[实用新型]环形/框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置

说明书

本实用新型属于先进制造技术领域，并具体公开了环形/框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置，其包括环形/框形成形缸、环形/框形基板和扫描加工阵列，基板布置在成形缸内，扫描加工阵列位于成形缸上方，其包括多个扫描加工单元，多个扫描加工单元的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面，或通过多个扫描加工单元的移动使得它们的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面；扫描加工单元用于同时或交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束，以利用高功率、大光斑激光束实现高效率SLM成形，利用中/低功率、中/小光斑激光束实现高精度SLM成形。本实用新型可实现大尺寸环形/框形金属零件的高效率、高精度、低成本SLM成形。

技术领域

本实用新型属于先进制造技术领域，更具体地，涉及环形/框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置。

背景技术

激光选区熔化(SLM)是近年发展最快的激光增材制造技术之一，在航空航天、核电、化工等关键领域具有广泛应用。在这些领域的各类型号装置中，普遍存在着数量众多且对服役性能起着重要作用的大尺寸环形/框形金属零部件(如图1所示)。当采用常规的SLM装置成形此类零部件时，由于成形缸通常为方柱形或圆柱形，故需要大量的冗余粉末填充成形缸，导致粉末原料成本极高，且冗余粉末回收时的工作量极大、易造成污染。

针对上述问题，本实用新型的实用新型人于2019年提出了一种大尺寸环形/框形金属件的SLM成形装置(CN110538995A)，该装置的成形缸为环形/框形，与待成形环形/框形金属件的内外轮廓相适应，基板同样为环形 /框形，布置在成形缸内部，振镜阵列位于成形缸上方，包括多个振镜系统，相应的扫描区域覆盖成形缸上表面，该装置可大幅减少SLM成形环形/框形金属件的粉末用量，降低成形成本。同时该装置提出采用高功率(最高10000W)、大光斑(最大10mm)激光束成形大尺寸环形/框型零部件，相对于现有的SLM成形装置而言，可提升零部件的成形效率。

然而，实用新型人在进一步实践中发现，高功率、大光斑激光束的引入虽然可以大幅提升零部件的成形效率，但也带来了零件表面粗糙度升高和尺寸精度下降的新问题。因此，开发一种能够兼顾成形精度和成形效率的大尺寸环形/框形金属零件的SLM成形装置，已成为当务之急。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了大尺寸环形/ 框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置，其目的在于大幅提升大尺寸环形/框形金属零件的SLM成形精度与成形效率。

为实现上述目的，本实用新型提出了大尺寸环形/框形金属零件的高效率高精度SLM成形装置，其包括环形/框形的成形缸、环形/框形的基板和扫描加工阵列，其中：

基板布置在成形缸内，扫描加工阵列位于成形缸上方，该扫描加工阵列包括多个扫描加工单元，多个扫描加工单元的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面，或通过多个扫描加工单元的移动使得它们的有效扫场之和覆盖成形缸的上表面；

扫描加工单元用于同时或交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束，以利用高功率、大光斑激光束实现高效率SLM成形，利用中/低功率、中/小光斑激光束实现高精度SLM成形，进而实现大尺寸环形/框形金属零件的高效率和高精度SLM成形。

作为进一步优选的，扫描加工单元包含一套交替输出高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的扫描振镜系统。

作为进一步优选的，扫描加工单元包含两套扫描振镜系统，分别用于输出高功率、大光斑激光束和中/低功率、中/小光斑激光束，从而实现高功率、大光斑激光束与中/低功率、中/小光斑激光束的同时或交替输出。

作为进一步优选的，扫描振镜系统为二轴振镜与F-theta聚焦镜的组合，或者是动态聚焦振镜。

作为进一步优选的，高功率、大光斑激光束的功率＞1000W，光斑直径＞200μm。