[发明专利]一种多光束增材制造设备及方法

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种多光束增材制造设备及方法，所述设备包括增材制造装置及至少一个激光束产生及控制模块，激光束产生及控制模块与增材制造装置相对设置，增材制造装置包括成形平台及成形缸，成形缸连接于成形平台；激光束产生及控制模块包括激光器、多个扩束准直及扫描系统、多个聚焦系统、多个出光口、正棱锥镜及安装平台，正棱锥镜的底面设置在安装平台上，其与激光器相对设置；激光器设置在正棱锥镜的上方；多个扩束准直及扫描系统绕正棱锥镜的中心轴均匀排布；聚焦系统位于扩束准直及扫描系统及出光口之间，且聚焦系统位于扩束准直及扫描系统下方。本发明较低了成本，提高了效率，适用性较强。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种多光束增材制造设备及方法。

背景技术

作为最具潜力的一种增材制造方法，金属增材制造技术基于零件三维模型，以金属粉末/丝材为原料，在高能束流的作用下，以分层熔化、逐层叠加的方式直接制造致密的金属零件。由于能实现几乎任意复杂形状金属零件的整体制造成形，因此该技术在航空航天、武器装备、医疗等领域具有重要的应用价值。

然而，成形效率以及成形零件尺寸偏小限制了该技术的快速发展以及应用范围。因此，多能束增材制造技术成为研究的热点，它是通过使用多个能束同时扫描或者分区扫描的方式实现大尺寸宽幅面的快速成形。然而，在目前的多光束增材制造技术中，普遍是通过增加激光器的数量来扩大成形幅面，该方法过程复杂、不易实现，而且每个激光束的能量利用率较小；同时，由于相互干涉等原因，目前还不能实现每束激光都能对整个幅面进行扫描加工的效果；另一个方面，目前的多光束增材制造装配体积较大，造价成本较高，难以得到大规模的应用。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如中国专利201680034015.7采用多个激光器阵列实现多光束同时成形，该装备中单光束只能针对各自的区域进行扫描加工。另一方面，各成形区域存在部分搭接区域，每束激光并不能对整个成形区域进行加工。又如中国专利201510104702.9提出采用多个电子束和激光束复合扫描的方法实现增材制造，该方法也是通过阵列电子束发生器以及激光器来提高成形装配效率和扩大成形幅面，同样每个能束并不能辐照整个成型区域，而且装备复杂，成本较高，再如专利201810403444.8采用多个激光器配套多个振镜扫描系统，同样每个激光束分区扫描，扫描区间之间存在部分搭接区域。相应地，本领域存在着发展一种成本较低的多光束增材制造设备及方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多光束增材制造设备及方法，其基于现有多光束增材制造的特点，研究及设计了一种成本较低、效率较高的多光束增材制造设备及方法。所述设备通过采用正棱锥镜均匀分光系统与扫描系统相相结合的方法，高功率激光束经过正棱锥镜的顶点被均匀地分成若干个激光束，每个激光束经过棱锥镜的侧面射出，再通过对应的扩束准直和扫描系统、聚焦系统，最后从相应的出光口射出辐照粉末，实现多个激光束同时扫描加工。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多光束增材制造设备，该制造设备包括增材制造装置及至少一个激光束产生及控制模块，所述激光束产生及控制模块与所述增材制造装置相对设置，所述增材制造装置包括成形平台及成形缸，所述成形缸连接于所述成形平台；

所述激光束产生及控制模块包括激光器、多个扩束准直及扫描系统、多个聚焦系统、多个出光口、正棱锥镜及安装平台，所述正棱锥镜的底面设置在所述安装平台上，其与所述激光器相对设置；所述激光器设置在所述正棱锥镜的上方；多个所述扩束准直及扫描系统绕所述正棱锥镜的中心轴均匀排布；所述聚焦系统位于所述扩束准直及扫描系统及所述出光口之间，且所述聚焦系统位于所述扩束准直及扫描系统下方；

所述激光器用于向所述正棱锥镜发射一束激光束；所述正棱锥镜用于将所述激光束均匀分成多束激光束；多束激光束依次分别通过多个所述扩束准直及扫描系统、多个所述聚焦系统及多个所述出光口后同时辐照所述成形平台上的粉末以进行激光选区熔化成形。