激光熔融及激光銑削復(fù)合3d打印設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及3D打印設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬熔融3D打印技術(shù)(Selective Laser Melting，SLM)是利用高亮度激光直接熔化金屬粉末材料，無需粘結(jié)劑，由3D模型直接成型出與鑄件性能相當(dāng)?shù)娜我鈴?fù)雜結(jié)構(gòu)零件。
[0003]金屬熔融3D打印技術(shù)雖然可以成型出達到鑄造強度級別的零件，但是成型出的零件的形狀誤差大、表面光潔度不高，這樣，成型后的零件則需要采用傳統(tǒng)的機械加工方式對此進行二次加工，才能得到航空制造工業(yè)所要求的形狀及表面精度。而航空航天行業(yè)大部分零件，如發(fā)動機噴嘴、葉片、蜂窩結(jié)構(gòu)的燃燒室等，一般是復(fù)雜薄壁或點陣夾芯結(jié)構(gòu)，或是尺寸較大的形狀，或是自由曲面等形狀，當(dāng)采用金屬熔融3D打印技術(shù)加工出來的零件，再放入機床進行二次加工時，則存在以下問題:
[0004]I)、裝夾困難，或裝夾后，由于坐標(biāo)變換無法精確定位零件參考點，導(dǎo)致加工誤差大；
[0005]2)、對于薄壁結(jié)構(gòu)的零件，加工時，由于無支撐零件的面，導(dǎo)致零件應(yīng)力變形；
[0006]3)、部分零件由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刀具無法伸入其內(nèi)部，導(dǎo)致難以加工。
[0007]由于上述問題的存在，導(dǎo)致目前金屬熔融3D打印技術(shù)雖然已經(jīng)應(yīng)用到飛機零件的生產(chǎn)制造中，但應(yīng)用面較窄，僅應(yīng)用于一些對精度、強度要求不高的零件，或者形狀較簡單及容易二次機械加工的零件的加工上，距離廣泛應(yīng)用還存在較大差距。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，采用金屬熔融3D打印技術(shù)加工的零件在機床進行二次加工，存在裝夾困難、加工誤差大、零件易變性及難以加工的問題。
[0009]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備，包括基座，所述基座上設(shè)有沿豎向移動的加工平臺；所述基座上設(shè)有用于將金屬粉鋪設(shè)在所述加工平臺形成金屬粉層的鋪粉結(jié)構(gòu)，所述鋪粉結(jié)構(gòu)位于所述加工平臺的前端；所述加工平臺的上方分別設(shè)有激光發(fā)射結(jié)構(gòu)以及可在立體空間移動的激光銑削頭；所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射激光束對位于所述加工平臺上的金屬粉層進行熔融加工以形成單層或多層近似形體；所述激光銑削頭發(fā)射激光束對形成在所述加工平臺上的單層或多層近似形體進行銑削加工。
[0010]進一步地，所述基座上設(shè)有兩個相間隔并排布置的導(dǎo)軌，所述加工平臺位于兩所述導(dǎo)軌之間；所述鋪粉結(jié)構(gòu)包括刮刀以及儲粉箱，所述刮刀的兩端分別活動連接于兩所述導(dǎo)軌，所述刮刀的下端與所述加工平臺之間具有間隙；所述儲粉箱具有上端開口且用于裝置金屬粉的儲粉腔，所述基座中設(shè)有與所述儲粉腔的上端開口對齊的通孔；所述儲粉箱的儲粉腔中設(shè)有豎向移動且用于將金屬粉運送至所述基座上的運粉臺，所述運粉臺分別與所述儲粉腔的上端開口及通孔對齊布置。
[0011]進一步地，所述加工平臺的兩側(cè)分別設(shè)有用于檢測鋪設(shè)在所述加工平臺上的金屬粉層厚度的傳感器。
[0012]進一步地，所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括發(fā)射激光束的激光發(fā)生器以及多個轉(zhuǎn)動布置且用于對激光束進行反射的偏振鏡，多個所述偏振鏡相間隔布置在激光束的傳輸路線上。
[0013]進一步地，所述激光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括容置盒，多個所述偏振鏡置于所述容置盒中，且所述容置盒的下端具有出射口，經(jīng)所述偏振鏡反射后的激光束從所述出射口射出。
