一種基于slm激光快速成形的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，包括PC機、人機對話裝置、SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置；所述的PC機，上端通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話；所述的包括PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成形的智能化刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制；所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝置相連，用于實現(xiàn)激光的掃描運動控制。本實用新型實現(xiàn)SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的掃描x軸、y軸運動智能化的控制，節(jié)省了人力，提高了生產(chǎn)效率，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利說明】
一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于機械工程、計算機控制、CAD、數(shù)控技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測技術(shù)、激光 材料技術(shù)的領(lǐng)域，具體涉及SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，更具體的說，涉及一種基于SLM激 光快速成形的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)模式的制造業(yè)進行的是一種高成本、低產(chǎn)量、周期長的生產(chǎn)模式，導(dǎo)致產(chǎn)品的 零售價格，而工資的增長比率比物價上漲的幅度低，而且批量生產(chǎn)模式難以滿足日益?zhèn)€性 化的用戶需求，需求導(dǎo)向的社會化生產(chǎn)將更具優(yōu)勢。從新經(jīng)濟角度，3D打印的"制造+服務(wù)" 模式會改變?nèi)祟惉F(xiàn)有的生活方式。在新經(jīng)濟的發(fā)展過程中，通過持續(xù)的科技創(chuàng)新和勞動力 水平提升，面向人們基本生存需要的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)的占比日益降低，以滿足人類更高層次 需求為目的的服務(wù)業(yè)愈發(fā)重要。隨著生產(chǎn)力水平的提升，人們開始在集約生產(chǎn)帶來的同質(zhì) 化消費之上追求更高層次的個性化、定制化服務(wù)。新媒體、社交網(wǎng)絡(luò)滿足了人類在精神層面 的個性化需求，而3D打印正是實現(xiàn)物質(zhì)個性化的最佳解決方案。
[0003] 3D打印技術(shù)俗稱為快速成形技術(shù)，又稱快速原型制造 （Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術(shù)，它是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20 年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。3D打?。?Dprinting)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新 興技術(shù)，被稱為"具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)"。運用該技術(shù)進行生產(chǎn)的主要流程是:應(yīng)用 計算機軟件，設(shè)計出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設(shè)備（俗稱"3D打印機"），用液 化、粉末化、絲化的固體材料逐層"打印"出產(chǎn)品。3 D打印是"增材制造" (AdditiveManufacturing)的主要實現(xiàn)形式。
[0004] 3D打印技術(shù)的存在的問題：
[0005] 任何一個產(chǎn)品都應(yīng)該具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通過3D打印制 造出來的產(chǎn)品在實用性上要打一個問號。
[0006] (1)、強度問題：房子、車子固然能"打印"出來，但是否能抵擋得住風(fēng)雨，是否能在 路上順利跑起來？
[0007] (2)、精度問題：由于分層制造存在"臺階效應(yīng)"，每個層次雖然很薄，但在一定微觀 尺度下，仍會形成具有一定厚度的一級級"臺階"，如果需要制造的對象表面是圓弧形，那 么就會造成精度上的偏差；
[0008] (3)、材料的局限性：目前供3D打印機使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機粉 料、光敏樹脂、塑料等。能夠應(yīng)用于3D打印的材料還是很單一，以塑料為主，并且打印機對單 一材料也非常挑剔。
[0009] SLM激光快速成形是"增材制造"（AdditiveManufacturing)的主要實現(xiàn)形式。
[0010] 近年來，誕生了選擇性激光恪化(Selective Laser Melting，SLM)金屬粉末的快 速成型技術(shù)，用它能直接成型出接近完全致密度的金屬零件。SLM技術(shù)克服了選擇性激光燒 結(jié)(Selective Laser SinteringALS)技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾。
[0011] 選擇性激光熔化技術(shù)(簡稱SLM技術(shù)），是目前較為先進的激光快速成形技術(shù)。SLM 激光快速成形集成了機械工程、計算機控制、CAD、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)、激光材料等各種學(xué) 科的前沿技術(shù)，是一種典型的高新技術(shù)。
