一种激光快速成型多个或多种实体的装置的制作方法

1.本实用新型属于激光快速成型装置技术领域，具体涉及一种激光快速成型多个或多种实体的装置。


背景技术：

2.激光快速成型(laser rapid prototyping:lrp)是将cad、cam、cnc、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成的一种全新制造技术。而且与传统制造方法相比，激光快速成型技术具有:原型的复制性、互换性高，制造工艺与制造原型的几何形状无关，加工周期短，成本低等优点。
3.激光快速成型技术的原理是先用计算机软件生成三维实体模型，再通过分层软件对三维实体模型分层，并通过每个薄层断面的二维数据驱动控制激光光束扫射待成型区域内的粉末，并在高能激光作用下先使粉末快速熔融，再经散热冷却后快速固化，从而加工出要求形状的薄层，并逐层积累形成实体模型。
4.但是目前激光快速成型装置存在烧结时间较长、成型过程缓慢、工业加工效率低等缺点，而且在加工一些较大尺寸的加工物件时，其最长时间可达100小时。为了提高激光快速成型装置的加工效率，现有激光快速成型装置一般会同时在底座上设置多个工位进行同步加工，但是现有的多工位激光快速成型装置为了实现多工位加工，其会在每个工位上设置一个激光器和一组对应的光路系统，这样不仅增大了整个装置的成本，还使整个装置的结构变复杂。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的技术问题是提供一种仅使用一个或少量激光器即可同时激光快速成型多个或多种实体的装置，以提高工件加工效率和激光器的应用效率。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种激光快速成型多个或多种实体的装置，其包括底座，所述底座上设置有至少两个成型缸，还包括激光器、激光分束器和激光扫描组件，所述激光扫描组件的数量与成型缸的数量相同，所述激光分束器设置在激光器的光束路径上，所述激光分束器分束后的激光束分别连接对应的激光扫描组件，所述激光扫描组件分别设置在对应的成型缸的上方。这样在利用本实用新型进行实体加工时，由于本实用新型的底座上设置有多个成型缸，本实用新型可以同时在多个成型缸内进行相同实体的构建，同时本实用新型也可以在不同的成型缸内同时进行不同材料、种类的实体的构建，从而非常快速地生产多个或多种实体，并提高经济效益；同时，本实用新型还可以通过激光分束器将激光器所发出的激光束分别引入并应用于不同的成型空间内，并分别对对应成型缸内的粉末进行选择性烧结，从而大大提高激光器的应用效率；而且在烧结过程中，激光束可以通过外部声光调制器以脉冲模式或连续模式在粉末层表面均匀烧结，以此产生非常均匀的烧结层，而且每层烧结层可以根据目标需求增大激光功率或改变工作方式，以调整所产生实体水平特性、垂直特性的梯度分布。
7.进一步地，所有的成型缸呈圆周阵列布置在底座上；所述刮刀组件包括环形刮刀，所述环形刮刀的一端设置有连接杆，所述连接杆上传动连接有旋转驱动组件，所述旋转驱动组件能够驱动环形刮刀和连接杆绕成型缸的阵列中心点进行水平旋转，所述环形刮刀能够位于对应成型缸的上方。这样在实体加工过程中，本实用新型可以通过水平旋转的环形刮刀对各个成型缸的上表面进行圆周刮行动作，并在环形刮刀的圆周刮行过程中对对应的成型缸进行送粉和铺粉、刮平动作，同时确保粉末在不同成型缸之间的移动是全方位闭环移动，进而避免粉末浪费。
8.进一步地，所述环形刮刀为下端开口、上端密封的筒状结构，所述环形刮刀的下端设置有刀刃，并通过环形刮刀下端的刀刃对成型缸的上表面进行圆周刮行动作。
9.进一步地，还包括送粉组件，所述送粉组件设置在底座上，并通过送粉组件提供激光快速成型加工过程中所需的粉末。
10.进一步地，所述送粉组件包括送粉缸，所述送粉缸设置在底座上，所述环形刮刀能够位于送粉缸的上方，这样在环形刮刀的旋转移动过程中，即可通过环形刮刀的刀刃将送粉缸内的粉末移动至成型缸内。
11.进一步地，所述送粉组件包括送粉器，所述送粉器的出料口通过输粉管与环形刮刀的内腔连通，并通过送粉器和输粉管向环形刮刀内输送粉末。
12.进一步地，所述成型缸内竖直滑动连接有铺粉载板，所述铺粉载板上传动连接有用来驱动铺粉载板上下移动的铺粉驱动组件，从而通过铺粉驱动组件调整铺粉载板的高度，以保证铺粉载板的高度和铺粉载板上所铺粉末的高度满足加工要求。
13.进一步地，还包括位移传感器，所述位移传感器用来测量铺粉载板与环形刮刀之间距离或用来测量铺粉载板上所铺粉末的上表面与环形刮刀之间距离；所述位移传感器上通信连接有高度调节控制器，所述高度调节控制器能够根据位移传感器的输出信号控制铺粉驱动组件调整铺粉载板的高度；这样当铺粉载板在铺粉驱动组件的控制下沿着成型缸下降一定距离h，以使得铺粉载板上表面与环形刮刀下端刀刃之间理论上具有垂直距离h时，本实用新型可以先将环形刮刀转动至铺粉载板上方，再通过位移传感器测试此时垂直距离h的实际数值，并将实际数值与理论数值之间的误差值反馈给上位工控机，从而精细调整此距离，确保最终理论垂直距离h等于h，且此垂直距离h为事先设定的铺粉层单层层厚。
