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CN108161008A - 一种激光与微波复合加工成型的装置 - Google Patents

一种激光与微波复合加工成型的装置 Download PDF

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CN108161008A CN201810007700.1A CN201810007700A CN108161008A CN 108161008 A CN108161008 A CN 108161008A CN 201810007700 A CN201810007700 A CN 201810007700A CN 108161008 A CN108161008 A CN 108161008A
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vacuum
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颜丙功
江开勇
吕培杰
张际亮
王霏
路平
康磊
靳玲
乐其河
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Huaqiao University
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Abstract

本发明公开了一种激光与微波复合加工成型的装置，包括激光发生系统、微波发生系统、真空系统、铺粉系统以及总控制器。所述激光发生系统包括激光器，所述激光器与激光振镜相连接，所述激光振镜固定在所述真空腔的正上方；所述微波发生系统与真空腔相连接；所述真空系统包括圆柱形真空腔、机械泵、扩散泵、泄气阀、PLC及压力传感器；所述铺粉系统包括储粉腔、粉末回收腔、工件升降台和铺粉刮刀，所述储粉腔内有粉末升降台，所述粉末升降台与工件升降台连接电动推杆上下运动，所述铺粉刮刀通过左右运动刮粉，所述真空腔通过阻波网与真空系统相连接。本发明能够实现微波与激光同步制造，通过微波预热粉末，提高激光熔化增材制造的质量与效率。