[0012] 快速成形技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的"去除"加工法(部分去除大于工件的毛坯上的材 料來得到工件），而采用全新的"增長"堆積法（用一層層的小毛坯逐步疊加成大工件，將復(fù) 雜的三維加工分解成簡單的二維加工的組合），因此，它不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模 具，只需傳統(tǒng)加工方法的10 %~30%的工時和20%~35%的成本，就能直接制造出產(chǎn)品樣 品或模具。由于快速成形具有上述突出的優(yōu)勢，所以近年來發(fā)展迅速，已成為現(xiàn)代先進制造 技術(shù)中的一項支柱技術(shù)，是實現(xiàn)并行工程CE(Concurrent Engineering)必不可少的手段。
[0013] 國內(nèi)主要從事SLM激光快速成形技術(shù)研究的有西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技 大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)和上海大學(xué)等。清華大學(xué)和西安交通大學(xué)等還開展 了 RP前端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(反求工程)和后端應(yīng)用技術(shù)的研究。
[0014] 目前我國正在大力發(fā)展飛機制造業(yè)，選擇性激光熔化技術(shù)在飛機零件制造上具有 不可比擬的優(yōu)勢，不僅可以快速地生產(chǎn)出小批量飛機零件，而且在產(chǎn)品開發(fā)階段可大大縮 短樣件加工時間，節(jié)省大量開發(fā)費用。
[0015]通過以上的分析，SLM技術(shù)的優(yōu)點總結(jié)如下：
[0016] (1)能將CAD模型直接制成終端金屬產(chǎn)品，只需要簡單的后處理或表面處理工藝。
[0017] (2)適合各種復(fù)雜形狀的工件，尤其適合內(nèi)部有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)（如空腔、三維網(wǎng) 格）、用傳統(tǒng)機械加工方法無法制造的復(fù)雜工件。
[0018] (3)能得到具有非平衡態(tài)過飽和固溶體及均勻細(xì)小金相組織的實體，致密度幾乎 能達(dá)到100%，SLM零件機械性能與鍛造工藝所得相當(dāng)。
[0019] (4)使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金屬，使得加工出來 的金屬零件具有很高的尺寸精度(達(dá)〇. 1mm)以及很好的表面粗糙度值(Ra = 30u m~50um)。
[0020] (5)由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點金屬，使得用單一成 分的金屬粉末來制造零件成為可能，而且可供選用的金屬粉末種類也大大拓展了。
[0021] (6)能采用鈦粉、鎳基高溫合金粉加工解決在航空航天中應(yīng)用廣泛的、組織均勻的 高溫合金零件復(fù)雜件加工難的問題;還能解決生物醫(yī)學(xué)上組分連續(xù)變化的梯度功能材料的 加工問題。
[0022] 由于SLM技術(shù)具有以上優(yōu)點，它具有廣闊的應(yīng)用前景和廣泛的應(yīng)用范圍，如機械領(lǐng) 域的工具及模具(微制造零件、微器件、工具插件、模具等）、生物醫(yī)療領(lǐng)域的生物植入零件 或替代零件(齒、脊椎骨等）、電子領(lǐng)域的散熱器件、航空航天領(lǐng)域的超輕結(jié)構(gòu)件以及梯度功 能復(fù)合材料零件等。
[0023] 特別是在航空航天領(lǐng)域，應(yīng)用較多的是典型的多品種小批量生產(chǎn)過程，尤其是在 其研發(fā)階段，SLM技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢。有些復(fù)雜的工件，采用機加工不但浪費時間，而 且嚴(yán)重浪費材料，一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)甚至無法制造;鑄造能解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造問題并提高材 料利用率，但鈦和鎳等特殊材料的鑄造工藝非常復(fù)雜，制件性能難以控制;鍛造可有效提高 制件性能，但需要昂貴的精密模具和大型的專用裝備，制造成本很高。而采用SLM方法則可 以很方便、快捷地制造出這些復(fù)雜工件，在產(chǎn)品開發(fā)階段可以大大縮短樣件的加工生產(chǎn)時 間，節(jié)省大量的開發(fā)費用。我國正在全力推進大飛機的研發(fā)工作，SLM技術(shù)將可以在其中發(fā) 揮巨大的作用。
[0024] 可以說，SLM技術(shù)代表了快速制造領(lǐng)域的發(fā)展方向，運用該技術(shù)能直接成型高復(fù)雜 結(jié)構(gòu)、高尺寸精度、高表面質(zhì)量的致密金屬零件，減少制造金屬零件的工藝過程，為產(chǎn)品的 設(shè)計、生產(chǎn)提供更加快捷的途徑，進而加快產(chǎn)品的市場響應(yīng)速度，更新產(chǎn)品的設(shè)計理念和生 產(chǎn)周期。SLM技術(shù)在未來將會得到更好、更快的發(fā)展。但是，由于巨大的市場價值與商業(yè)機 密，目前SLM技術(shù)的發(fā)展與推廣還存在一些問題。主要是SLM設(shè)備十分昂貴，工作效率低;并 且由于大工作臺范圍內(nèi)的預(yù)熱溫度場難以控制，工藝軟件不完善，制件翹曲變形大，因而無 法直接制作大尺寸零件，目前還只能制作一些尺寸較小的工件。只有解決以上問題，研發(fā)出 可靠性和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進水平、價格低廉、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SLM設(shè)備、成型材料 和配套的工藝路線等，才能在我國推廣這項技術(shù)。
