[发明专利]复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置及工作方法

权利要求书

1.一种复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：包括刮刀装置（1）、刮刀运动机构（2）、主体部分（3）和激光同轴供粉-吸粉装置（4）；其中刮刀装置（1）包括两个安装座（13）和设在两个安装座（13）之间的刮刀安装架（12），所述刮刀安装架（12）内固定设有刮刀（11）；所述刮刀运动机构（2）包括滑轨（21）和滑动连接在滑轨上的滑块（22），所述安装座（13）固定在滑块（22）上；所述主体部分（3）包括并排的铺粉缸（31）、成形缸（32）和回收缸（33），所述刮刀（11）能够将铺粉缸（31）表面上的金属粉末推入成形缸（32）和回收缸（33）；所述激光同轴供粉-吸粉装置（4）包括激光头（41）、送粉枪（42）、吸粉枪（43）、固定架（44）、送粉腔（45）、吸粉腔（46）、第一连接管（47）、机械臂（48），所述机械臂（48）连接架体，所述送粉腔（45）和吸粉腔（46）设在架体（50）上部的两侧，所述架体的下部设有激光头（41）和设在激光头（41）两侧的固定架，所述固定架上分别安装送粉枪（42）和吸粉枪（43），所述送粉枪（42）通过第一连接管（47）与送粉腔（45）连通，所述吸粉枪（43）通过第二连接管（49）与吸粉腔（46）连通。

2.根据权利要求1所述的复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：所述滑轨（21）设在主体部分（3）上部的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：所述铺粉缸（31）、成形缸（32）和回收缸（33）均为矩形立方体状的缸体，三个缸体依次横向并排设置，在铺粉缸（31）和成形缸（32）内设有能够竖向升降的顶板（34），在铺粉缸（31）中顶板的上方填充有第一种金属粉末，成形缸（32）的顶板表面用于进行增材加工，回收缸（33）用于收集刮刀推送来的金属粉末。

4.根据权利要求3所述的复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：所述顶板的升降通过丝杆螺母机构驱动或气缸驱动。

5.根据权利要求3所述的复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：所述刮刀（11）的下部呈尖刀状，其材质是金属、硅胶或橡胶中的一种，刮刀安装架（12）呈长方体状，在其下部体内设有夹持固定刮刀（11）的凹陷槽。

6.根据权利要求3所述的复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置，其特征在于：所述激光头（41）的下部设有呈倒三棱台状的壳体（51），激光头（41）固定在倒三棱台状壳体的上底面，倒三棱台状壳体的两相对斜面固定设有所述固定架，送粉枪（42）、吸粉枪（43）和激光头（41）的延长线相汇聚。

7.一种如权利要求1-6任一所述复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置的工作方法，其特征在于：所述刮刀装置（1）中的刮刀（11）通过刮刀安装架（12）和安装座（13）安装在刮刀运动机构（2）的滑块（22）上，在刮刀运动机构（2）的滑块沿滑轨（21）水平移动时，实现刮刀水平移动；铺粉缸（31）中存储有第一种金属材料粉末，通过铺粉缸（31）的上升和刮刀（11）的水平运动实现，即能够将第一种金属粉末在成形缸32）的成形基面上进行铺设；通过调节固定架（44）使送粉枪（42）与吸粉枪（43）出口端与激光头（41）底部的激光聚焦位置对准，实现对金属材料粉末的同轴铺设和吸取，送粉腔（45）中储存有第二种金属材料粉末，通过送粉枪（42）向成形缸（32）的成形基面铺设第二种金属材料粉末，并通过电磁阀控制送粉气体的流量实现对金属粉末供粉量的调控；吸粉枪（43）通过真空泵吸取成形缸（32）的成形基面上多余粉末，吸取的粉末进入吸粉腔（46）中进行回收。

8.根据权利要求7所述复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置的工作方法，其特征在于：首先，按照预设的每层增材高度对复合结构的金属构件三维模型进行切片分层；其次，对单层切片中不同金属成形区域分别进行轨迹规划；最后，按照每层切片生成的两种金属成形的轨迹对复合结构金属构件逐层成形过程进行控制。

9.根据权利要求7所述复合结构金属构件选区激光熔化增材制造装置的工作方法，其特征在于：对于复合结构金属构件单层成形过程，首先进行第一种金属粉末材料铺设，通过竖直升降机构调整铺粉缸（31）和成形缸（32）的高度至合适位置，之后刮刀装置（1）的刮刀通过刮刀运动机构（2）向右水平运动，将铺粉缸（31）中的第一种金属粉末均匀的铺在成形缸（32）表面，多余的材料随着刮刀装置（1）的运动进入回收缸（33）中；机械臂（48）带动激光同轴供粉-吸粉装置（4）移动到成形缸（32）表面进行激光打印，按照第一种金属成形的轨迹进行激光打印，直至粉末熔化并冷却成形；随后进入吸粉阶段，激光同轴供粉-吸粉装置（4）移动到单层切片中第二种金属粉末的铺设位置对未熔化的第一种金属粉末进行吸取，吸取的粉末顺着进入吸粉腔（46）回收，接着送粉腔（45）中的第二种金属粉末经过连接管（47）进入送粉枪（42），将第二种金属粉末按照第二种金属成形的轨迹送至成形缸（32）表面指定位置，同时激光熔化第二种金属粉末并冷却成形；之后，逐层往复，直至加工完成。