基於四雷射雙工位的雷射選區熔化slm設備及加工方法
2023-05-08 05:33:51
基於四雷射雙工位的雷射選區熔化slm設備及加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備及加工方法，所述設備包括光學系統、中央工控機、密封成型室以及移動面板，所述光學系統與中央工控機相連，所述密封成型室與光學系統相隔離且位於移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖雷射器以及與每組光纖雷射器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。本發明可以實現雙工位掃描，保證了大尺寸成型零件的高效率、高精度加工。
【專利說明】基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備及加工方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷射選區熔化SLM設備，尤其是一種基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備及加工方法，屬於【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雷射選區熔化SLM(Selective Laser Melting)設備集成了雷射、精密傳動、新材料、CAD/CAM等技術，通過30~80微米的精細雷射聚焦光斑，逐線搭接掃描新鋪粉層上選定區域，形成面輪廓後，層與層堆積成型製造，從而直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結合的金屬功能零件，緻密度可達到近乎100% ;SLM設備將複雜三維幾何體簡化為二維平面製造，製造成本不取決於零件的複雜性，而是取決於零件的體積和成型方向。
[0003]SLM設備作為直接製造金屬功能零件的重要方式，其優勢主要表現在:
[0004]I)採用分層製造技術，成型件不受幾何複雜度的影響，對任意複雜成型金屬零件可直接製造，對於個性化小批量複雜產品製造方便；
[0005]2)使用高功率密度的光纖雷射器，光束模式好，雷射光斑小，成型精度較高；
[0006]3)直接製成終端金屬產品，由於雷射能量密度較高，對熔點高難加工金屬材料可直接加工成為終端金屬廣品；
[0007]4)成型金屬零件是具有冶金結合的實體，其相對密度幾乎達到100%，性能超過傳統鑄造件。
[0008]但目前市面上的雷射選區熔化SLM設備成型面積受限於光學系統，單振鏡最大成型區域280X280X350mm，不適·用於大尺寸成型件。同時高功率大光斑掃描可提高效率，小光斑可以保證成型精度，現有的SLM設備很難保證高效率高精度同步進行，因此精度、效率、成型尺寸一直約束了 SLM設備的應用與發展(尤其是在大尺寸零件成型時)。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種可以實現雙工位掃描，保證了大尺寸成型零件的高效率、高精度加工的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備。
[0010]本發明的另一目的在於提供一種基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備的加工方法。
[0011]本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到:
[0012]基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機以及密封成型室，所述光學系統與中央工控機相連，其特徵在於:還包括可實現雙工位定位的移動面板，所述密封成型室與光學系統相隔離且位於移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖雷射器以及與每組光纖雷射器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述每組光纖雷射器包括兩臺光纖雷射器，所述每個光閥轉向單元用於切換兩臺光纖雷射器的輸入，所述兩個光閥轉向單元、兩個可變式擴束準直鏡單元和兩個掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。
[0013]作為一種優選方案，所述兩組光纖雷射器分別為第一組光纖雷射器和第二組光纖雷射器，所述第一組光纖雷射器包括第一低功率光纖雷射器和第一高功率光纖雷射器，所述第二組光纖雷射器包括第二低功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器,所述第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器用於成型金屬零件邊界掃描，所述第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器用於成型金屬零件內部填充掃描；所述兩個光閥轉向單元分別為第一光閥轉向單兀和第二光閥轉向單兀，所述第一光閥轉向單兀用於切換第一低功率光纖雷射器與第一高功率光纖雷射器的輸入，所述第二光閥轉向單元用於切換第二低功率光纖雷射器與第二高功率光纖雷射器的輸入。