[0025] 研究SLM激光快速成型技術(shù)的前提條件之一就是擁有高精度的SLM控制系統(tǒng)。國外 專家和學(xué)者在這方面進行了較為深入的研究，已經(jīng)制造出了用于實際生產(chǎn)加工設(shè)備，并且 已經(jīng)將它應(yīng)用實際加工中，但加工昂貴，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，這并不適合在我國國內(nèi)推廣。
[0026] 近年來，SLM激光快速成形控制系統(tǒng)有了很大的提高，但傳統(tǒng)的SLM激光快速成形 控制系統(tǒng)，存在以下一些缺點：
[0027] ( -）、傳統(tǒng)的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)沒有采用組合式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)不包括工控 機、外設(shè)裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、運動控制卡、激光振鏡控制卡，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工效率低下；
[0028] (二）、傳統(tǒng)的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)沒有采用上送粉缸裝置、下送粉缸裝置， 沒有采用盒式送粉缸裝置方式進行送粉，而是送粉效率低下；
[0029](三）、傳統(tǒng)的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)沒有采用ADAM數(shù)據(jù)采集模塊，不能進行采 集SLM激光快速成形加工的信息；
[0030](四）、傳統(tǒng)的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)，成本太高，而且不具備規(guī)模經(jīng)濟的優(yōu)勢， 加工裝置的材料每克售價10-100元人民幣。
[0031](五）、傳統(tǒng)的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)沒有采用工控機，不能實現(xiàn)SLM激光快速 成形中刮粉、成形、送粉、回粉及激光的掃描運動智能化的控制，不能節(jié)省了人力，生產(chǎn)效率 較低，更不能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0032]本實用新型是為了克服上述不足，給出了一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)。 [0033]本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0034] -種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，包括PC機、人機對話裝置、SLM激光快速成 形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的PC機，上端 通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置包括觸摸 屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉 及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控制及添材 料加工的信息;所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所述的SLM激 光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝置相連，用于 實現(xiàn)激光的掃描運動控制。
[0035]所述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū)動器。
[0036] 更近一步地，所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快 速成形裝置。
[0037] 更近一步地，所述的步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、渦輪蝸桿減速 器，用于完成SLM激光快速成形。
[0038] 更近一步地，所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振鏡電機驅(qū)動器。 [0039] 更近一步地，所述的激光振鏡控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X軸掃 描、y軸掃描；
[0040] 更近一步地，所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡電機、電機驅(qū)動器、激光器、光路單 J L· 〇
[0041] 更近一步地，所述的激光器采用光纖激光器。
[0042] 更近一步地，所述的光纖激光器包括光纖激光器控制柜、光纖激光器控制器、光纖 激光器電路部分。
[0043]所述的光路單元包括掃描振鏡、擴束鏡、光纖耦合端、雙面鍍膜透鏡。
[0044] 所述的SLM激光快速成形裝置包括刮粉裝置、成形裝置、送粉裝置、鋪粉裝置。
[0045] 更近一步地，所述的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出 料口、氣路控制裝置、吸氣嘴。
[0046] 更近一步地，所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上。
[0047] 更近一步地，所述的儲料筒采用上下兩截結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封良好；用于調(diào)節(jié)送 粉裝置的送粉量。