[0014]進一步地，于所述激光發(fā)生器與容置盒之間設(shè)有準(zhǔn)直擴束鏡，由所述激光發(fā)生器射出的激光束通過所述準(zhǔn)直擴束鏡擴束后，進入所述容置盒中。
[0015]進一步地，兩個所述導(dǎo)軌上活動連接有門架，所述門架包括兩個相間隔布置的連接臂以及橫梁，兩個所述連接臂的下端分別活動連接在兩個所述導(dǎo)軌上，所述橫梁的兩端分別連接在兩個所述連接臂的上端；所述橫梁上活動連接有橫梁移動的移動端子，所述移動端子上活動連接有相對于所述移動端子上下移動的連接板，所述激光銑削頭連接于所述連接板上。
[0016]進一步地，所述激光銑削頭內(nèi)設(shè)有供冷卻水流通的冷卻管路。
[0017]進一步地，所述激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備還包括回收箱，所述回收箱中具有用于裝置回收所述基座上金屬粉的回收腔，所述回收箱位于所述基座的下方，所述基座中設(shè)有連通所述回收腔的回收口。
[0018]進一步地，沿所述刮刀鋪粉時的移動方向，所述回收口位于所述加工平臺的后端。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備加工零件，利用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)發(fā)射的激光束逐層熔融金屬粉層后，利用激光銑削頭發(fā)出的激光束對單層或多層近似形體進行銑削加工，循環(huán)重復(fù)直至零件加工完畢，該3D打印設(shè)備將傳統(tǒng)的以銑削為主的去除式精密加工與以激光束熔融3D打印為主的增量疊層制造工藝集成為一體，既能克服傳統(tǒng)3D打印技術(shù)在尺寸和形狀精度等方面的缺陷，也可以克服切削加工對零部件復(fù)雜程度等方面的制約，這樣，則不需要對加工后的零件進行二次加工，避免現(xiàn)時裝夾困難、加工誤差大、加工時零件出現(xiàn)變形以及難以加工的問題，為3D打印技術(shù)開辟更加廣闊的應(yīng)用空間，為航空航天產(chǎn)業(yè)核心精密零部件的生產(chǎn)制造提供新的方法和手段；另夕卜，采用激光束對單層或多層近似形體進行銑削加工，屬于非接觸式銑削加工，避免傳統(tǒng)式刀具直接與單層或多層近似形體直接接觸加工存在的缺陷，大大提高銑削加工的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備的立體示意圖；
[0021]圖2是本實用新型實施例提供的激光銑削頭的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0023]以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的實現(xiàn)進行詳細的描述。
[0024]如圖1?2所示，為本實用新型提供的較佳實施例。
[0025]本實用新型提供的3D打印設(shè)備1，復(fù)合了激光銑削加工及激光熔融，其可以用于成型各種零件，如航空制造工業(yè)所需的零件等。
[0026]激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I包括基座100、鋪粉結(jié)構(gòu)、激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101以及激光銑削頭114，其中，基座100作為整個3D打印設(shè)備I的基礎(chǔ)，起到承載作用，基座100上設(shè)有沿豎直方向移動的加工平臺109，金屬粉被鋪設(shè)在該加工平臺109上；鋪粉結(jié)構(gòu)設(shè)置在基座100上，其位于加工平臺109的前端，鋪粉結(jié)構(gòu)用于將金屬粉等輸送到加工平臺109上，且金屬粉在加工平臺109上形成金屬粉層；激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101位于加工平臺109的上方，其發(fā)射可以在水平面移動的激光束，且該激光束用于對形成在加工平臺109上的金屬粉層進行熔融加工以形成單層或多層近似形體；激光銑削頭114位于加工平臺109的上方，其可以在空間中立體移動，該激光銑削頭114可以發(fā)射激光束對加工平臺109上熔融成型的單層或多層近似形體進行銑削加工。