[0014]作為一種優選方案，所述SLM設備還包括相互平行的第一滑動導軌和第二滑動導軌，所述移動面板分別與第一滑動導軌和第二滑動導軌連接，所述移動面板與第一滑動導軌連接的部分向右延伸，與第二滑動導軌連接的部分向左延伸；所述兩個可變式擴束準直鏡單元分別為第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元，所述兩個掃描振鏡單元分別為第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元，所述第一光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第一掃描振鏡單元依次相連，所述第二光閥轉向單元、第二可變式擴束準直鏡單元和第二掃描振鏡單元依次相連；所述第一可變式擴束準直鏡單元和第一光閥轉向單元從左至右依次設置在移動面板向右延伸的部分，所述第二可變式擴束準直鏡單元和第二光閥轉向單元從右至左依次設置在移動面板向左延伸的部分，所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元對稱設置在移動面板的中心，所述密封成型室在第一掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第一光學透鏡和第二光學透鏡，在第二掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第三光學透鏡和第四光學透鏡。
[0015]作為一種優選方案，所述SLM設備還包括螺旋絲槓，所述螺旋絲槓通過螺旋絲槓傳動單元與中央工控機相連，所述螺旋絲槓在螺旋絲槓傳動單元的作用下，通過固定連接件帶動移動面板沿著第一滑動導軌和第二滑動導軌在雙工位之間移動。
[0016]作為一種優選方案，所述第一光閥轉向單元採用45度全反射鏡片切換第一低功率光纖雷射器與第一高功率光纖雷射器的輸入，所述第二光閥轉向單元採用45度全反射鏡片切換第二低功率光纖雷射器與第二高功率光纖雷射器的輸入。
[0017]作為一種優選方案，所述第一掃描振鏡單元上設有用於將第一可變式擴束準直鏡單元傳輸的雷射束進行偏轉的第一組掃描振鏡片，所述第二掃描振鏡單元上設有用於將第二可變式擴束準直鏡單元傳輸的雷射束進行偏轉的第二組掃描振鏡片，所述第一組掃描振鏡片和第二組掃描振鏡片分別由兩片相互正交的振鏡片組成；所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元的底部分別設有用於對雷射束進行偏轉矯正的場鏡。
[0018]作為一種優選方案，所述螺旋絲槓傳動單元採用伺服電機。
[0019]作為一種優選方案，所述密封成型室內部設有鋪粉單元，底部兩側分別設有多餘粉末回收單元，底部中心處設有用於放置成型金屬零件的成型平臺，所述成型平臺通過與中央工控機相連形成可向下移動的結構。
[0020]本發明的另一目的可以通過採取如下技術方案達到:[0021]基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備的加工方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0022]I)將密封成型室沿中線劃分成I區和II區兩個區域，I區和II區分別對應移動面板的兩個工位；
[0023]2)當移動面板上的光學系統處於I區，此時第一掃描振鏡單兀正對第一光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第三光學透鏡；
[0024]3)中央工控機發送信號給第一低功率光纖雷射器、第二低功率光纖雷射器、第一光閥轉向單元、第二光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元；
[0025]打開第一低功率光纖雷射器，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第一光閥轉向單元，第一光閥轉向單元採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第一可變式擴束準直鏡單元，第一可變式擴束準直鏡單元根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀，通過第一組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第一光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描；
[0026]打開第二低功率光纖雷射器，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第二光閥轉向單元，第二光閥轉向單元採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第二可變式擴束準直鏡單元；第二可變式擴束準直鏡單元根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單兀，通過第二組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第三光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描；