[0048] 詳細(xì)地，所述的送粉腔采用前后開蓋，送粉盤、吸氣嘴安裝在送粉腔的內(nèi)部。
[0049] 更近一步地，所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定。
[0050] 更近一步地，所述的氣路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、粉兩相輸送同 步。
[0051]所述的鋪粉裝置包括刮粉板、側(cè)擋板一、側(cè)擋板二、底擋板一、底擋板二、懸臂一、 懸臂二。
[0052]所述的激光振鏡裝置包括X軸電機掃描裝置、y軸電機掃描裝置。
[0053]本實用新型發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：
[0054] (1)、本發(fā)明采用的分塊化、組合式結(jié)構(gòu)，包括PC機、人機對話裝置、SLM激光快速成 形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的PC機，上端 通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置包括觸摸 屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉 及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控制及添材 料加工的信息;所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所述的SLM激 光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成形的智能 化刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝置相連，用 于實現(xiàn)激光的掃描運動控制，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；
[0055] (2)、本發(fā)明采用的人機對話裝置包括觸摸屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用 于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及 添材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的信息；所述的存儲器包括 FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息；
[0056] (3)、本發(fā)明采用的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū) 動器;所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形裝置;所述 的步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、渦輪蝸桿減速器，用于完成SLM激光快速成 形;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振鏡電機驅(qū)動器;所述的激光振鏡控制 卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X軸掃描、y軸掃描;所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡 電機、電機驅(qū)動器、激光器、光路單元;所述的激光器采用光纖激光器;所述的光纖激光器包 括光纖激光器控制柜、光纖激光器控制器、光纖激光器電路部分;所述的光路單元包括掃描 振鏡、擴束鏡、光纖親合、雙面鏈I吳透鏡；
[0057] (4)、本發(fā)明采用的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出料 口、氣路控制裝置、吸氣嘴;所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上;所述的儲料筒采用上下兩截 結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封良好，用于調(diào)節(jié)送粉裝置的送粉量;所述的送粉腔采用前后開蓋，送 粉盤、吸氣嘴安裝在送粉腔的內(nèi)部;所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定;所述的氣 路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、粉兩相輸送同步。
[0058] 除了以上這些，本發(fā)明實現(xiàn)SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的掃 描X軸、y軸運動智能化的控制，節(jié)省了人力，提高了生產(chǎn)效率，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和 社會效益。
[0059] 本實用新型的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡 述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實用新型的實踐中得到教導(dǎo)。本實用新型的目標(biāo)和其它優(yōu)點可以通過下面的說 明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0060] 圖1為本實用新型發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061] 圖2為本實用新型發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)中的鋪粉裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062] 圖中的標(biāo)注：1、懸臂二，2、側(cè)擋板二，3、底擋板一，4、底擋板二，5、側(cè)擋板一，6、懸 臂一。