Description

一种激光与微波复合加工成型的装置
技术领域
本发明涉及一种激光与微波复合增材制造系统
背景技术
激光熔化增材制造技术是在激光束热作用下，使金属粉末完全熔化，经冷却后与金属固体焊合成型，通过层层叠加材料堆积出三维实体。在制造的过程中，由于工件急冷急热，容易造成内部残余热应力过大等诸多问题，因此传统的激光熔化增材制造需要进一步热处理。
发明内容
为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种激光与微波复合加工成型的装置，在激光成型过程中，使基体与粉末保持在一定的温度，有效缓解急冷急热的加工状态，提高制造工件的性能。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种激光与微波复合加工成型的装置，包括激光发生系统、微波发生系统、真空系统、铺粉系统以及总控制器；
所述真空系统包括圆柱形真空腔、机械泵、扩散泵、泄气阀、PLC及红外传感器、压力传感器；所述机械泵、扩散泵通过抽真空管与真空腔连接；所述泄气阀的一端连通真空腔，另一端延伸到真空腔外；所述红外传感器、压力传感器的一端连通真空腔，另一端通过PLC连接至总控制器；
所述激光发生系统包括激光器，所述激光器与激光振镜相连接，所述激光振镜固定在所述真空腔的正上方，所述激光振镜的下方还设置一激光透镜；
所述微波发生系统通过波导腔与真空腔相连接，并且所述波导腔连通真空腔的那一端设置有微波透镜；
所述铺粉系统包括储粉腔、粉末回收腔、工件升降台和铺粉刮刀，所述储粉腔内有粉末升降台，所述粉末升降台与工件升降台连接电动推杆后沿着上下方向往复运动，所述铺粉刮刀设置在储粉腔的开口外，并沿着左右方向往复运动刮粉；
所述真空腔内悬挂设有一保温腔，所述保温腔与粉末升降台的最高位置之间留有一定的高度形成让位空间，使得所述铺粉刮刀通过所述让位空间；所述保温腔的末端为开口端，所述工件升降台通过所述开口升入保温腔内；
所述真空腔通过阻波网与抽真空管相连接，所述阻波网阻挡微波进入抽真空管；所述真空腔通过激光透镜与激光发生系统相连接，所述真空腔通过微波透镜与微波发生系统相连接；所述总控制器与真空系统、激光发生系统、微波发生系统及真空腔系统相连接。
在一较佳实施例中：所述激光器与激光振镜通过光路连接，激光通过激光透镜透射到真空腔内的工作台面。
在一较佳实施例中：所述铺粉刮刀长度大于储粉腔长度。
在一较佳实施例中：所述铺粉刮刀长度大于工件升降台长度。
在一较佳实施例中：所述机械泵与扩散泵串联工作。
在一较佳实施例中：所述微波发生系统在真空腔内水平方向微波的范围可调，作为辅助热源对不同高度工件预热。
在一较佳实施例中：所述铺粉系统通过电动推杆启停高度差控制铺粉高度。
在一较佳实施例中：所述铺粉系统通过电动推杆的启停高度差控制粉末供给量。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明将微波技术与激光熔化增材制造技术相结合，在激光成型过程中，使基体与粉末保持在一定的温度，有效缓解急冷急热的加工状态，提高制造工件的性能。
附图说明
图1为本发明优选实施例中复合加工成型装置的结构图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
参考图1，一种激光与微波复合加工成型的装置，包括激光发生系统、微波发生系统2、真空系统、铺粉系统以及总控制器5；
所述真空系统3包括圆柱形真空腔31、机械泵32、扩散泵33、泄气阀34、PLC35及红外传感器36、压力传感器37；所述机械泵32、扩散泵33串联并通过抽真空管38与真空腔31连接；通过机械泵32、扩散泵33对真空腔31进行抽真空处理。所述泄气阀34的一端连通真空腔31，另一端延伸到真空腔31外；所述红外传感器36、压力传感器37的一端连通真空腔31，另一端通过PLC35连接至总控制器5；
所述激光发生系统包括激光器11，所述激光器11与激光振镜12相连接，所述激光振镜12固定在所述真空腔31的正上方，所述激光振镜12的下方还设置一激光透镜13；
所述微波发生系统2通过波导腔21与真空腔31相连接，并且所述波导腔21连通真空腔31的那一端设置有微波透镜22；所述微波发生系统2在真空腔31内水平方向微波的范围可调，作为辅助热源对不同高度工件预热。
所述铺粉系统包括储粉腔41、粉末回收腔42、工件升降台43和铺粉刮刀44，所述储粉腔41内有粉末升降台45，所述粉末升降台45与工件升降台43连接电动推杆后沿着上下方向往复运动，所述铺粉刮刀44设置在储粉腔41的开口外，并沿着左右方向往复运动刮粉；所述铺粉刮刀44长度大于储粉腔41长度。所述铺粉刮刀44长度大于工件升降台43长度。所述铺粉系统通过电动推杆启停高度差控制铺粉高度。所述铺粉系统通过电动推杆的启停高度差控制粉末供给量。
所述真空腔31内悬挂设有一保温腔39，所述保温腔39与粉末升降台45的最高位置之间留有一定的高度形成让位空间，使得所述铺粉刮刀44通过所述让位空间；所述保温腔39的末端为开口端，所述工件升降台43通过所述开口升入保温腔内；
所述真空腔31通过阻波网30与抽真空管38相连接，所述阻波网30阻挡微波进入抽真空管38；所述真空腔31通过激光透镜13与激光发生系统1相连接，所述真空腔31通过微波透镜22与微波发生系统2相连接；所述总控制器5与真空系统3、激光发生系统1、微波发生系统2及真空腔31系统相连接。
所述激光器11与激光振镜12通过光路连接，激光通过激光透镜13透射到真空腔31内的工作台面。
上述的一种激光与微波复合增材制造系统，其工作步骤如下：
1)将零件三维模型导入总控制器5中，总控制器5将零件三维模型分层、规划扫描路径并设置初始工艺参数。
2)将一定量的激光熔化金属粉末放置至储粉腔41；
3)关闭真空腔31的门，首先用机械泵32抽真空，当真空度低于0.1Pa时，扩散泵33开始工作，真空度低于1x10-3Pa时，真空腔31内的真空度满足工作要求；
4)根据实际要求，也可以对真空腔31中充入其它气体；
5)通过总控制器5控制真空腔31内的铺粉系统，铺粉刮刀44将粉末升降台45顶起的粉末向左刮动平铺，使得粉末平铺在工件升降台43的表面，多余的粉末进入粉末回收腔42；
6)工件升降台43在电动推杆的作用下，沿保温腔39向上升至微波作用区，利用微波对工件升降台43预热；
7)工件升降台43面温度达到要求后，经红外温度传感器收集实时信息最终传给总控制器5；
8)通过总控制器5控制激光发生系统1按路径规划信息进行扫描；
9)扫描结束后，激光与微波停止发射，工件升降台43下降至铺粉区域。工件升降台43与铺粉平台高度差即为粉末层高度设定值；
10)重复第(5)步骤，直到打印完全结束；
11)真空系统3停止工作，通过泄气阀34使腔内气压恢复到环境气压，打开腔门取出工件；
以上所述仅为本发明较佳实施例，故不能依此限定本发明的技术范围，故凡依本发明的技术实质及说明书内容所作的等效变化与修饰，均应属本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种激光与微波复合加工成型的装置，包括激光发生系统、微波发生系统、真空系统、铺粉系统以及总控制器；
所述真空系统包括圆柱形真空腔、机械泵、扩散泵、泄气阀、PLC及红外传感器、压力传感器；所述机械泵、扩散泵通过抽真空管与真空腔连接；所述泄气阀的一端连通真空腔，另一端延伸到真空腔外；所述红外传感器、压力传感器的一端连通真空腔，另一端通过PLC连接至总控制器；
所述激光发生系统包括激光器，所述激光器与激光振镜相连接，所述激光振镜固定在所述真空腔的正上方，所述激光振镜的下方还设置一激光透镜；
所述微波发生系统通过波导腔与真空腔相连接，并且所述波导腔连通真空腔的那一端设置有微波透镜；
所述铺粉系统包括储粉腔、粉末回收腔、工件升降台和铺粉刮刀，所述储粉腔内有粉末升降台，所述粉末升降台与工件升降台连接电动推杆后沿着上下方向往复运动，所述铺粉刮刀设置在储粉腔的开口外，并沿着左右方向往复运动刮粉；
所述真空腔内悬挂设有一保温腔，所述保温腔与粉末升降台的最高位置之间留有一定的高度形成让位空间，使得所述铺粉刮刀通过所述让位空间；所述保温腔的末端为开口端，所述工件升降台通过所述开口升入保温腔内；
所述真空腔通过阻波网与抽真空管相连接，所述阻波网阻挡微波进入抽真空管；所述真空腔通过激光透镜与激光发生系统相连接，所述真空腔通过微波透镜与微波发生系统相连接；所述总控制器与真空系统、激光发生系统、微波发生系统及真空腔系统相连接。
2.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述激光器与激光振镜通过光路连接，激光通过激光透镜透射到真空腔内的工作台面。
3.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述铺粉刮刀长度大于储粉腔长度。
4.根据权利要求3所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述铺粉刮刀长度大于工件升降台长度。
5.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述机械泵与扩散泵串联工作。
6.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述微波发生系统在真空腔内水平方向微波的范围可调，作为辅助热源对不同高度工件预热。
7.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述铺粉系统通过电动推杆启停高度差控制铺粉高度。
8.根据权利要求1所述一种激光与微波复合加工成型的装置，其特征在于：所述铺粉系统通过电动推杆的启停高度差控制粉末供给量。
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