[发明专利]具有全向构建路径的激光热丝增材沉积头

说明书

披露了集成式激光热丝沉积头的实施例。在一个实施例中，所述沉积头包括结构框架、激光加工子系统、送丝装置、以及导电管。所述激光加工子系统安装在所述结构框架内，以沿纵向定向的方向将单束路径激光束朝向有待增材制造的基材或零件递送。所述送丝装置和导电管安装在所述框架内，以将可消耗填充焊丝相对于所述纵向定向的方向成一定角度地朝向所述基材或零件给送。在运动控制系统的引导下，所述沉积头可以相对于所述基材或零件全向移动来对所述零件进行增材制造，而无需从所述纵向定向的方向有角度地改变所述单束路径激光束的取向或旋转所述沉积头。

相关申请的交叉引用/援引并入

此美国专利申请要求于2018年7月19日提交的美国临时专利申请序列号62/700,398的优先权和权益，所述申请的所有披露内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及与增材制造(经常同义地称为3D打印)相关的系统和方法，并且更具体地涉及允许全向构建路径的激光热丝增材沉积头。

背景技术

常规地，增材制造工艺能够以相对低的沉积速率来制造近净形零件，其中逐层地构建每个零件。然而，在沉积例如金属材料层时，沉积设备的取向可能必须不断地进行调节。这样不断的调节可能涉及复杂的路径规划和机器人操纵。此外，在某些激光热丝实施方式中的激光光学器件可能是相当复杂的，需要分裂并且然后重新组合激光束。这种复杂的光学实施方式可能是相当昂贵的。

发明内容

本发明的实施例包括与用于增材制造的激光热丝沉积头相关的系统和方法，所述激光热丝沉积头允许产生全向构建路径。一个实施例包括沉积头，所述沉积头包括集成到单一沉积头中的激光聚焦装置、送丝装置、以及填充焊丝接触尖端或管。沉积头的构型提供了纵向定向的激光束，其中填充焊丝与激光束的纵向轴线成30度以下的某一角度(例如，在一个实施例中为12度)地给送。纵向(长度方向的、线性)轴线与激光束路径在自由空间中朝向有待增材制造的基材或零件的表面的方向矢量相对应。这样的构型允许沉积头沿任何平移方向或路径(例如，相对于笛卡尔平面)移动，而无需改变沉积头的角度或垂直于所述路径平面旋转沉积头。产生的并且输送到加工部位的激光束沿着沉积头中的单一路径。例如，激光束没有被分裂成多条路径并且然后再合在一起。对于典型地用于对增材制造的零件进行分层和路径规划的可获得的软件，当需要调节沉积设备的旋转取向时加工的复杂性显著地增加。此外，如果必须考虑沉积设备的旋转取向，那么设备的缠绕和解绕以及工艺软管和实用工具的支持脐带也必须考虑在内，在一些情况下，使得显著更难、更贵、更时间密集、或基本上不可能生产具有中等复杂几何形状的增材制造零件。出于这些原因和在本文档上下文中没有提及的其他原因，具有在方向上取决于路径的旋转取向的沉积设备对于特定应用而言可能不太有利并且对于一般用途而言可能不太通用。