[实用新型]一种金属件三维激光打印成形设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种金属件三维激光打印成形设备，尤其涉及对复杂金属零件的快速高精度制造和修复。 

背景技术

早期的3D打印工艺一般以光敏树脂、尼龙、石蜡、纸箔等有机材料为主要原料，所制造的零件虽可用作产品原型和低负载构件，但无法满足制造业对零件机械性能的较高要求。金属零件激光三维打印技术技术特色鲜明、成形效率高，除了对航空、航天、汽车、国防装备等领域内的高精度复杂零件的快速制造及修复之外，该技术在快速模具制造、梯度功能材料设计与开发、薄壁零件制造等领域也展现出广阔应用前景，为传统铸造、锻压甚至机械加工等方法难以加工的高加工硬化率金属、难熔金属、金属间化合物等材料的成形提供了新的方法和设备，并使加工时间和成本显著降低，缩短新产品的研发周期，顺应了现代制造业快速化、个性化、柔性化发展需求。但是，传统的金属件激光三维打印技术多使用体积较大的二氧化碳激光器，采用工作台三维运动的形式来实现，这种设备体积庞大，对于复杂金属零件成形困难，并且需要打印支撑材料作为辅助，成形过程复杂。 

发明内容

       为了突破传统金属件激光三维打印技术成型过程中需要支撑材料，难以实现复杂金属零件的三维打印直接成形等问题，本发明提供一种金属件三维打印成形设备，可以进行纵向、斜面以及横向打印，在无支撑材料辅助下直接成形复杂精密金属零件。 

       本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用送粉装置将金属粉末传送至粉末喷头处，粉末喷头由同轴的倒锥形送粉通道、保护气通道、激光通道以及水冷通道组成，粉末在气流的带动下喷射出并汇聚一点，通过激光束对该汇聚点进行加热熔融，实现金属的液化并沉积到基体表面。通过逐层的熔融沉积，最终得到三维的金属零件。本设备由五轴运动系统、激光器、送粉装置和粉末喷头组成，其采用光纤激光器做使能装置，粉末喷头和激光器同轴集成，并直接安装在五轴运动系统的执行端。激光器安装在五轴联动的运动系统中，可以实现粉末喷头和激光器的多角度和多方向打印，实现侧向和斜向打印，打印过程中无需支撑材料，可以直接成形复杂零件。 

       本发明的有益效果是，通过光纤激光器和粉末喷头同轴设计，并直接安装在五轴运动执行端，可以控制激光束和粉末喷头的角度和运动方向，在无支撑材料辅助下直接三维打印出复杂、精密、性能良好的金属零件。 

       附图说明 

       下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

       图1是本发明的整机结构图。 

       图2是本发明的运动和执行端结构图。 

       图3是本发明的激光器与粉末喷头同轴机构。 

       图中1.设备外罩 ，2.送粉装置，3.控制系统 ，4.五轴运动机构，5.激光器和粉末喷头同轴机构，6.打印平台 ，7.Z轴运动机构 ，8.X轴运动机构，9.Y轴运动机构，10.旋转运动机构，11.摆动机构，12.光纤激光器，13.粉末喷头。 

       具体实施方式 

       在图1中，金属件三维激光打印成形的设备由设备外罩（1）、送粉装置（2）、控制系统（3）、五轴运动机构（4）、激光器和粉末喷头同轴机构（5）以及打印平台（6）组成。金属粉末材料装入送粉装置（2）中，粉末经送粉装置传送到激光器和粉末喷头同轴机构（5），激光器和粉末喷头同轴机构（5）在五轴运动机构（4）的驱动下同步运动，粉末经过粉末喷头喷射到基体表面并聚焦，在激光能量下熔融沉积在基体表面。 

       在图2中，由Z轴运动机构（7）、X轴运动机构（8）和Y轴运动机构（9）可以实现执行端进行水平和竖直方向的运动，通过旋转运动机构（10）的旋转和摆动机构（11）将粉末喷头摆动可改变粉末喷头的角度和方向。从而实现粉末喷头的多角度倾斜，进而可进行横向打印和斜面打印。 

       在图3中，光纤激光器（12）和粉末喷头（13）同轴安装，光纤激光器发出的激光经过粉末喷头的中心轴透射出去，与喷头喷射出的金属粉末聚焦点重合，从而熔融金属粉末。 

以上是对一种金属件三维激光打印成形设备的具体说明，本发明针对复杂的精密金属件的三维打印成形有极大的优势，可快速得到高性能的金属件，具有重大的意义。