一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，属于增材制造技术领域，该设备包括点光源或线性光源、振镜、透镜、成形仓、成形基板、传动机构和固定平台，振镜或成形仓可绕成形仓中心轴旋转，使激光在成形表面上的扫描区域相对成形表面发生旋转；具体为在振镜底部安装有可使振镜绕成形仓中心轴旋转的旋转装置，或在成形仓底部安装有可使成形仓绕其中心轴旋转的旋转组件。本实用新型专利技术采用单一激光振镜实现了激光成形设备成形区域为传统设备的四倍，解决了传统增材制造设备单光源成形幅面有限的技术问题，避免了多激光振镜系统工作时复杂的协调控制过程，同时也避免了拼接区成形失败的问题；设备核心部件少，降低了设备研发制造成本。

A Laser Forming Equipment for Making Large-Size Addition of Single Vibrator Mirror

【技术实现步骤摘要】
一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备
本技术属于增材制造
，特别是涉及一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备。
技术介绍
选区激光熔化(又称作增材制造或金属3D打印)技术，是近些年来出现的一种新型加工方法，该技术采用的原材料均为几十到几百微米的粉末，在成型过程中，通过供粉机构与铺粉机构将粉末均匀平摊在成形基板上，再利用激光等能量源将表面特定几何形状区域的粉末熔化，产生冶金结合，最终使零件逐层长出从而实现立体成型的过程。随着该项技术的普及应用，对于成形尺寸较大的设备需求越来越旺盛，然而目前市面上的选择性激光熔化设备主要使用单激光振镜系统作为成形光路，受限于单振镜系统的工作区域范围，市面上的单激光SLM设备的成型区域最大仅约280mm×280mm，因此成形工件的尺寸也受到了限制，无法直接加工成形大尺寸零部件。为了解决单激光SLM设备成形工件的尺寸限制问题，公布号CN103071797A提出一种多振镜大幅面选择性激光熔化SLM设备，其中将成形区域划分为四个子区域，每个子区域上设置独立的激光振镜系统，从而可以加工生产出相比于传统设备尺寸扩大四倍的金属工件；公布号CN103658647A提出一种基于四激光双工位的选择性激光熔化设备及加工方法，该设备同样使用四个激光振镜系统，从而同样将SLM设备的加工范围尺寸扩大四倍。现有多振镜系统技术仍存在以下技术缺陷或不足：一方面，多激光SLM成形设备关于三维模型的分割通常是一种平均分割，然而待激光熔化的实体区域并不是空间均匀分布的，譬如充满了薄壁、曲线柱状支撑等异形结构，导致每一个振镜扫描区域的待加工实体部分不仅面积差异巨大，而且温度场分布也会由此极度分布不均。此外，在相邻振镜扫描区域的连接处，需要一定宽度的拼接区，由于相邻激光振镜扫描系统扫描时间不一致，导致拼接区可能出现球化效应加剧甚至加工失败等情况，因此多振镜系统如何高效协调工作一直是亟待解决的问题。此外，激光成形设备中以激光器、振镜等光学元器件最为昂贵，因此多振镜系统直接导致设备成本翻倍增长。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，该设备采用单一振镜系统实现成形幅面为传统设备四倍的加工区域。本技术的目的在于提供一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，包括光源、振镜、透镜、成形仓、成形基板、传动机构和固定平台，所述振镜或成形仓可绕成形仓中心轴旋转，使激光在成形表面上的扫描区域相对成形表面发生旋转。在上述技术方案中，优选的，所述振镜底部安装有可使振镜绕成形仓中心轴旋转的旋转装置，在激光成形过程中使振镜旋转，则单一振镜在成形基板上的扫描区域发生旋转，从而使扫描区域直径扩大一倍，扫描区域面积变成之前的四倍。在上述技术方案中，进一步优选的，所述旋转装置包括振镜转动电机、直角减速器和转动轴承B，所述振镜转动电机与直角减速器的一端连接，所述直角减速器的另一端与转动轴承B连接，所述转动轴承B安装在振镜底部，当振镜转动电机转动时，带动振镜连同透镜一起转动，从而使激光扫描区域发生旋转。在上述技术方案中，优选的，所述成形仓底部安装有可使成形仓绕其中心轴旋转的旋转组件，在激光成形过程中使成形仓带动成形基板沿轴向旋转，则成形表面发生旋转，从而使扫描区域直径扩大一倍，扫描区域面积变成之前的四倍。在上述技术方案中，进一步优选的，所述旋转组件包括转动基台、齿轮、转动轴承A和转台电机，所述转动基台设置在成形仓底部并通过转动轴承A安装在固定平台上，所述转动基台的外部为齿轮结构并与齿轮啮合，所述齿轮由转台电机控制转动。在上述技术方案中，更进一步优选的，所述固定平台上开孔，所述传动机构穿过固定平台的孔安装在转动基台上，当转动基台带动成形仓旋转时，传动机构跟着一起旋转。在上述技术方案中，进一步优选的，所述光源为点光源或线性光源，所述线性光源与振镜之间设有分光器。