[0027]4)1區的溝邊掃描完成後,通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入II區，此時第一掃描振鏡單元正對第二光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第四光學透鏡，繼續打開第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，對II區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描；
[0028]5) II區的溝邊掃描完成後，成型平臺在中央工控機的作用下自動下降一層，此時鋪粉單元鋪一層金屬粉末，繼續採用第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，對II區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描，掃描完成後通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入I區，返回步驟3)，直至完成4?10層鋪粉溝邊掃描工作，此時移動面板上的第一掃描振鏡單兀和第二掃描振鏡單兀處於II區，即第一掃描振鏡單兀正對第二光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第四光學透鏡；
[0029]6)中央工控機發送信號給第一組光纖雷射器、第二組光纖雷射器、第一光閥轉向單元、第二光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡和第二可變式擴束準直鏡；
[0030]第一低功率光纖雷射器關閉，第一高功率光纖雷射器打開，此時第一光閥轉向單元的45度全反射鏡移出，第一高功率光纖雷射器發射的高功率雷射束直接通過第一光閥轉向單元進入第一可變式擴束準直鏡單元，第一可變式擴束準直鏡單元根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀，通過第一組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第二光學透鏡對II區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描；[0031]第二低功率光纖雷射器關閉，第二高功率光纖雷射器打開，此時第二光閥轉向單元的45度全反射鏡移出，第二高功率光纖雷射器發射的高功率雷射束直接通過第二光閥轉向單元進入第二可變式擴束準直鏡單元，第二可變式擴束準直鏡單元根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單元，通過第二組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第四光學透鏡對II區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描；
[0032]7)在II區的內部填充完成後，通過中央工控機關閉第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入I區，此時第一掃描振鏡單元正對第一光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第三光學透鏡，繼續打開第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器，對I區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描；
[0033]8)採用第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器對下一個4?10層完成鋪粉溝邊掃描工作，完成後再採用第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器進行內部填充掃描，通過層與層堆積完成大尺寸成型金屬零件的加工。
[0034]本發明相對於現有技術具有如下的有益效果:
[0035]1、本發明的雷射選區熔化SLM設備在成型時，採用低功率光纖雷射器先對成型金屬零件輪廓邊界溝邊4?10層厚後，再採用高功率光纖雷射器對成型金屬零件輪廓內部進行填充，從而極大程度減少雷射掃描時間，提高4?5倍成型效率。
[0036]2、本發明的雷射選區熔化SLM設備結構簡單，使用方便，螺旋絲槓在螺旋絲杆傳動單元的作用下帶動移動面板可以實現雙工位之間的移動與定位，從而實現雙工位的掃描，保證了大尺寸成型零件的高效率、高精度加工。
[0037]3、本發明的雷射選區熔化SLM設備通過可變式擴束準直鏡可直接與中央工控機交換信息，根據輸入雷射束對擴束倍數進行自動調整，密封成型室在掃描振鏡雙工位下方設置有四個光學透鏡，便於雷射束能量無損進入成型室。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為本發明的雷射選區熔化SLM設備正面結構示意圖。
[0039]圖2為本發明的雷射選區熔化SLM設備俯視結構示意圖。
[0040]圖3為本發明的雷射選區熔化SLM設備中第一光閥轉向單元的切換原理示意圖。
[0041]圖4為本發明的雷射選區熔化SLM設備中第二光閥轉向單元的切換原理示意圖。
