[发明专利]一种金属零件的激光增材制造方法和装备

权利要求书

1.一种金属零件的激光增材制造方法，其特征在于，该方法采用逐层制造的随形缸作为成型缸，即在制造每一金属零件层前，先制备一层闭合的薄壁墙，闭合薄壁墙形成的空腔作为随形腔，该随形腔的高度与待制造的金属零件层相同，且形状与金属零件层的形状相适应，用于为待加工零件每层的铺粉提供平面基准和腔体；利用逐层制造的随形腔，采用扫描振镜进行选择性激光熔化成形，逐层制造金属零件层，各层随形腔最终层叠形成随形缸，各金属零件层累加形成金属零件。

2.一种金属零件的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墙与金属零件层外轮廓之间的距离为0.1mm～200mm，优选值为1mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墙的厚度为0.1mm～50mm，优选值为1mm～10mm。

4.根据权利要求1所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述每层随形腔为一个或多个；随形腔层叠成为随形缸。

5.根据权利要求1至4中任一所述的激光增材制造方法，其特征在于，所述薄壁墙采用自动送粉方式的激光熔化沉积方法逐层制造，或者采用堆焊方法逐层制造；或者由高度等于单层铺粉厚度的板带材料围成。

6.根据权利要求1至4中任一所述的激光增材制造方法，其特征在于，该方法的具体实现步骤为：

第1步对待加工零件的三维CAD模型进行改造，增加包围待加工零件的闭合薄壁墙；

第2步将添加了薄壁墙的三维CAD模型当成新的零件，按照需要的精度采用计算机软件对其进行分层切片，得到待加工零件的激光平面扫描轮廓信息和薄壁墙轮廓的平面扫描信息；

第3步制备一层薄壁墙；

第5步在薄壁墙所围成的空腔区域即随形腔内铺粉；

第6步对随形腔内的粉末采用振镜进行选择性激光熔化成形，制备一层金属零件层；

第7步沿振镜垂直方向移动一个层厚高度；

第8步重复进行第3步至第7步，直至零件完成全部成形过程；

第9步去除薄壁墙，即得到所需要的金属零件。

7.一种金属零件的激光增材制造装备，其特征在于，该装备包括振镜激光熔化成形装置和薄壁墙制备装置；

所述振镜激光熔化成形装置类似于不带成型缸的选择性激光熔化成形装置；所述薄壁墙制备装置安装在选择性激光熔化成形装置的气氛腔内，用于逐层完成薄壁墙的制造，形成随形腔，所述激光熔化成形装置用于完成在所述随形腔内铺金属粉末及对该金属粉末进行选择性激光熔化成形。

8.根据权利要求7所述的金属零件的激光增材制造装备，其特征在于，所述激光熔化成形装置包括储粉斗、气氛室、三维移动部件、工作台面、扫描振镜聚焦系统、第一导光系统、自动铺粉器和激光器；

储粉斗置于气氛室内或室外，工作台面位于气氛室底部，用于放置作为薄壁墙和零件承载体的基板；

扫描振镜聚焦系统和自动铺粉器通过安装板安装在三维移动部件上，自动铺粉器的入粉口通过粉管或者自由落下的方式从储粉斗获得粉末，自动铺粉器用于向随形腔内送粉，刮板并将随形腔内粉末铺平；工作时，激光器通过第一导光系统与扫描振镜聚焦系统的入光口相连；激光器出射的激光束经扫描振镜聚焦系统汇聚在随形腔内的粉末上，并按照零件形状对粉末进行选择性激光熔化成形。

9.根据权利要求8所述的金属零件的激光增材制造装备，其特征在于，所述薄壁墙制备装置包括激光器、光学聚焦系统、第二导光系统、送粉喷嘴和三维移动部件；

光学聚焦系统和送粉喷嘴均通过安装板安装在三维移动部件上，送粉喷嘴与光学聚焦系统同轴，送粉喷嘴通过粉管与储粉斗相连；工作时送粉喷嘴的喷出粉末的汇聚点与光学聚焦系统的焦点位于基板表面同一位置；激光器出射的激光束经光学聚焦系统后汇聚在送粉喷嘴同轴喷出的粉末汇聚点上，在基板表面形成熔覆层，当送粉喷嘴与光学聚焦系统随水平轴按预定的轨迹运动时，在基板上形成所需形状的薄壁墙，该薄壁墙所围成的区域即随形腔；

所述薄壁墙制备装置与所述激光熔化成形装置共用一台激光器和/或三维移动部件，或者各自分开配备一台激光器和/或三维移动部件。

10.根据权利要求7或8所述的金属零件的激光增材制造装备，其特征在于，所述薄壁墙制备装置为焊接设备，或者配有板带材料的多关节机器人，或者配有板带材料且安装在三维移动部件上的自动落料机构。

11.根据权利要求7至9中任一所述的金属零件的激光增材制造装备，其特征在于，所述三维移动部件是机床或者多关节机器人。