一种采用上述单振镜大幅面增材制造激光成形设备的第一种成形方法，包括如下步骤：1)设备采用点光源，成形零件在前处理激光路径规划过程中，对每一层的扫描区域进行扇形分割，再将成形零件的信息导入激光成形设备的数控系统中进行激光成形；2)成形表面激光在其激光扫描范围中进行扫描，同时控制转动基台持续转动使成形表面同步转动，或控制振镜持续旋转使激光扫描范围同步旋转；3)成形表面激光对于每个扇形区域形成扫描路径并进行扫描，成形表面或激光扫描范围旋转一周后，再进行中心区域的单独扫描，完成当前层激光成形过程；4)当前层成形完后，成形基板下降一层，铺粉装置重新铺粉，重复步骤2)、3)，进行下一粉层的激光成形，通过层与层堆积完成大幅面增材零件的成形。一种采用上述单振镜大幅面增材制造激光成形设备的第二种成形方法，包括如下步骤：1)设备采用点光源，将成形零件的信息导入激光成形设备的数控系统中进行激光成形；2)成形表面激光在其激光扫描范围中进行扫描，待本扫描范围中的工作结束后，控制转动基台转动90度使成形表面旋转90度，或控制振镜与透镜转动90度使激光扫描范围旋转90度；3)成形表面激光继续在新的扫描范围中进行扫描，重复步骤2)，直到完成当前层的激光成形过程；4)当前层成形完后，成形基板下降一层，铺粉装置重新铺粉，重复步骤2)、3)，进行下一粉层的激光成形，通过层与层堆积完成大幅面增材零件的成形。在上述技术方案中，优选的，在整个扫描过程中，对于扫描范围中重复的搭接区，采用交替扫描，使每一层的扫描区只扫描一次。一种采用上述单振镜大幅面增材制造激光成形设备的第三种成形方法，包括如下步骤：1)设备采用线性光源，将成形零件的信息导入激光成形设备的数控系统中进行激光成形；2)线性光源提供的平行光束通过线光源振镜投射到成形表面上产生激光线，成形过程中成形表面激光线在其激光扫描范围中进行扫描，同时控制转动基台持续转动使成形表面同步转动，或控制振镜持续旋转使激光扫描范围同步旋转，从而实现激光线沿顺时针或逆时针进行成形区域旋转扫描；3)待整个圆周扫描完成后，对中心区域进行单独扫描，完成当前层的激光成形过程；4)当前层成形完后，成形基板下降一层，铺粉装置重新铺粉，重复步骤2)、3)，进行下一粉层的激光成形，通过层与层堆积完成大幅面增材零件的成形。本技术具有的优点和积极效果是：(1)本技术采用单一激光振镜系统实现了激光成形设备成形区域为传统设备的四倍，解决了传统增材制造设备单光源成形幅面有限的技术问题，避免了多激光振镜系统工作时复杂的协调控制过程，同时也避免了拼接区成形失败的问题；(2)本技术的激光成形设备核心部件少，降低了大幅面激光成形设备的研发制造成本；(3)本技术提供的线性光源旋转扫描方法，可以高效率的实现上述单一激光振镜系统大幅面激光成形过程。附图说明图1是本技术实施例一提供的激光成形设备的结构示意图；图2是本技术实施例一提供的激光成形设备的成形区域俯视结构示意图；图3是本技术实施例二提供的激光成形设备的结构示意图；图4是本技术实施例二提供的激光成形设备的成形区域俯视结构示意图；图5是本技术实施例三和四提供的一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备的成形方法示意图；图6是本技术实施例五和六提供的一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备的成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，包括光源、振镜、透镜、成形仓、成形基板、传动机构和固定平台，其特征在于：所述振镜或成形仓可绕成形仓中心轴旋转，使激光在成形表面上的扫描区域相对成形表面发生旋转。

【技术特征摘要】
1.一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，包括光源、振镜、透镜、成形仓、成形基板、传动机构和固定平台，其特征在于：所述振镜或成形仓可绕成形仓中心轴旋转，使激光在成形表面上的扫描区域相对成形表面发生旋转。2.根据权利要求1所述的一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，其特征在于：所述振镜底部安装有可使振镜绕成形仓中心轴旋转的旋转装置。3.根据权利要求2所述的一种单振镜大幅面增材制造激光成形设备，其特征在于：所述旋转装置包括振镜转动电机、直角减速器和转动轴承B，所述振镜转动电机与直角减速器的一端连接，所述直角减速器的另一端与转动轴承B连接，所述转动轴承B安装在振镜底部。4.根据权利要求1所述的一种单振镜大幅面增材制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：程锦泽，谭鹏刚，李澄，李广生，
申请(专利权)人：天津镭明激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12