一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及本发明涉及金属零件3D打印技术，尤其涉及一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备。
【背景技术】
[0002]激光选区恪化(Selective Laser Melting, SLM)技术亦称“金属3D打印技术”是增材制造的前沿技术，利用直径30?50微米的聚焦激光束，把金属或合金粉末选区逐层熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，从而获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件。
[0003]SLM设备主要由激光器、光路系统、密封成形室、机械传动系统、控制系统等几个部分组成。其工艺流程如下:首先将三维CAD模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控制激光束扫描的切片轮廓信息；其次，计算机逐层调入切片轮廓信息，通过扫描振镜，控制激光束选择性地逐线搭接扫描粉层上选定区域，形成面轮廓，未被激光照射区域的粉末仍呈松散状。一层加工完成后，粉料缸上升微米，成形缸降低切片层厚的高度，铺粉刷将粉末从粉料缸刮到成形平台上，激光将新铺的粉末熔化，与上一层融为一体。重复上述过程，直至成形过程完成，得到与三维实体模型相同的三维金属零件。
[0004]SLM技术是通过熔化金属粉末后搭接而成实体，金属材料熔化后的金属由于毛细管力的作用，形成近似曲面的熔道。在一定的搭接率下，成型件的最终表面会有很多凹凸不平的条纹状，导致激光选区熔化成型的金属零件表面粗糙度一般为Ral5-50ym，光斑越大，成型精度越差，远不能满足实际要求。小光斑虽然可以稍微提高成型精度，但是采用小光斑会严重降低成型效率。现有的SLM设备很难制作出满足要求的高精度金属零件，这严重制约了 SLM技术的应用与发展。因此，人们一直在寻找一种解决复杂金属零部件的高精度、高效率增材制造方法和装备。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，在于克服现有SLM技术的缺陷，实现复杂金属零件的高效率、高精度直接成型。
[0006]本实用新型通过下述技术方案实现:
[0007]一种单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，中央控制系统，激光选区熔化成型装置包括光学系统、铺粉系统、成型室14和成型缸18，激光选区熔化成型装置与立式铣床装置共用同一个中央控制系统。
[0008]所述立式铣床装置位于成型室14内，立式铣床装置还包括一个链式刀库20，链式刀库20位于成型室外部的右侧；
[0009]所述光学系统包括依次光路连接的激光器5、准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2 ；
[0010]所述激光器5位于激光选区熔化成型装置成型室14的右侧；所述准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2置于成型室14的顶部；
[0011 ] 所述光学透镜3位于成型室14上部并内嵌于成型室14外壁，与成型室14外壁密封结合；
[0012]所述立式铣床装置包括铣削X向导轨8、铣削Z向导轨9、铣削Y向导轨10、铣削主轴11 ;所述铣削X向导轨8固定在成型室14的后部上方，所述铣削Y向导轨10与铣削X向导轨8连接在一起，由驱动机构控制其沿X方向运动；所述铣削Z向导轨9与铣削Y向导轨10连接在一起，实现Y方向的移动；所述铣削主轴11位于铣削Z向导轨9上，实现其在Z方向的运动；
[0013]所述铺粉系统还包括粉料瓶I和一个设置在铺粉导轨16上的铺粉装置15 ;粉料瓶I置于成型室14上方左侧，粉料瓶I还包括一个给铺粉装置15输送粉末的自动送粉通道7。
[0014]所述的成型缸18位于成型室14的下部，并由中央控制系统对其升降进行控制。
[0015]所述立式铣床装置具有一个链式刀库20 ;链式刀库20包括链式刀架22、刀架驱动电机21和铣刀23，铣刀23安装在链式刀架22上，刀架驱动电机21驱动链式刀架22的运动。
[0016]所述链式刀库20与成型室14通过自动换刀阀门12和换刀口 13相连。
[0017]所述换刀口 13为圆柱形通道，其打开与关闭通过自动换刀阀门12的闭合来实现；当换刀时，自动换刀阀门12打开，此时换刀口 13处于开通状态；当换刀结束后，自动换刀阀门12闭合，此时换刀口 13处于关闭状态。
[0018]所述设备还包括氧含量检测装置、压力检测装置、抽真空装置、氮气发生装置。
[0019]所述铣削主轴11沿着其中心做180°旋转。
[0020]自动送粉通道7与粉料瓶I之间设置有一个手动锁扣6。
[0021]采用上述设备加工金属零件的方法如下:
[0022](一 )、对待加工的零件三维CAD模型进行处理，首先，根据加工要求选择合适的的层厚应用Magics软件进行分层切片；然后以每二十层数据为单位进行片层数据打包，对每一包数据添加刀具信息和铣削轮廓信息；最后对每一包的片层轮廓进行扫描路径规划，完成后导入3D打印机，准备进行加工；
