[发明专利]用于激光增材制造的气氛保护系统及激光增材制造设备

说明书

本发明提供了一种用于激光增材制造的气氛保护系统，所述气氛保护系统包括密闭装置以及与所述密闭装置外壁固定连接的滑动构件，其中，所述密闭装置是用于进行激光增材制造的成形腔，并且所述密闭装置包括沿竖直方向限定所述成形腔的刚性构件和柔性构件，柔性构件在竖直方向上与所述刚性构件连接，所述滑动构件能够在外部导轨上沿竖直方向滑动，随着所述滑动构件在外部导轨上沿竖直方向滑动，密闭装置的刚性构件沿竖直方向被带动，柔性构件由此被刚性构件带动并因此被压缩或拉伸，使得所述成形腔的体积被减小或增大。本发明还提供了一种包括这种气氛保护系统的激光增材制造设备。

技术领域

本发明属于激光增材制造设备技术领域，具体而言，涉及用于激光增材制造的气氛保护系统及包括这种气氛保护系统的激光增材制造设备。

背景技术

金属构件激光增材制造技术，利用快速原型制造的基本原理，首先在计算机中形成零件的三维CAD模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，将零件的三维形状信息转换成二维轮廓信息，在计算机数控系统的控制下，通过高能激光束对金属原材料的逐层熔化堆积，直接由零件CAD模型完成金属零件的“近净成形”制造。激光增材制造技术克服了铸锭冶金+塑性成形等传统制造技术需要制备模具、材料利用率低、周期长、成本高等问题，有望为难加工金属构件的制造提供一条快速、柔性、低成本、高性能、短周期的技术新途径，在航空航天、核电、石化、船舶等领域具有广阔的发展前景，受到国内外的高度关注。

在大气环境下进行激光增材制造过程，一些活泼金属(钛合金、铝合金等)表面会发生氧化现象，由于金属氧化物对激光能量的吸收率不同，以及氧化物造成的构件表面起伏不平，导致工作面不同部位对激光束的吸收率出现明显变化，使得移动熔池的尺寸在增材制造过程中无法保持稳定，从而显著影响成形件的表面质量和性能。所以激光增材制造装备系统除了必需的激光器、数控机床及送粉系统外，还需要建立一个惰性气氛保护成形腔，在金属构件激光成形的过程中保证腔体内氧的含量控制在一定范围之内，以防止活泼金属在成形过程中被氧化，影响成形材料的最终性能。

激光增材制造过程是金属材料熔化“逐层凝固堆积”的过程，成形的构件高度由低到高逐层增加，在现有技术中，为满足大型结构件的生产需求，通常采用刚性的长形腔，这种成形腔一般制造成比较大的体积，通常成形腔高度设计高度至少需要两倍以上所允许最大的零件成形高度，占用空间非常大。激光成形前需要通入惰性气体保护，由于大型刚性成形腔体积固定不变，所以保护气充排放时间较长，成形腔内保持均匀气氛的难度增加，严重影响了生产进程、导致生产效率低、成本提高，并且造成不必要资源浪费。这种问题在成形中小尺寸零件时尤为突出。此外，过大的成形腔占用空间较大，所需要的厂房、材料等附加成本大大提高。因此，传统的刚性成形腔增加了生产成本、降低了生产效率并且浪费资源，阻碍了增材制造技术的进一步发展。因此，急需一种刚柔结合变体积激光增材制造成形腔，其腔体高度可以随金属构件成形高度联动，始终保证成形腔的相对体积最小。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于激光增材制造的气氛保护系统，所述气氛保护系统包括密闭装置以及与所述密闭装置的外壁固定连接的滑动构件，其中，所述密闭装置内形成用于进行激光增材制造的成形腔，并且所述密闭装置包括沿竖直方向限定所述成形腔的刚性构件和柔性构件，柔性构件在竖直方向上与所述刚性构件连接，所述滑动构件能够在外部导轨上沿竖直方向滑动，随着所述滑动构件在外部导轨上沿竖直方向滑动，所述密闭装置的所述刚性构件沿竖直方向被带动，所述柔性构件由此被所述刚性构件带动并因此被压缩或拉伸，使得所述成形腔的体积被减小或增大。

优选地，所述气氛保护系统包括两个滑动构件，所述两个滑动构件分别固定连接至所述密闭装置的两侧，并且，所述两个滑动构件能够分别在位于所述密闭装置两侧的两个相对应的外部导轨上滑动。

优选地，所述刚性构件由金属材料制成。

优选地，所述刚性构件具有预定的高度，使得在激光成形过程中激光发生的反射以及熔融粉末的溅射不会破坏所述柔性构件。