[发明专利]一种全自动选区激光熔化连续合成设备及方法

说明书

本发明公开一种全自动选区激光熔化连续合成设备及方法，该设备包括：承载原料粉体的模具；向模具供给原料粉体、搬运模具并收集作为反应产物的成品的机械控制单元；容纳模具的反应容器；对反应容器内的模具中的原料粉体照射激光促成合成反应的激光单元，激光单元具有：具备激光头并调节激光参数的激光器和载置并移动激光头的激光数控装置；放置机械控制单元和激光头的操作室；以及对操作室抽真空和/或对反应容器抽真空和/或提供惰性气氛的真空单元。本发明能实现材料批量化、高效快速的全自动选区激光熔化连续合成。

技术领域

本发明涉及材料合成和机械自动化领域，具体涉及一种全自动选区激光熔化连续合成设备及方法。

背景技术

选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术是20世纪90年代中期出现的一种新型的增材制造技术。该技术能直接制造形状复杂、机械性能良好、高密度、高精度、致密度近100%的金属零件。

选区激光熔化技术是一个复杂的物理冶金的过程，它的形成过程设计诸多的物理现象，包括激光能量的吸收和传递、材料与外界的热对流、粉末颗粒之间的传热过程，微观组织的演变、材料的熔化和气化、化学反应等。绝大数化合物材料均能够在高能激光束照射下熔化，从而促使合成反应的发生。

另外，利用选区激光熔化技术的快速移动的高能激光束，本申请人的先行发明专利发明了利用该技术来实现方钴矿材料的制备，例如，专利文献1公开了一种激光高效制备方钴矿热电材料的方法，主要是将原料粉体至于石墨模具中，利用激光加热原料粉体熔融后冷凝得到铸锭，将铸锭研磨成粉末并进行放电等离子烧结后得到方钴矿热电材料。该方法具有快速制备、成分均匀的特点。

智能制造、产业改革是目前工业界新的研究热点和发展方向，而专利文献1中记载的方法及相关设备无法用于材料批量化的快速连续生产，因此要实现大批量高效率的激光熔化连续合成仍有改进的余地。

由此可见，市场上目前还没有专门针对大批量生产的选区激光熔化合成设备，特别是无法进行材料批量化、自动化程度高的快速连续生产。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：中国专利公开CN106191522A。

发明内容

发明要解决的问题：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能实现材料的快速全自动连续生产的全自动选区激光熔化连续合成设备及方法。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种全自动选区激光熔化连续合成设备，包括：承载原料粉体的模具；向所述模具供给所述原料粉体、搬运所述模具并收集作为反应产物的成品的机械控制单元；容纳所述模具的反应容器；对所述反应容器内的所述模具中的所述原料粉体照射激光促成合成反应的激光单元，所述激光单元具有：具备激光头并调节激光参数的激光器和载置并移动所述激光头的激光数控装置；放置所述机械控制单元和所述激光头的操作室；以及对所述操作室抽真空和/或对所述反应容器抽真空和/或提供惰性气氛的真空单元。

本发明利用选区激光熔化技术来实现材料的合成，同时辅以机械控制单元实现材料的全自动连续合成。根据本发明，通过将选区激光熔化和自动化单元结合为一个设备，将供给原料、搬运模具、激光熔化合成以及收集成品等步骤结合为一个整体，从而简化了激光熔化合成的工艺流程，实现了自动化程度高、劳动成本小的激光熔化连续合成。又，通过使原料粉体长时间处于无氧环境，能大幅度减少原材料和成品材料与空气的接触，并且为合成反应提供了高真空或惰性气氛的无氧反应环境，能避免化学性质活泼的材料的氧化问题。又，通过使用激光作为反应的能源，无需直接接触原材料，从而避免了材料的交叉污染。

也可以是，本发明中，所述模具是石墨模具，设置有铺料通道。