14.进一步地，所述刮刀组件的数量至少为两个，所有的刮刀组件呈圆周阵列布置在底座上，且所述刮刀组件的阵列中心点与成型缸的阵列中心点重合，这样本实用新型能够同时通过多个刮刀组件对多个成型缸进行送粉、铺粉、刮平动作，以提高工作效率；同时本实用新型还能够在激光成型过程中通过选择不同的刮粉组件来进行不同粉末的铺设，以调整所产生实体水平特性、垂直特性的梯度分布。
15.进一步地，还包括保护气体处理室，所述底座、成型缸、刮刀组件均位于保护气体处理室内，且在加工开始前先将保护气体处理室内部抽至真空，再向保护气体处理室内冲入工艺保护气体。
16.从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：首先，本实用新型能够可以同时在多个成型缸内进行相同实体的构建，同时本实用新型也可以在不同的成型缸内同时进行不同材料、种类的实体的构建，从而非常快速地生产多个或多种实体，并提高经济效益；同时，本实用新型还可以通过激光分束器将激光器所发出的激光束分别引入并应用于
不同的成型空间内，并分别对对应成型缸内的粉末进行选择性烧结，从而大大提高激光器的应用效率；而且在烧结过程中，激光束可以通过外部声光调制器以脉冲模式或连续模式在粉末层表面均匀烧结，以此产生非常均匀的烧结层，而且每层烧结层可以根据目标需求增大激光功率或改变工作方式，以调整所产生实体水平特性、垂直特性的梯度分布；其次，本实用新型还能够通过环形刮刀确保粉末在不同成型缸之间的移动是全方位闭环移动，进而避免粉末浪费。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图（底座和保护气体处理室未画出）。
19.图2为本实用新型中成型缸和刮刀组件的位置关系示意图。
20.图中：1、成型缸，2、铺粉载板，3、构造实体，4、粉末，5、激光器，6、激光分束器，7、激光扫描组件，8、刮刀组件，9、旋转驱动组件。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图所示，本实用新型提供了一种激光快速成型多个或多种实体的装置，其包括保护气体处理室，所述保护气体处理室内设置有底座，所述底座上设置有至少两个成型缸1，且所有的成型缸1呈圆周阵列布置在底座上。所述成型缸1内竖直滑动连接有铺粉载板2，所述铺粉载板2上传动连接有用来驱动铺粉载板上下移动的铺粉驱动组件，且所述铺粉驱动组件能够在上位工控机的控制下驱使铺粉载板2沿成型缸1的内壁以小于10μm的精度上下移动，以调整铺粉载板2的高度，并保证铺粉载板2的高度和铺粉载板2上所铺粉末的高度满足加工要求。
23.在成型缸1的上方，本实用新型还设置有激光器5、激光分束器6和激光扫描组件7。其中，所述激光器5的数量优选为一个，所述激光扫描组件7的数量与成型缸1的数量相同，且所述激光扫描组件7分别根据对应的固定焦距设置在对应的成型缸1的上方，所述激光分束器6设置在激光器5的光束路径上，并通过激光分束器6将激光器5所发激光束分成与成型缸1数量相适配的束数，然后每束激光束都通过外部声光调制器调制后与对应的激光扫描组件7连接，并在对应的激光扫描组件7的引导下对对应成型缸1内的铺粉载板2上所铺粉末进行选择性烧结，使该层粉末既可以彼此烧结，又可以与下层粉末层彼此连接。
24.此外，所述底座上还设置有用来对铺粉载板2进行送粉、铺粉和刮平处理的刮刀组件8，而且所述刮刀组件8的数量既可以为一个，也可以为多个，且当所述刮刀组件8的数量至少为两个时，所有的刮刀组件8呈圆周阵列布置在底座上，并使所述刮刀组件8的阵列中心点与成型缸1的阵列中心点重合。进一步地，所述刮刀组件8包括环形刮刀，所述环形刮刀
为下端开口、上端密封的筒状结构，且所述环形刮刀的下端设置有刀刃，所述环形刮刀的一端设置有连接杆，所述连接杆上传动连接有旋转驱动组件9，所述旋转驱动组件9能够驱动环形刮刀和连接杆绕成型缸1的阵列中心点进行水平旋转运动，即圆周刮行运动，并使所述环形刮刀能够位于对应成型缸1的上方和在任意两个的成型缸1之间进行闭环移动，以确保在环形刮刀的旋转过程中，其能够在对应的铺粉载板2表面均匀施加一定厚度的粉末层。
25.所述环形刮刀上还连接有用来向环形刮刀内腔内输送粉末的送粉组件，而且所述送粉组件既可以为直接设置在底座上的送粉缸，也可以为粉末储存仓斗，还可以为成型的挂吸式送粉器或螺旋送粉器等送粉器；所述送粉组件所送粉末由陶瓷、金属、合金或复合物材料制成。
26.另外，为了保证铺粉载板2的运动精度，本实用新型还设置有用来测量铺粉载板2与环形刮刀之间距离或用来测量铺粉载板2上所铺粉末的上表面与环形刮刀之间距离的位移传感器，所述位移传感器的测量精度小于1μm，且所述位移传感器上通信连接有高度调节控制器，所述高度调节控制器能够根据位移传感器的输出信号控制铺粉驱动组件调整铺粉载板2的高度，并最终达到调整铺粉载板2与环形刮刀之间距离的目的。
27.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
28.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。