[0063] 圖3為本實用新型發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)實現(xiàn)SLM激光快速 成形的工作圖；
[0064] 圖中的標(biāo)注:7、成形裝置，8、出料口，9、送粉裝置，10、激光振鏡裝置，11、進料口， 12、鋪粉裝置，13、活塞。
[0065] 圖4為本實用新型發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)實現(xiàn)SLM激光快速 成形的控制過程的流程圖；
[0066]圖5為本實用新型發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)中進行3D打印機 打印、SLM零件快速成形加工實例圖。
【具體實施方式】 [0067] 實施實例
[0068]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并使本發(fā)明的上述目 的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明及其實施方式作進一步詳細(xì)描 述。
[0069] 如圖1所示，一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，包括PC機、人機對話裝置、SLM 激光快速成形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的 PC機，上端通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置 包括觸摸屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用 于Μ紙打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控 制及添材料加工的信息；所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成 形的信息;所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所 述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成 形的智能化刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝 置相連，用于實現(xiàn)激光的掃描運動控制。
[0070] 又，本發(fā)明采用的分塊化、組合式結(jié)構(gòu)，包括PC機、人機對話裝置、SLM激光快速成 形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的PC機，上端 通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置包括觸摸 屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉 及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控制及添材 料加工的信息;所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所述的SLM激 光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝置相連，用于 實現(xiàn)激光的掃描運動控制，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，是本發(fā)明一個顯著特點。
[0071] 又，本發(fā)明采用的人機對話裝置包括觸摸屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于 完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添 材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的信息；所述的存儲器包括 FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息，又是本發(fā)明一個顯著特點。
[0072 ]所述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū)動器。
[0073]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于 控制SLM激光快速成形裝置。
[0074] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、 渦輪蝸桿減速器，用于完成SLM激光快速成形。
[0075] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振 鏡電機驅(qū)動器。
[0076]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的激光振鏡控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的 FPGA，用于X軸掃描、y軸掃描；
[0077] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡電機、電機驅(qū)動器、 激光器、光路單元。
[0078] 進一步地，所述的激光器采用光纖激光器。
[0079] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的光纖激光器包括光纖激光器控制柜、光纖激 光器控制器、光纖激光器電路部分。
[0080] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的光路單元包括掃描振鏡、擴束鏡、光纖耦合 端、雙面鍍膜透鏡。
