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3D新闻

基于激光熔覆技术的3D打印系统

星之球科技 来源:消费导刊杂志社2021-06-08 我要评论(0 )   

激光熔覆炉系统,即金属零件送粉熔覆式激光快速成型及修复设备,这种类型的技术和装备在国内外激光3D打印领域是相对成熟的产品,如原材料制造工艺性好、3D打印工艺可操...

激光熔覆炉系统,即金属零件送粉熔覆式激光快速成型及修复设备,这种类型的技术和装备在国内外激光3D打印领域是相对成熟的产品,如原材料制造工艺性好、3D打印工艺可操作性强、国内外工艺积累多,满足对中大型高强度金属零件成型的要求。



3D打印、激光熔覆、快速成型、修复设备



本设备为金属材料的激光熔覆成型及修复的成套系统,设备主体结构采用五轴数控系统,其中三坐标轴实现熔覆头的直线运动,双轴转台实现工件的旋转运动;配套光纤激光器作为光源,配套激光熔覆头进行激光整形和加工,自动送粉器进行金属粉末的供给,配套有惰性气体保护系统、激光成型软件控制系统及监控系统。



1.



该激光熔覆炉系统,即金属零件送粉熔覆式激光快速成型及修复设备具体功能、功能部件选型以及结构设计的关键点说明如下。



1)激光系统选用一分二光闸,可连接粗细两种光纤,可实现不同尺寸焦点光斑(0.4mm、2.0mm),适合不同精度和效率激光熔覆工艺的研究。



2)惰性气体保护采用机床整体密闭的方式,相比局部箱体保护水氧含量更容易控制,更加稳定和耐用;同时设计俩个真空过渡舱,上下小型零件时,主箱体不用暴露在空气中,避免每次拿取零件都需气体清洗。



2)控制软件采用业内有名的比利时Materialise公司金属3D打印支撑、分层、路径规划的软件,保证3D打印工艺设计的技术先进性;另外配套路径规划和数控系统的自动连接,实现工艺参数可视化设置,3D打印工艺编程便捷、操作方便。



3)监控系统可在激光熔覆成型过程中监控质量,利于工艺研发数据的快速获取和工艺优化;也利于批量制作过程中异常现象的监控。



4)系统核心标准部件均采用相关领域知名进口部件,包括激光器、冷水机、激光头、送粉器、送粉头、数控系统、气体净化柱、真空泵、监控传感器、PLC、导轨等;保证系统长时间工作的稳定运行。



第一步,激光熔覆成型(3D打印)或修复程序准备



将需要打印的零件模型输入3D打印软件,通过切片和路径规划,获得打印路径的坐标文件,然后通过机床连接软件将这些路径坐标变成机床识别的代码成型,根据事先工艺设计,代码程序编写对激光、粉末、扫描速度等控制代码,然后将代码传输给数控系统。



第二步,激光熔覆成型(3D打印)或修复气氛准备及基板安装



首先,手套箱的主箱体暴露大气时,启动大型手套箱的气体净化系统,启动气体清洗功能,通过大量纯氩气置换箱体内的空气,含氧量小于200ppm时,启动气体净化系统,通过循环过滤系统,吸收氧气和水分,当水氧行列小于20ppm时,气氛即准备妥当;这个过程大约需耗费10个小时。正常工作情况下,不需要大量气体置换。



工件或基板进出气氛舱时,本系统设置两种操作方式:大工件进出开舱门,小工件进出用过渡舱。当进行基础工艺试验或小件加工时,工件、材料或工具的进出通过人手工搬运和过渡舱的操作来实现;当进行大工件的加工时,通过开舱门,用叉车或其他起吊设备进行操作。



第三步,部件系统准备



系统全部功能部件上电,包括激光器、冷水机、送粉器、数控机床、监控系统、手套箱等。检查各部件都处于待命状态,例如冷水温度满足激光器的要求、送粉器粉盘槽充满粉末,手套箱内气体纯度波动值在要求范围之内等。



第四步,启动程序进行成型或修复



数控系统启动激光熔覆成型程序。程序执行过程中,自动开启和关闭激光、粉末,按程序要求自动进行激光熔覆成型监控,加工中出现异常,监控系统报警或自动停机,提供报警信息,然后人工干预回复;可在断点处继续加工。



第五步,取出熔覆后零件



激光熔覆成型零件完成后,打开舱门,松开基板,用叉车将工件取出,直接放入热处理炉中,进行热处理。



该系统配置悬臂式五轴四联动数控作为激光加工路径的执行机构,能够实现激光加工过程中复杂轨迹的往复扫描。机床系统具有良好的系统刚性及高精度、高寿命、高可靠性和低消耗性能,并且结构紧凑、合理,占地面积小。机床本体由NC系统、床身、移动横梁和纵梁、激光熔覆头旋转摆动装置、双轴转台等组成。其中X轴、Y轴及Z轴为三坐标直线运动轴,Z轴下端安装摆动装置及激光熔覆头,实现激光熔覆头的直线运动,并可手动调整激光熔覆头的角度;AC双轴转台安装于机床底板上方、三轴悬臂机构的正下方,用于驱动工件旋转。



参考文献:



1.黄卫东.材料3D打印技术的研究进展[J].新型工业化,2016,(3).53-70.



2.成大先.机械设计手册[M].北京.化学工业出版社.2008.



3.孟光源.现代机构手册[M].北京;机械工业出版社.1994.


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