激光熔覆爐係統，即金屬零件送粉熔覆式激光快速成型及修複設備，這種類型的技術和裝備在國內(nei) 外激光3D打印領域是相對成熟的產(chan) 品，如原材料製造工藝性好、3D打印工藝可操作性強、國內(nei) 外工藝積累多，滿足對中大型高強度金屬零件成型的要求。

3D打印、激光熔覆、快速成型、修複設備

本設備為(wei) 金屬材料的激光熔覆成型及修複的成套係統，設備主體(ti) 結構采用五軸數控係統，其中三坐標軸實現熔覆頭的直線運動，雙軸轉台實現工件的旋轉運動；配套光纖激光器作為(wei) 光源，配套激光熔覆頭進行激光整形和加工，自動送粉器進行金屬粉末的供給，配套有惰性氣體(ti) 保護係統、激光成型軟件控製係統及監控係統。

1.

該激光熔覆爐係統，即金屬零件送粉熔覆式激光快速成型及修複設備具體(ti) 功能、功能部件選型以及結構設計的關(guan) 鍵點說明如下。

1）激光係統選用一分二光閘，可連接粗細兩(liang) 種光纖，可實現不同尺寸焦點光斑（0.4mm、2.0mm），適合不同精度和效率激光熔覆工藝的研究。

2）惰性氣體(ti) 保護采用機床整體(ti) 密閉的方式，相比局部箱體(ti) 保護水氧含量更容易控製，更加穩定和耐用；同時設計倆(lia) 個(ge) 真空過渡艙，上下小型零件時，主箱體(ti) 不用暴露在空氣中，避免每次拿取零件都需氣體(ti) 清洗。

2）控製軟件采用業(ye) 內(nei) 有名的比利時Materialise公司金屬3D打印支撐、分層、路徑規劃的軟件，保證3D打印工藝設計的技術先進性；另外配套路徑規劃和數控係統的自動連接，實現工藝參數可視化設置，3D打印工藝編程便捷、操作方便。

3）監控係統可在激光熔覆成型過程中監控質量，利於(yu) 工藝研發數據的快速獲取和工藝優(you) 化；也利於(yu) 批量製作過程中異常現象的監控。

4）係統核心標準部件均采用相關(guan) 領域知名進口部件，包括激光器、冷水機、激光頭、送粉器、送粉頭、數控係統、氣體(ti) 淨化柱、真空泵、監控傳(chuan) 感器、PLC、導軌等；保證係統長時間工作的穩定運行。

第一步，激光熔覆成型（3D打印）或修複程序準備

將需要打印的零件模型輸入3D打印軟件，通過切片和路徑規劃，獲得打印路徑的坐標文件，然後通過機床連接軟件將這些路徑坐標變成機床識別的代碼成型，根據事先工藝設計，代碼程序編寫(xie) 對激光、粉末、掃描速度等控製代碼，然後將代碼傳(chuan) 輸給數控係統。

第二步，激光熔覆成型（3D打印）或修複氣氛準備及基板安裝

首先，手套箱的主箱體(ti) 暴露大氣時，啟動大型手套箱的氣體(ti) 淨化係統，啟動氣體(ti) 清洗功能，通過大量純氬氣置換箱體(ti) 內(nei) 的空氣，含氧量小於(yu) 200ppm時，啟動氣體(ti) 淨化係統，通過循環過濾係統，吸收氧氣和水分，當水氧行列小於(yu) 20ppm時，氣氛即準備妥當；這個(ge) 過程大約需耗費10個(ge) 小時。正常工作情況下，不需要大量氣體(ti) 置換。

工件或基板進出氣氛艙時，本係統設置兩(liang) 種操作方式：大工件進出開艙門，小工件進出用過渡艙。當進行基礎工藝試驗或小件加工時，工件、材料或工具的進出通過人手工搬運和過渡艙的操作來實現；當進行大工件的加工時，通過開艙門，用叉車或其他起吊設備進行操作。

第三步，部件係統準備

係統全部功能部件上電，包括激光器、冷水機、送粉器、數控機床、監控係統、手套箱等。檢查各部件都處於(yu) 待命狀態，例如冷水溫度滿足激光器的要求、送粉器粉盤槽充滿粉末，手套箱內(nei) 氣體(ti) 純度波動值在要求範圍之內(nei) 等。

第四步，啟動程序進行成型或修複

數控係統啟動激光熔覆成型程序。程序執行過程中，自動開啟和關(guan) 閉激光、粉末，按程序要求自動進行激光熔覆成型監控，加工中出現異常，監控係統報警或自動停機，提供報警信息，然後人工幹預回複；可在斷點處繼續加工。

第五步，取出熔覆後零件

激光熔覆成型零件完成後，打開艙門，鬆開基板，用叉車將工件取出，直接放入熱處理爐中，進行熱處理。

該係統配置懸臂式五軸四聯動數控作為(wei) 激光加工路徑的執行機構，能夠實現激光加工過程中複雜軌跡的往複掃描。機床係統具有良好的係統剛性及高精度、高壽命、高可靠性和低消耗性能，並且結構緊湊、合理，占地麵積小。機床本體(ti) 由NC係統、床身、移動橫梁和縱梁、激光熔覆頭旋轉擺動裝置、雙軸轉台等組成。其中X軸、Y軸及Z軸為(wei) 三坐標直線運動軸，Z軸下端安裝擺動裝置及激光熔覆頭，實現激光熔覆頭的直線運動，並可手動調整激光熔覆頭的角度；AC雙軸轉台安裝於(yu) 機床底板上方、三軸懸臂機構的正下方，用於(yu) 驅動工件旋轉。

參考文獻：

1.黃衛東(dong) .材料3D打印技術的研究進展[J].新型工業(ye) 化,2016,(3).53-70.

2.成大先.機械設計手冊(ce) [M].北京.化學工業(ye) 出版社.2008.

3.孟光源.現代機構手冊(ce) [M].北京;機械工業(ye) 出版社.1994.