[0081 ]又，本發(fā)明采用的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū)動 器;所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形裝置;所述的 步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、渦輪蝸桿減速器，用于完成SLM激光快速成 形;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振鏡電機驅(qū)動器;所述的激光振鏡控制 卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X軸掃描、y軸掃描;所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡 電機、電機驅(qū)動器、激光器、光路單元;所述的激光器采用光纖激光器;所述的光纖激光器包 括光纖激光器控制柜、光纖激光器控制器、光纖激光器電路部分;所述的光路單元包括掃描 振鏡、擴束鏡、光纖耦合端、雙面鍍膜透鏡，又是本發(fā)明一個顯著特點。
[0082]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的SLM激光快速成形裝置包括刮粉裝置、成形裝 置、送粉裝置、鋪粉裝置。
[0083]詳細(xì)地，所述的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出料口、 氣路控制裝置、吸氣嘴。
[0084] 進一步地，所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上。
[0085] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的儲料筒采用上下兩截結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封 良好;用于調(diào)節(jié)送粉裝置的送粉量。
[0086] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的送粉腔采用前后開蓋，送粉盤、吸氣嘴安裝在 送粉腔的內(nèi)部。
[0087] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定。
[0088] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的氣路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、 粉兩相輸送同步。
[0089] 又，本發(fā)明采用的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出料 口、氣路控制裝置、吸氣嘴;所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上;所述的儲料筒采用上下兩截 結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封良好，用于調(diào)節(jié)送粉裝置的送粉量;所述的送粉腔采用前后開蓋，送 粉盤、吸氣嘴安裝在送粉腔的內(nèi)部;所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定;所述的氣 路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、粉兩相輸送同步，又是本發(fā)明一個顯著特點。
[0090] 本發(fā)明的所述的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)中的鋪粉裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖，如圖2所示，所述的鋪粉裝置包括刮粉板、側(cè)擋板一5、側(cè)擋板二2、底擋板一3、底擋板二 4、懸臂一6、懸臂二1。
[0091]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的激光振鏡裝置包括X軸電機掃描裝置、y軸電 機掃描裝置。
[0092] 實施實例2
[0093] -種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)的工作過程，如圖3所示，包括成形裝置下 降一個SLM加工件的厚度、送粉裝置上升SLM加工件的厚度、刮粉裝置刮粉、激光振鏡進行 掃描加工、完成SLM零件的激光快速成形加工等以下幾個步驟；
[0094] Stepl:成形裝置下降一個SLM加工件的厚度；
[0095] Ste: 2:送粉裝置上升SLM加工件的厚度；
[0096] Step3:刮粉裝置刮粉；
[0097] Step4:激光振鏡進行掃描加工；
[0098] Step5:完成SLM零件的激光快速成形加工。
[0099] 實施實例3
[0100] 一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)實現(xiàn)SLM激光快速成形的控制原理圖，如圖 4所示，包括一種智能化的SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)初始化;工控機工作;數(shù)據(jù)采集模塊 工作;傳感器工作;判斷是否完成SLM激光快速成形的數(shù)據(jù)采集;運動控卡工作;激光振鏡控 制卡工作;判斷是否完成SLM激光快速成形的控制;完成SLM激光快速成形的智能化控制等 以下幾個步驟；
[0101 ]步驟一:一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)初始化；
[0102] 步驟二:PC機工作；
[0103]步驟三:SLM激光快速成形控制系統(tǒng)工作；
[0104] (1)、步進電機控制卡工作；
[0105] (2)、步進電機驅(qū)動器工作；
[0106] 詳細(xì)地，步進電機驅(qū)動器工作，包括以下步驟：
[0107] Stepl:電機驅(qū)動器工作；
[0108] Step2:步進電機工作；
[0109] Step3:渦輪蝸桿減速器工作。
[0110]步驟四：SLM激光快速成形裝置工作；
[0111] (1)、刮粉裝置工作；
[0112] (2)、成形裝置工作；
[0113] (3)、送粉裝置工作；
[0114] (4)、鋪粉裝置工作。
