状态以及激光发生器的激光功率值。5.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在于，各个所述激光光纤直线线阵(1)的x向驱动电机共同连接到同步控制器的一端，通过所述同步控制器，控制各个所述x向驱动电机同步动作；所述同步控制器的另一端连接到所述总控制器。6.根据权利要求1所述的多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱平，刘锦辉，胡丽刚，肖胜兵，吴桐，张怡帆，林慧敏，柯作伟，张佳，刘邦涛，
申请(专利权)人：哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23