[0042]其中，1-密封成型室，2-移動面板，3-螺旋絲槓，4-第一滑動導軌，5-第二滑動導軌,6-螺旋絲槓傳動單元,7-固定連接件,8-鋪粉單元,9-多餘粉末回收單元,10-成型金屬零件，11-成型平臺，12-第一光閥轉向單元，13-第二光閥轉向單元，14-第一可變式擴束準直鏡單元，15-第二可變式擴束準直鏡單元，16-第一掃描振鏡單元，17-第二掃描振鏡單元，18-第一低功率光纖雷射器，19-第一高功率光纖雷射器，20-第二低功率光纖雷射器,21-第二高功率光纖雷射器,22-第一組掃描振鏡片,23-第二組掃描振鏡片,24-場鏡，25-第一光學透鏡,26-第二光學透鏡,27-第三光學透鏡,28-第四光學透鏡,29-金屬粉末。
【具體實施方式】[0043]實施例1:
[0044]如圖1和圖2所示，本實施例的雷射選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機、密封成型室1、移動面板2、螺旋絲槓3、第一滑動導軌4以及第二滑動導軌5，所述光學系統與中央工控機相連，所述密封成型室I與光學系統相隔離且位於移動面板2下方；所述第一滑動導軌4和第二滑動導軌5相互平行，所述移動面板2分別與第一滑動導軌4和第二滑動導軌5連接，所述移動面板2與第一滑動導軌4連接的部分向右延伸，與第二滑動導軌5連接的部分向左延伸，所述螺旋絲槓3通過螺旋絲槓傳動單元6與中央工控機相連，所述螺旋絲槓3在螺旋絲槓傳動單元6的作用下，通過固定連接件7帶動移動面板2沿著第一滑動導軌4和第二滑動導軌5在雙工位之間移動，所述螺旋絲槓傳動單元6採用伺服電機；所述密封成型室I內部設有鋪粉單元8，密封成型室I底部兩側分別設有多餘粉末回收單元9，在鋪粉時有多餘的粉末即進入該多餘粉末回收單元9，密封成型室I底部中心處設有用於放置成型金屬零件10的成型平臺11，所述成型平臺11與中央工控機相連，在中央工控機的作用下成型平臺11可以向下移動。
[0045]所述光學系統包括第一組光纖雷射器、第二組光纖雷射器以及設置在移動面板2上的第一光閥轉向單元12、第二光閥轉向單元13、第一可變式擴束準直鏡單元14、第二可變式擴束準直鏡單兀15、第一掃描振鏡單兀16和第二掃描振鏡單兀17，所述第一光閥轉向單元12、第一可變式擴束準直鏡單元14和第一掃描振鏡單元16依次相連，所述第二光閥轉向單元13、第二可變式擴束準直鏡單元15和第二掃描振鏡單元17依次相連，所述第一組光纖雷射器包括第一低功率光纖雷射器18和第一高功率光纖雷射器19，所述第二組光纖雷射器包括第二低功率光纖雷射器20和第二高功率光纖雷射器21，所述第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20用於成型金屬零件10邊界掃描，所述第一高功率光纖雷射器19和第二高功率光纖雷射器21用於成型金屬零件10內部填充掃描，所述第一光閥轉向單元12用於切換第一低功率光纖雷射器18與第一高功率光纖雷射器19的輸入，所述第二光閥轉向單元13用於切換第二低功率光纖雷射器20與第二高功率光纖雷射器21的輸入；所述第一掃描振鏡單元16上設有第一組掃描振鏡片22，所述第二掃描振鏡單元17上設有第二組掃描振鏡片23，所述第一組掃描振鏡片22和第二組掃描振鏡片23分別由兩片相互正交的振鏡片組成；所述第一掃描振鏡單元16和第二掃描振鏡單元17的底部分別設有場鏡24 ;所述第一可變式擴束準直鏡單元14和第一光閥轉向單元12從左至右依次設置在移動面板2向右延伸的部分，所述第二可變式擴束準直鏡單元15和第二光閥轉向單元13從右至左依次設置在移動面板2向左延伸的部分，所述第一掃描振鏡單元16和第二掃描振鏡單元17對稱設置在移動面板2的中心；所述密封成型室I在第一掃描振鏡單元16的雙工位定位位置下方分別設有第一光學透鏡25和第二光學透鏡26，在第二掃描振鏡單元17的雙工位定位位置下方分別設有第三光學透鏡27和第四光學透鏡28。
[0046]如圖1和圖3所示，所述第一光閥轉向單元12採用45度全反射鏡片切換第一低功率光纖雷射器18與第一高功率光纖雷射器19的輸入，在採用第一低功率光纖雷射器18對成型金屬零件10輪廓邊界溝邊時，此時45度全反射鏡片打開，第一低功率光纖雷射器18通過45度全反射鏡片的反射進入第一可變式擴束準直鏡單元14 ;在採用第一高功率光纖雷射器19對成型金屬零件10輪廓內部填充時，此時45度全反射鏡片移開(如虛線部分所/In)，第一高功率光纖雷射器19直接通過第一光閥轉向單兀12進入第一可變式擴束準直鏡單元14。
[0047]如圖1和圖4所示，所述第二光閥轉向單元13採用45度全反射鏡片切換第二低功率光纖雷射器20與第二高功率光纖雷射器21的輸入，在採用第二低功率光纖雷射器20對成型金屬零件10輪廓邊界溝邊時，此時45度全反射鏡片打開，第二低功率光纖雷射器20通過45度全反射鏡片的反射進入第二可變式擴束準直鏡單元15 ;在採用第二高功率光纖雷射器21對成型金屬零件10輪廓內部填充時，此時45度全反射鏡片移開(如虛線部分所示)，第二高功率光纖雷射器21直接通過第二光閥轉向單元13進入第二可變式擴束準直鏡單元15。
[0048]如圖1和圖2所示，本實施例的雷射選區熔化SLM設備的加工方法，包括以下步驟:
[0049]I)將密封成型室I沿中線劃分成I區和II區兩個區域，I區和II區分別對應移動面板2的兩個工位；
[0050]2)當移動面板2上的光學系統處於I區,此時第一掃描振鏡單兀16正對第一光學透鏡25,所述第二掃描振鏡單兀17正對第三光學透鏡27 ；
[0051]3)中央工控機發送信號給第一低功率光纖雷射器18、第二低功率光纖雷射器20、第一光閥轉向單元12、第二光閥轉向單元13、第一可變式擴束準直鏡單元14和第二可變式擴束準直鏡單元15 ；