[0115]步驟五:激光振鏡控制系統(tǒng)工作；
[0116] (1 )、激光振鏡控制卡工作；
[0117] (2)、振鏡電機驅(qū)動器工作；
[0118]步驟六:激光振鏡裝置工作；
[0119] (l)、x軸電機掃描裝置工作；
[0120] (2)、y軸電機掃描裝置工作。
[0121 ]步驟七:判斷是否完成SLM激光快速成形的控制？
[0122] 情況一:如果沒有完成SLM激光快速成形的控制，則執(zhí)行步驟一，一種基于SLM激光 快速成形的控制系統(tǒng)初始化；
[0123] 情況二:如果完成SLM激光快速成形的控制，則執(zhí)行步驟八；
[0124] 步驟八:完成SLM激光快速成形的化控制。
[0125] 實施實例4
[0126] 在本發(fā)明的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)中進行3D打印機打印、SLM零件 快速成形加工實例圖，如圖5所示，3D打印機打印的曲線：當(dāng)樣本容量由10個變?yōu)?0個時取 樣曲線呈高斯函數(shù)曲線分布，SLM零件快速成形的曲線也呈也高斯函數(shù)曲線分布。
[0127] 由仿真實例圖5可以看出，3D打印機打印的曲線呈高斯曲線，SLM零件快速成形的 曲線也高斯曲線，而且SLM零件快速成形的曲線變化較為平穩(wěn)，滿足SLM快速成形的要求。從 圖上看雖然SLM零件快速成形的曲線變化較為平穩(wěn)，但曲線的尺寸精度不明顯，因此需要 SLM零件快速成形的曲線的尺寸精度列表分析，如表1所示。
[0128] 表1 3D打印機打印的曲線與SLM零件快速成形的曲線尺寸誤差分析
[0129]
[0130]由表1可知，當(dāng)樣本增大到20個時，樣本處于穩(wěn)定狀態(tài)，其中：
[0131] 1、3 D打印機打印的曲線與S L Μ零件快速成形的曲線對比尺寸精度的最大誤差 (mm)：
[0132] 當(dāng)樣本容量為10個時為0.5mm，樣本容量為20個時為0.049mm;
[0133] 2、3D打印機打印的曲線與SLM零件快速成形的曲線對比尺寸精度的最小誤差：
[0134] 當(dāng)樣本容量為10個時為0.1mm，樣本容量為20個時為0.002mm。
[0135] 從仿真曲線軌跡的變化及表1的數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：
[0136] 1)、SLM零件快速成形過程中，3D打印機打印的曲線與SLM零件快速成形的曲線對 比尺寸精度的最大誤差當(dāng)樣本容量逐漸增大時，即由10個變?yōu)?0個時，最大誤差變化不大， 即滿足高速加工的要求。
[0137] 2)、SLM零件快速成形過程中，3D打印機打印的曲線與SLM零件快速成形的曲線對 比尺寸精度的最小誤差當(dāng)樣本容量逐漸增大時，即由10個變?yōu)?0個時，最小誤差變化逐漸 減小，即滿足SLM快速成形在線減小誤差的要求。
[0138] 本發(fā)明顯著的特點：
[0139] 1)、本發(fā)明采用的分塊化、組合式結(jié)構(gòu)，包括PC機、人機對話裝置、SLM激光快速成 形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的PC機，上端 通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置包括觸摸 屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉 及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打 印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控制及添材 料加工的信息;所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息； 所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所述的SLM激 光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成形的智能化 刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝置相連，用于 實現(xiàn)激光的掃描運動控制，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
[0140] 2)、本發(fā)明采用的人機對話裝置包括觸摸屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于 完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添 材料加工的人機對話;所述的打印機，用于Μ紙打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的信息；所述的存儲器包括 FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成形的信息。
[0141] 3 )、本發(fā)明采用的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū)動 器;所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形裝置;所述的 步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、渦輪蝸桿減速器，用于完成SLM激光快速成形； 所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振鏡電機驅(qū)動器;所述的激光振鏡控制卡 采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X軸掃描、y軸掃描;所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡電 機、電機驅(qū)動器、激光器、光路單元;所述的激光器采用光纖激光器;所述的光纖激光器包括 光纖激光器控制柜、光纖激光器控制器、光纖激光器電路部分;所述的光路單元包括掃描 振鏡、擴束鏡、光纖親合、雙面鏈I吳透鏡。
