[发明专利]一种用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备

说明书

技术领域

本发明涉及激光熔融成形设备领域，特别是一种能对陶瓷材料进行直接选区激光熔融（Selective Laser Melting, SLM）成形的激光熔融成形装置。 

背景技术

随着经济全球化的发展，特别是航空宇航、生物医疗等领域快速发展给制造业带来极大挑战，各种大胆创新的设计以及越来越多的曲面、多孔、空心结构等复杂产品特征需要新型制造技术支持。SLM是采用激光有选择地分层融化固体粉末，并使熔融层固化叠制造复杂零件的一种增材制造技术。由于SLM成形过程中粉末经激光辐照快速融化、瞬时凝固的加工特点，SLM成形件力学性能优于铸件，同时，由于SLM支持从三维模型直接增材制造零件，生产成本和周期大大降低，使得其在复杂难加工件的成形显示出突出的优越性，在航空航天、汽车及生物医疗等领域显现了良好的应用前景。 

现有的工业激光熔融成形设备主要用于金属粉末成形，一般由送粉缸、成形缸、回收缸、刮刀、激光器以及支架组成。而对陶瓷材料而言，由于其熔点高，传热系数低、脆性较大、对应力和裂纹敏感等特点，在激光熔融成形过程中易于产生变形导致裂纹。与金属材料相比,陶瓷材料成形更加困难。目前在国内，陶瓷的SLM成形还处在理论研究阶段，未见陶瓷材料激光熔融成形设备专利报道。本发明申请人之前提交的专利申请“一种激光熔融成形设备的铺粉装置”，为适应陶瓷材料从控制温度梯度方面对常规铺粉设备进行了改进，但没有考虑高温预热给成形设备整体带来的影响，如高温对基板及周围部件可能带来的氧化失效等，从而无法直接运用于一般成形设备上。国外仅PHENIX公司生产的设备能够成形金属陶瓷材料，而带有高温预热的陶瓷SLM成形设备还未见报道。 

发明内容： 

本发明的目的在于提供一种用于陶瓷材料选区激光熔融成形的设备，该装置能针对陶瓷材料进行激光熔融成形，其在待加工粉末区域底部设有感应加热装置，利用其加热及温控功能将粉末温度控制在适宜范围内，并利用配备的光纤激光发生器进行陶瓷材料的直接SLM成形。

实现本发明目的的技术方案为：一种用于陶瓷材料选区激光熔融成形的设备，包括试验台架1、直线滚动导轨组合单元2、刮刀3、电动微调装置4、加料装置5、支架6、激光发生器7、动态聚焦系统8、振镜系统9、压力传感器10、成形加工舱11、抽气装置24、充气装置25、感应加热器17、工控机19和工作台面23；所述工作台面23设置在试验台架1上表面上，在工作台面23X向两边的外侧设置有2根平行对称分布的直线滚动导轨组合单元2，每个导轨组合单元上各有一个滑块，该滑块与直线滚动导轨组合单元2内部的滚珠丝杆固连，支架6两端底部分别与一个滑块相固连，且与滑块的移动方向相垂直；所述支架6的一侧固连有加料装置5，而在另一侧安装电动微调装置4，所述电动微调装置4的底端固定安装有刮刀3；所述成形加工舱11以试验台架1上表面为底面，四周及顶面以板材围成；在工作台面23中部的正下方安装感应加热器17，所述激光发生器7、动态聚焦系统8和振镜系统9固定安装在成形加工舱11顶面，振镜系统9输出端定位在工作台面23的正上方，其输入端通过光纤道路与动态聚焦系统8输出端相连，动态聚焦系统8的输入端则与激光发生器7连通；所述压力传感器10安装在成形加工舱11内表面；所述抽气装置24、充气装置25分别通过管道与成型加工舱11相通；工控机19分别与直线滚动导轨组合单元2、电动微调装置4、加料装置5、激光发生器7、动态聚焦系统8、振镜系统9、感应加热器17、抽气装置24和充气装置25相连。 

还包括隔热板20、压板21和过渡板22，所述隔热板20嵌在工作台面23的中部即成形工作区域且其上表面与工作台面23的上表面处于同一高度，压板21和过渡板22嵌在隔热板20的中部且其上表面均与隔热板20的上表面处于同一高度。 

所述试验台架1上表面开有漏孔，漏孔下对应安装粉料回收器16。 

加料装置5包括导槽B-1、活动挡板B-2、牵引电磁铁B-3和两个弹簧B-4,所述导槽B-1为倒梯形槽，导槽B-1底板设有开孔，且在靠近底板处水平插有活动挡板B-2，该活动挡板B-2横穿导槽B-1，活动挡板B-2上亦开有通孔,牵引电磁铁B-3安装在导槽B-1一侧的支架6上，其牵引端用钢丝绳通过导向轮与活动挡板B-2相连，可牵引活动挡板B-2做Y向运动从而控制粉末供给；每个弹簧B-4X向水平安装在活动单板B-2、支架6之间，弹簧两端分别与活动单板B-2、支架6固连。 

在试验台架1的底部安装有4个滚轮地脚18。