[0052]打開第一低功率光纖雷射器18，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第一光閥轉向單元12，第一光閥轉向單元12採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第一可變式擴束準直鏡單元14，第一可變式擴束準直鏡單元14根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀16,通過第一組掃描振鏡片22偏轉以及場鏡24偏轉矯正後，通過第一光學透鏡25對I區內的成型金屬零件10邊界進行輪廓溝邊掃描;
[0053]打開第二低功率光纖雷射器20，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第二光閥轉向單元13，第二光閥轉向單元13採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第二可變式擴束準直鏡單元15 ;第二可變式擴束準直鏡單元15根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單元17，通過第二組掃描振鏡片23偏轉以及場鏡24偏轉矯正後，通過第三光學透鏡27對I區內的成型金屬零件10邊界進行輪廓溝邊掃描;
[0054]4) I區的溝邊掃描完成後,通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20，移動面板2在螺旋絲槓3的帶動下進行移動，使移動面板2上的光學系統進入II區，此時第一掃描振鏡單元16正對第二光學透鏡26，所述第二掃描振鏡單元17正對第四光學透鏡28，繼續打開第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20，對II區內的成型金屬零件10邊界進行輪廓溝邊掃描；
[0055]5)11區的溝邊掃描完成後，成型平臺11在中央工控機的作用下自動下降一層，此時鋪粉單元8鋪一層金屬粉末29，繼續採用第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20，對II區內的成型金屬零件10邊界進行輪廓溝邊掃描，掃描完成後通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20,移動面板2在螺旋絲槓3的帶動下進行移動，使移動面板2上的光學系統進入I區，返回步驟3)，直至完成4?10層鋪粉溝邊掃描工作，此時移動面板2上的光學系統處於II區，即第一掃描振鏡單兀16正對第二光學透鏡26,所述第二掃描振鏡單兀17正對第四光學透鏡28:
[0056]6)中央工控機發送信號給第一組光纖雷射器、第二組光纖雷射器、第一光閥轉向單元12、第二光閥轉向單元13、第一可變式擴束準直鏡14和第二可變式擴束準直鏡15 ；
[0057]第一低功率光纖雷射器18關閉，第一高功率光纖雷射器19打開，此時第一光閥轉向單元12的45度全反射鏡移出，第一高功率光纖雷射器19發射的高功率雷射束直接通過第一光閥轉向單元12進入第一可變式擴束準直鏡單元14，第一可變式擴束準直鏡單元14根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀16,通過第一組掃描振鏡片22偏轉以及場鏡24偏轉矯正後,通過第二光學透鏡26對II區內的成型金屬零件10進行輪廓內部填充掃描；
[0058]第二低功率光纖雷射器20關閉,第二高功率光纖雷射器21打開,此時第二光閥轉向單元13的45度全反射鏡移出，第二高功率光纖雷射器21發射的高功率雷射束直接通過第二光閥轉向單元13進入第二可變式擴束準直鏡單元15，第二可變式擴束準直鏡單元15根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單元17，通過第二組掃描振鏡片23偏轉以及場鏡24偏轉矯正後，通過第四光學透鏡28對II區內的成型金屬零件10進行輪廓內部填充掃描；
[0059]7)在II區的內部填充完成後，通過中央工控機關閉第一高功率光纖雷射器19和第二高功率光纖雷射器21，移動面板2在螺旋絲槓3的帶動下進行移動，使移動面板2上的光學系統進入I區，此時第一掃描振鏡單元16正對第一光學透鏡25，所述第二掃描振鏡單元17正對第三光學透鏡27，繼續打開第一高功率光纖雷射器19和第二高功率光纖雷射器21，對I區內的成型金屬零件10進行輪廓內部填充掃描；
[0060]8)採用第一低功率光纖雷射器18和第二低功率光纖雷射器20對下一個4?10層完成鋪粉溝邊掃描工作，完成後再採用第一高功率光纖雷射器19和第二高功率光纖雷射器21進行內部填充掃描，通過層與層堆積完成大尺寸成型金屬零件的加工。
[0061]以上所述，僅為本發明較佳的實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明所公開的範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，包括光學系統、中央工控機以及密封成型室，所述光學系統與中央工控機相連，其特徵在於:還包括可實現雙工位定位的移動面板，所述密封成型室與光學系統相隔離且位於移動面板下方；所述光學系統包括兩組光纖雷射器以及與每組光纖雷射器對應的光閥轉向單元、可變式擴束準直鏡單元和掃描振鏡單元，所述每組光纖雷射器包括兩臺光纖雷射器，所述每個光閥轉向單元用於切換兩臺光纖雷射器的輸入，所述兩個光閥轉向單元、兩個可變式擴束準直鏡單元和兩個掃描振鏡單元均設置在移動面板上，所述密封成型室在其中一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有一個光學透鏡，在另一個掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方也分別設有一個光學透鏡。