[0142] 4)、本發(fā)明采用的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出料 口、氣路控制裝置、吸氣嘴;所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上;所述的儲料筒采用上下兩截 結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封良好，用于調(diào)節(jié)送粉裝置的送粉量;所述的送粉腔采用前后開蓋，送 粉盤、吸氣嘴安裝在送粉腔的內(nèi)部;所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定;所述的氣 路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、粉兩相輸送同步。
[0143] 5)、本發(fā)明實現(xiàn)SLM激光快速成形中刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的掃描X軸、y軸 運動智能化的控制，節(jié)省了人力，提高了生產(chǎn)效率，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0144] 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡等同替換或等效變換變形的 技術(shù)方案，均在本發(fā)明要求保護范圍。本發(fā)明的是實施例的許多特征和優(yōu)點根據(jù)該詳細(xì)描 述是清楚的，因此所附權(quán)利要求旨在覆蓋這些是實施例的落入其真實精神和范圍內(nèi)的所有 這些特征和優(yōu)點。此外，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到很多修改和改變，因此不是要將本 發(fā)明的是實施例限于所例示和描述的精確結(jié)構(gòu)和操作，而是可以涵蓋落入其范圍內(nèi)的所有 合適修改和等同物。
[0145] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分為本領(lǐng)域工程技術(shù)人員公知的技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PC機、人機對話裝置、SLM 激光快速成形控制系統(tǒng)、SLM激光快速成形裝置、激光振鏡控制系統(tǒng)、激光振鏡裝置;所述的 PC機，上端通過RS232與人機對話裝置相連，實現(xiàn)人機交互式的對話;所述的人機對話裝置 包括觸摸屏、打印機、存儲器，所述的觸摸屏，用于完成SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送 粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、y軸運動控制及添材料加工的人機對話;所述的打印機，用 于Μ紙打印SLM激光快速成形中的刮粉、成形、送粉、鋪粉及激光的激光掃描X軸、 y軸運動控 制及添材料加工的信息；所述的存儲器包括FLASH存儲器、RAM存儲器，用于SLM激光快速成 形的信息;所述的PC機，右端分別與SLM激光快速成形控制系統(tǒng)、激光振鏡控制系統(tǒng)相連，所 述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)還與SLM激光快速成形裝置相連，用于實現(xiàn)SLM激光快速成 形的智能化刮粉、成形、送粉、鋪粉的運動控制;所述的激光振鏡控制系統(tǒng)還與激光振鏡裝 置相連，用于實現(xiàn)激光的掃描運動控制。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，其特征在于： (1) 、所述的SLM激光快速成形控制系統(tǒng)包括步進電機控制卡、步進電機驅(qū)動器； 所述的步進電機控制卡采用TMS320LF2407DSP，用于控制SLM激光快速成形裝置； (2) 、所述的步進電機驅(qū)動器包括步進電機、電機驅(qū)動器、渦輪蝸桿減速器，用于完成 SLM激光快速成形。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述的激光振鏡控制系統(tǒng)包括激光振鏡控制卡、振鏡電機驅(qū)動器； (1) 、所述的激光振鏡控制卡采用XC6SLX9-2TQG144C的FPGA，用于X軸掃描、y軸掃描； (2) 、所述的振鏡電機驅(qū)動器包括振鏡電機、電機驅(qū)動器、激光器、光路單元； 所述的激光器采用光纖激光器； 所述的光纖激光器包括光纖激光器控制柜、光纖激光器控制器、光纖激光器電路部分； 所述的光路單元包括掃描振鏡、擴束鏡、光纖耦合端、雙面鍍膜透鏡。4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述的SLM激光快速成形裝置包括刮粉裝置、成形裝置、送粉裝置、鋪粉裝置； (1) 、所述的送粉裝置包括裝粉螺栓、儲料筒、送粉腔、送粉盤、進氣口、出料口、氣路控 制裝置、吸氣嘴； 所述的裝粉螺栓安裝在儲料筒上； 所述的儲料筒采用上下兩截結(jié)構(gòu)，同時儲料筒密封良好;用于調(diào)節(jié)送粉裝置的送粉量； 所述的送粉腔采用前后開蓋，送粉盤、吸氣嘴安裝在送粉腔的內(nèi)部； 所述的吸氣嘴，用于保證出料口的出粉穩(wěn)定； 所述的氣路控制裝置安裝電磁閥，用電磁閥控制氣、粉兩相輸送同步； (2) 、所述的鋪粉裝置包括刮粉板、側(cè)擋板一、側(cè)擋板二、底擋板一、底擋板二、懸臂一、 懸臂二。5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于SLM激光快速成形的控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述的激光振鏡裝置包括X軸電機掃描裝置、y軸電機掃描裝置。
【文檔編號】B22F3/105GK205414407SQ201620058769
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】張萬軍
【申請人】張萬軍