[0023](二)、启动3D打印机，首先，工控机控制自动送粉通道7对铺粉装置15添加粉末，完成后关闭自动送粉通道7;打开氧含量检测装置、压力检测装置和抽真空装置，当成型室14内气体压力降低到_15KPa时关闭抽真空装置并打开氮气发生装置充入保护气体，当气压升至20KPa时停止充入保护气体，然后继续打开抽真空装置，如此循环往复；
[0024]当成型室14内氧气含量降低到0.1 %以下时开始加工，首先，铺粉装置15在成型面上铺一次粉，金属粉末19从而熔化形成一层实体，每成型一层后铺粉装置15即铺一次粉，如此循环完成二十层粉末加工后，中央控制系统发出信号，扫描阵镜2及激光器5停止工作，铺粉装置15退回到左侧初始位置；
[0025](三)、立式铣床装置开始工作，首先，中央控制系统根据加工数据信息控制铣削主轴11沿着导轨运动到换刀口 13位置；铣削主轴11先沿着铣削X向导轨8移动，再沿着铣削Y向导轨10移动，最后沿着铣削Z向导轨9移动，然后链式刀库20内的刀架驱动电机21驱动链式刀架22运动，将对应的铣刀23对准换刀口 13，自动换刀阀门12打开，铣削主轴11进行换刀操作；
[0026]换刀完成后，铣削主轴11夹带铣刀23退出换刀口 13，自动换刀阀门12闭合，对换刀口 13关闭；然后铣削主轴11在中央控制系统的控制下开始对已加工的金属零件17进行铣削加工，对金属零件17内部的随形通道进行铣削并铣去成型面凹凸不平的部分；
[0027]铣削完成后铣削主轴11带着铣刀23返回初始位置；
[0028](四)、如此循环重复上述步骤(二)、(三)进行激光加工和铣削加工过程，直至整个加工过程完成。
[0029]本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0030]1、本实用新型的铺粉装置15为漏斗式滚轮铺粉机构，并采用自动装填粉末的装置，具有无须停机，工作全程可实现随时加粉的优点；
[0031]2、本实用新型激光选区熔化成型装置，采用单缸式，成型室内只有一个成型缸，不仅大大节约了空间，减轻了设备的重量，而且可以大幅度缩短铺粉行程，这比双缸结构提高了大约30%的效率。
[0032]3、本实用新型激光选区熔化成型装置，采用单缸式与立式铣床装置复合加工，一方面可以应用激光选区熔化装置进行自由制造，另一方面又可以用立式铣床装置实现精密铣削加工；对自由制造的零件进行铣削加工，这不仅大大提高了金属零件的精度和表面质量，而且可以省去成型件的后续表面处理，显著提高了工作效率。另外还可以采用较大的光斑进行造型，然后再采用精密切削进行精加工，提高了成型零件的尺寸精度和表面质量，而且可以制造内部复杂通道的零件，这又会显著节约时间成本而又不会降低成型质量。
[0033]4、本实用新型将铣削主轴及其驱动机构置于成型室内，链式刀库置于成型室外并通过换刀口和自动换刀阀门与成型室连接。在进行3D打印过程时，自动换刀阀门关闭换刀口，当铣削主轴通过换刀口进行换刀操作时，自动换刀阀门打开。这样可以避免3D打印过程中产生的粉尘和余热进入刀库，对刀具造成污染，而降低刀具的质量和使用寿命。
【附图说明】
[0034]图1为本实用新型正视结构示意图。
[0035]图2为本实用新型的立式铣床装置换刀过程示意图。
[0036]图3为本实用新型铣削过程示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
[0038]实施例
[0039]如图1-3所示。本实用新型单缸式激光选区熔化与铣削复合加工的设备，包括激光选区熔化成型装置和立式铣床装置，中央控制系统，激光选区熔化成型装置包括光学系统、铺粉系统、成型室14和成型缸18，激光选区熔化成型装置与立式铣床装置共用同一个中央控制系统。
[0040]所述立式铣床装置位于成型室14内，立式铣床装置还包括一个链式刀库20，链式刀库20位于成型室外部的右侧；
[0041]所述光学系统包括依次光路连接的激光器5、准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2 ；
[0042]所述激光器5位于激光选区熔化成型装置成型室14的右侧；所述准直扩束镜4、光学透镜3、扫描振镜2置于成型室14的顶部；
[0043]所述光学透镜3位于成型室14上部并内嵌于成型室14外壁，与成型室14外壁密封结合；
[0044]所述立式铣床装置包括铣削X向导轨8、铣削Z向导轨9、铣削Y向导轨10、铣削主轴11 ;所述铣削X向导轨8固定在成型室14的后部上方，所述铣削Y向导轨10与铣削X向导轨8连接在一起，由驱动机构控制其沿X方向运动；所述铣削Z向导轨9与铣削Y向导轨10连接在一起，实现Y方向的移动；所述铣削主轴11位于铣削Z向导轨9上，实现其在Z方向的运动；
[0045]所述铺粉系统还包括粉料瓶I和一个设置在铺粉导轨16上的铺粉装置15 ;粉料瓶I置于成型室14上方左侧，粉料瓶I还包括一个给铺粉装置15输送粉末的自动送粉通道7。粉料瓶I用于储存金属粉末19。
[0046]所述铺粉装置15采用漏斗式滚轮机构，漏斗位于滚轮上部用于储存一定的金属粉末，滚轮用于粉末的铺粉；铺粉导轨16用于驱动铺粉装