2.根據權利要求1所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述兩組光纖雷射器分別為第一組光纖雷射器和第二組光纖雷射器，所述第一組光纖雷射器包括第一低功率光纖雷射器和第一高功率光纖雷射器，所述第二組光纖雷射器包括第二低功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器，所述第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器用於成型金屬零件邊界掃描，所述第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器用於成型金屬零件內部填充掃描；所述兩個光閥轉向單元分別為第一光閥轉向單元和第二光閥轉向單兀，所述第一光閥轉向單兀用於切換第一低功率光纖雷射器與第一高功率光纖雷射器的輸入，所述第二光閥轉向單兀用於切換第二低功率光纖雷射器與第二高功率光纖雷射器的輸入。
3.根據權利要求2所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述SLM設備還包括相互平行的第一滑動導軌和第二滑動導軌，所述移動面板分別與第一滑動導軌和第二滑動導軌連接，所述移動面板與第一滑動導軌連接的部分向右延伸，與第二滑動導軌連接的部分向左延伸；所述兩個可變式擴束準直鏡單元分別為第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元，所述兩個掃描振鏡單元分別為第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元，所述第一光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第一掃描振鏡單元依次相連，所述第二光閥轉向單元、第二可變式擴束準直鏡單元和第二掃描振鏡單元依次相連；所述第一可變式擴束準直鏡單元和第一光閥轉向單元從左至右依次設置在移動面板向右延伸的部分，所述第二可變式擴束準直鏡單元和第二光閥轉向單元從右至左依次設置在移動面板向左 延伸的部分，所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元對稱設置在移動面板的中心，所述密封成型室在第一掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第一光學透鏡和第二光學透鏡，在第二掃描振鏡單元的雙工位定位位置下方分別設有第三光學透鏡和第四光學透鏡。
4.根據權利要求3所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述SLM設備還包括螺旋絲槓,所述螺旋絲槓通過螺旋絲槓傳動單元與中央工控機相連，所述螺旋絲槓在螺旋絲槓傳動單元的作用下，通過固定連接件帶動移動面板沿著第一滑動導軌和第二滑動導軌在雙工位之間移動。
5.根據權利要求3所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述第一光閥轉向單元採用45度全反射鏡片切換第一低功率光纖雷射器與第一高功率光纖雷射器的輸入，所述第二光閥轉向單元採用45度全反射鏡片切換第二低功率光纖雷射器與第二高功率光纖雷射器的輸入。
6.根據權利要求3所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述第一掃描振鏡單元上設有用於將第一可變式擴束準直鏡單元傳輸的雷射束進行偏轉的第一組掃描振鏡片，所述第二掃描振鏡單元上設有用於將第二可變式擴束準直鏡單元傳輸的雷射束進行偏轉的第二組掃描振鏡片，所述第一組掃描振鏡片和第二組掃描振鏡片分別由兩片相互正交的振鏡片組成；所述第一掃描振鏡單元和第二掃描振鏡單元的底部分別設有用於對雷射束進行偏轉矯正的場鏡。
7.根據權利要求4所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述螺旋絲槓傳動單元採用伺服電機。
8.根據權利要求1-7任一項所述的基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備，其特徵在於:所述密封成型室內部設有鋪粉單元，底部兩側分別設有多餘粉末回收單元，底部中心處設有用於放置成型金屬零件的成型平臺，所述成型平臺通過與中央工控機相連形成可向下移動的結構。
