[发明专利]一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备、系统及方法

说明书

本发明属于増材制造领域，并公开了成形一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备、系统及方法。系统由导轨整合激光选区烧结成形装备、清粉装备、后固化‑碳化装备，当成形机构在成形台上完成一个切片层的激光选区烧结成形后，竖直驱动机构上升一个切片层高度，在成形台高度不变的情况下，通过逐层上升成形机构的高度实现待成形零件的逐层加工，水平驱动机构用于驱动机构将其上方的成形机构或装备与成形台分离，整套装备采用固定成形台，在不移动成形零件基础上完成整套制造工序，解决了现有技术制造复杂零件尺寸小、成品率低的难题，实现SLS成形中成形零件的不动，避免零件移动的坍塌、弯曲和变形，进而可用于大型零件的制造。

技术领域

本发明属于増材制造领域，更具体地，涉及成形一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备、系统及方法。

背景技术

增材制造技术，俗称3D打印，是一种采用分层制造并叠加的原理直接从CAD模型制造出三维实体零部件的制造技术，是先进制造领域研究的前沿。与传统的减材加工(切削加工)、等材制造(铸造、锻造)等加工方法不同，它是利用材料累加法来加工制造高分子材料、陶瓷、金属及各种复合材料的零部件，其最大的优势是可成形任意复杂结构零件，并可实现零件的免装配一次整体成形以及材料-结构的一体化成形，因此已在航空航天、生物医疗、汽车工业领域得到广泛应用。

然而，目前国内外商品化SLS成形装备的台面较小，无法一次整体成形大尺寸复杂零件，通常采用分段制造再拼接的方法，这就造成制件精度及性能下降、效率低、成本高。在国外，著名SLS成形装备制造商美国3D Systems公司生产的最大型装备sPro^TM 140HS的台面也仅为：0.55米×0.55米；德国EOS公司最大SLS成形装备为专门用于铸造砂型(芯)成形的EOS INT 750，其台面也只达到0.72米×0.38米。在国内，武汉滨湖机电技术产业有限公司(技术开发依托于华中科技大学)于2011年推出当时世界上最大台面1.4米×0.7米的HRPS-VII型双激光SLS成形装备。目前，对于尺寸大于1.4米的零件，只能将大型零件的CAD模型进行分割，再分别进行各部分的SLS成形制造，最后将成形好的各个部分进行拼接而得到一个完整的大型零件，然而，由于SLS成形和人工后处理拼接等操作的误差，成形零件的精度和性能往往达不到要求，而且耗时长、效率低、成本高。

目前，现有最大SLS成形装备的台面为1.4米×0.7米，进行进一步扩大，必将面临“装备大型化”的技术难题。主要包括：已有的双激光扫描系统随着成形腔的进一步扩大，激光聚焦光斑以及成形效率无法满足要求，必须采用多激光振镜扫描系统，但是存在多激光协同扫描、多激光负载均衡以及多激光精度校准等一系列技术难题；大型零件SLS成形后由于素坯强度较低，制件在取出过程中或后处理时极易发生破裂甚至坍塌，造成成形零件报废。因此，现有粉床增材制造技术仅能实现小尺寸零件的成形，无法实现大型复杂陶瓷零件的一体化成形。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了成形一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备、系统及方法，通过采用成形台不动，SLS成形机构上下移动进行切片层的逐层加工的方式进行加工，避免加工大型零件过程中由于零件的上下移动导致的部分结构的坍塌、弯曲和变形，以及大型零件从一个工位进入下一个工位时搬运过程中的损坏，进而解决现有SLS装备不能用于加工尺寸大的复杂零件的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备，该激光选区烧结成形装备，包括成形机构、成形台和驱动机构，其中：

所述成形台为待成形零件的成形平台，所述成形机构设置在所述成形台上方，用于在成形台上对待成形零件的切片层进行铺粉，并对所铺的粉末进行激光选区烧结成形；