[发明专利]医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置及方法

权利要求书

1.医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：包括控制装置、送铺粉装置、激光传输机构、气体净化装置和封闭的成型室，所述成型室内设有成型缸和回收缸，回收缸设于成型缸的一侧；所述送铺粉装置设于成型室内，包括料斗和安装于料斗下方两侧的铺粉刷，所述料斗上方与成型室上方的填料口对应设置，铺粉刷的下方与成型缸的上表面水平对应；所述激光传输机构设于成型室的外上方，且对应成型缸设置；所述成型室的侧壁上设有便于气体进出的进气口和出气口，所述气体净化装置分别与进气口和出气口连接；所述控制装置分别连接送铺粉装置、激光传输机构、成型缸和气体净化装置。

2.根据权利要求1所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述铺粉刷为若干个叠加的刷片，每个刷片均由若干个刷片单元构成，各刷片的刷片单元之间错开设置；

所述料斗下方前侧的刷片前还安装有刮板，刮板的低端比刷片的低端高。

3.根据权利要求2所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述各刷片的刷片单元之间的间隙为0.05～0.15mm，每个刷片单元的宽度为3mm～5mm；所述刮板的低端比刷片的低端高50～200μm。

4.根据权利要求1所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述激光传输机构包括依次光路连接的光纤激光器、光路传输元件、扫描振镜、聚焦镜片和透光镜，所述聚焦镜片和透光镜设置于成型室的上方，并对应成型缸设置；所述光纤激光器和扫描振镜均与控制装置连接。

5.根据权利要求4所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述光路传输元件包括光纤传输线路以及依次安装在光纤传输线路上的准直扩束镜、光隔离器和光纤耦合头，在光纤传输线路的外套上设有水冷结构；

所述扫描振镜上设有风冷结构；

所述聚焦镜片和透光镜的一侧设有气刀。

6.根据权利要求5所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述气刀为0.15Mpa～0.2Mpa的氩气。

7.根据权利要求1所述的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置，其特征在于：所述气体净化装置包括相互连接的真空泵和过滤器，真空泵分别与控制装置、成型室的进气口连接，过滤器与成型室的出气口连接；所述真空泵外接惰性气体供应装置；

在成型室的出气口处设有氧含量监测仪；

所述送铺粉装置的料斗内设有加热丝；或者，所述成型缸的下方设有加热丝。

8.由权利要求1～7任一项所述装置实现的医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)建立零件的CAD几何模型，并进行分层离散，生成扫描路径数据；将所述的扫描路径数据导入控制装置中；

(2)向成型室内注入惰性气体，并将成型室内的氧浓度控制在一定浓度范围内；

(3)往填料口内填送金属粉末，金属粉末沿料斗落入成型室内，铺粉刷预置一层金属粉末到成型缸上，同时将多余的金属粉末送入回收缸中；

(4)采用激光扫描金属粉末，激光通过激光传输机构发射传输，在金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将金属粉末熔化，形成零件单层截面；

(5)判断医用镁合金金属零件是否已成型，若已成型，则取出成型件，否则执行下一步骤；

(6)成型缸下降一层；根据步骤(1)生成的扫描路径，重复步骤(3)～(5)，使金属粉末逐层熔化，直到堆积成型，获得成型的医用镁合金金属零件。

9.根据权利要求8所述医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开扫描，且同时对零件的外轮廓勾边扫描，激光勾边的扫描速度为100～150mm/s，激光层间错开扫描时的扫描速度为200～400mm/s，扫描间距为60～80μm；所述激光的功率为150～200W，所述聚焦光斑的直径为70～100μm；所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为20～50μm；

或者，所述步骤(4)中，激光对金属粉末进行层间错开或呈“之”字形扫描，激光的扫描速度为600～1000mm/s，扫描间距为80～120μm；所述激光的功率为50W～150W，所述聚焦光斑的直径为70～200μm；所述步骤(6)中，成型缸每层的下降量为50～100μm。

10.根据权利要求8所述医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型方法，其特征在于：所述步骤(2)中，由气体净化装置将成型室抽空后，再向成型室内注入惰性气体；注入的惰性气体为氩气；成型室内的氧浓度控制在5～10ppm的浓度范围内；

所述步骤(3)中，在预置平铺金属粉末前，先在成型缸上放置基板；金属粉末在预置到成型缸前先经所述加热丝加热，使其温度达到110℃～130℃；

所述步骤(3)中送铺粉装置和步骤(6)中成型缸的操作均由控制装置控制实现，步骤(4)中的激光扫描由控制装置控制激光传输机构来实现；

所述镁合金金属粉末的粉末形状为球形，粒度在300～500目范围内。