9.基於四雷射雙工位的雷射選區熔化SLM設備的加工方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將密封成型室沿中線劃分成I區和II區兩個區域，I區和II區分別對應移動面板的兩個工位； 2)當移動面板上的光學系統處於I區，此時第一掃描振鏡單元正對第一光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第三光學透鏡； 3)中央工控機發送信號給第一低功率光纖雷射器、第二低功率光纖雷射器、第一光閥轉向單元、第二光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡單元和第二可變式擴束準直鏡單元; 打開第一低功率光纖激 光器，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第一光閥轉向單元，第一光閥轉向單元採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第一可變式擴束準直鏡單元，第一可變式擴束準直鏡單元根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀，通過第一組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第一光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描； 打開第二低功率光纖雷射器，其發射的低功率雷射束通過光纖進入第二光閥轉向單元，第二光閥轉向單元採用45度全反射鏡片將低功率雷射束反射進入第二可變式擴束準直鏡單元；第二可變式擴束準直鏡單元根據低功率雷射束更改擴束倍數，將擴束後的低功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單元，通過第二組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第三光學透鏡對I區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描； 4)I區的溝邊掃描完成後，通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入II區，此時第一掃描振鏡單元正對第二光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第四光學透鏡，繼續打開第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，對II區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描； 5)II區的溝邊掃描完成後，成型平臺在中央工控機的作用下自動下降一層，此時鋪粉單元鋪一層金屬粉末，繼續採用第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，對II區內的成型金屬零件邊界進行輪廓溝邊掃描，掃描完成後通過中央工控機關閉第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入I區，返回步驟3)，直至完成4~10層鋪粉溝邊掃描工作，此時移動面板上的第一掃描振鏡單兀和第二掃描振鏡單兀處於II區，即第一掃描振鏡單兀正對第二光學透鏡，所述第二掃描振鏡單元正對第四光學透鏡； 6)中央工控機發送信號給第一組光纖雷射器、第二組光纖雷射器、第一光閥轉向單元、第二光閥轉向單元、第一可變式擴束準直鏡和第二可變式擴束準直鏡； 第一低功率光纖雷射器關閉，第一高功率光纖雷射器打開，此時第一光閥轉向單兀的45度全反射鏡移出，第一高功率光纖雷射器發射的高功率雷射束直接通過第一光閥轉向單元進入第一可變式擴束準直鏡單元，第一可變式擴束準直鏡單元根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第一掃描振鏡單兀，通過第一組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第二光學透鏡對II區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描； 第二低功率光纖雷射器關閉，第二高功率光纖雷射器打開，此時第二光閥轉向單兀的45度全反射鏡移出，第二高功率光纖雷射器發射的高功率雷射束直接通過第二光閥轉向單元進入第二可變式擴束準直鏡單元，第二可變式擴束準直鏡單元根據高功率雷射束的輸出光斑調整擴束倍數，將擴束後的高功率雷射束傳輸給第二掃描振鏡單元，通過第二組掃描振鏡片偏轉以及場鏡偏轉矯正後，通過第四光學透鏡對II區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描； 7)在II區的內部填充完成後，通過中央工控機關閉第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器，移動面板在螺旋絲槓的帶動下進行移動，使移動面板上的光學系統進入I區，此時第一掃描振鏡單兀正對第一光學透鏡，所述第二掃描振鏡單兀正對第三光學透鏡，繼續打開第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器，對I區內的成型金屬零件進行輪廓內部填充掃描； 8)採用第一低功率光纖雷射器和第二低功率光纖雷射器對下一個4~10層完成鋪粉溝邊掃描工作，完成後再採用第一高功率光纖雷射器和第二高功率光纖雷射器進行內部填充掃描，通過層與層堆積完成大尺寸成型金屬零件的加工。
【文檔編號】B22F3/105GK103658647SQ201310670777
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】楊永強, 宋長輝, 王迪, 葉梓恆 申請人:華南理工大學