[0027]參照圖1所示，設(shè)定平行于加工平臺109的XY平面為水平面，Z方向則為豎直方向，垂直于水平面的平面為豎直平面，這樣，加工平臺109可以在沿Z方向上下移動，激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射的激光束在XY平面移動，而激光銑削頭114可以在X、Y、Z方向移動。
[0028]在上述的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I中，采用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射激光束熔融金屬粉層進行3D打印，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101每次加工的單層或多層近似形體進行銑削加工，融合3D打印技術(shù)及銑削加工為一體。
[0029]在實際加工過程中，其具體操作過程如下:
[0030]I)、鋪粉結(jié)構(gòu)將金屬粉輸送至加工平臺109上，并鋪設(shè)在加工平臺109上，形成金屬粉層；按照3D打印技術(shù)，激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101對加工平臺109上的金屬粉層激光熔融加工，逐行逐層堆積形成單層或多層的近似形體；
[0031]2)、利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對加工平臺109上形成的單層或多層的近似形體構(gòu)件進行銑削，以達到構(gòu)件所需的尺寸及表面精度；
[0032]3)、重復(fù)循環(huán)上述步驟I)及步驟2)，一直到最后零件的形狀加工完畢。
[0033]每次完成上述步驟I)及2)，加工平臺109則會向下移動一定距離，以保證重新布置在加工平臺109上的金屬粉層與激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)射的激光束的焦點之間的距離保持不變。在步驟I)中，利用激光發(fā)射結(jié)構(gòu)101發(fā)出的激光束在水平面移動，在加工平臺109上的金屬粉層中成型單層或多層近似形體；在步驟2)中，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束在立體空間移動，可以對各種類型的單層或多層近似形體全方位進行銑削。
[0034]利用本實施例提供的激光熔融及激光銑削復(fù)合3D打印設(shè)備I加工零件，利用激光束逐層熔融金屬粉層后，利用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對單層或多層近似形體進行銑削加工，循環(huán)重復(fù)直至零件加工完畢，該3D打印設(shè)備將傳統(tǒng)的以激光銑削為主的去除式精密加工與以激光束熔融3D打印為主的增量疊層制造工藝集成為一體，既能克服傳統(tǒng)3D打印技術(shù)在尺寸和形狀精度等方面的缺陷，也可以克服切削加工對零部件復(fù)雜程度等方面的制約，這樣，則不需要對加工后的零件進行二次加工，避免現(xiàn)時裝夾困難、加工誤差大、加工時零件出現(xiàn)變形以及難以加工的問題，為3D打印技術(shù)開辟更加廣闊的應(yīng)用空間，為航空航天產(chǎn)業(yè)核心精密零部件的生產(chǎn)制造提供新的方法和手段。
[0035]另外，采用激光銑削頭114發(fā)射的激光束對單層或多層近似形體進行銑削加工，屬于非接觸式銑削加工，避免傳統(tǒng)式刀具直接與單層或多層近似形體直接接觸加工存在的缺陷，大大提高銑削加工的精度。
[0036]本實施例中，在基座100上設(shè)有兩排相間隔并行布置的導(dǎo)軌105，該兩個導(dǎo)軌105布置在加工平臺109的兩側(cè)；鋪粉結(jié)構(gòu)包括刮刀104以及儲粉箱103，刮刀104的兩端分別活動連接在兩個導(dǎo)軌105上，這樣，刮刀104則可以沿著導(dǎo)軌105在水平面上移動，且刮刀104的下端面與加工平臺109之間具有間隙；儲粉箱103具有上端開口的儲粉腔，儲粉箱103的儲粉腔用于存儲金屬粉，該儲粉箱103位于基座100的下方，且在基座100中，設(shè)有連通該儲粉箱103上端開口的通孔，也就是說，通孔與儲粉箱103的上端開口對齊，當(dāng)然，該通孔也位于兩個導(dǎo)軌105之間。
[0037]在儲粉箱103中還設(shè)有可以上下移動的運粉臺，該