| 成果名称: | 金属粉末激光成形3D打印装备研发及产业化 |
| 完成单位: | 广东大族粤铭激光集团股份有限公司,东莞华科京隆成形装备科技有限公司,广东华中科技大学工业技术研究院,华中科技大学 |
| 主要人员: | 王军,乐丹,杨明,旷雅胜,付斌,方铁勤,李游,何鹏,曹江峰,夏云飞,陈锋,张骏,张李超,莫健华 |
| 介绍: | 3D打印制造技术有显著的技术特点，可制造传统方法难加工甚至是无法加工的复杂结构，在航空航 天、汽车/模具及生物医疗等领域具有广阔的应用前景。但在精密金属零件的制造生产上，基于SLM技术 的3D打印设备在保证零件的精度和表面质量上存在重大技术缺陷，从而严重限制了金属3D打印技术在精 密零件制造产业上的广泛推广和应用。因此现有3D打印技术基础上的技术工艺、设备改进研发是推动3D 打印产业快速发展的迫切需求。 本项目研究的金属粉末激光成形复合加工技术，是针对金属粉末激光熔融快速成型技术缺陷而研发的一种新型金属激光成形技术，它把叠层造型工艺和传统的高速切削加工工艺融为一体，在激光熔融快速成形过程中同步进行多余材料的切除以保证成型零件的精度和表面质量。该技术是叠层造型和去除加工的相反方向加工手法的复合化，综合集成了材料技术、电脑软件技术、激光技术和数控加工技术。 针对目前侧轴外向送粉与光内同轴送粉激光喷头的优缺点，项目研发团队设计开发了反射式中空激光光内送粉激光喷头，该同轴送粉激光喷头耦合激光、金属粉末、保护气体和冷却水路于一体，满足项目研发要求。该光内同轴送粉激光喷头可用于坐标结构机床、机械手配置，喷头加工最大偏转角60°—90° ，可用于光纤激光器、YAG激光器、半导体激光器等，聚焦镜片焦距：190mm，激光利用率：95%，喷头聚焦焦点为实心圆光斑，光斑直径：约Φ0.6mm；正负离焦都为中空的环形光斑，一般加工面位于焦点上方3mm—5mm(负离焦)位置加工比较理想，不同离焦位的环形光斑直径在Φ5mm之内均可进行稳定的加工 ，喷头的光、粉、气一体同轴出射，单粉束由惰性气气载送入喷头，然后由环形气帘准直垂直喷向加工面，喷出的单粉束直径Φ1.5—Φ2.5mm（出口后30mm内），粉末利用率根据光斑大小不同可在50%—90%之间，卸压式喷头粉束更细，利用率更高。该激光喷头可适用于激光熔覆、零件修复、金属粉末激光增材制造等领域。 已经完成完整的金属粉末激光成形机设计与制造，采用反射式中空激光光内送粉激光喷头对金属粉末激光快速成形单融道工艺进行了大量实验并进行了几种典型结构零件的试验制造，零件性能满足实际需求。 针对增材与减材加工方式的复合，设计并完成设备整机主体结构以及增减材工作转换驱动装置。开发的新型金属粉末激光成型3D打印复合加工装备可实现同一台设备上金属粉末激光3D打印与减材加工的复合成形，实现了不锈钢、钛合金、镍基合金、钴铬合金等材料打印，零件物理性能达到传统方法水平，零件成型精度达到±0.01mm，致密度达到95%95以上。在五金模具、汽车、航空制造领域进行了示范应用。 控制系统方面，根据同轴送粉激光成形工作原理，完成控制系统软、硬件的设计开发，人机操作界面开发，经实际运用验证，系统稳定并满足所有项目和工艺功能要求。 在增减复合成形工艺方面，进行了大量的工艺试验，积累了丰富的成形工艺经验，建立了工艺参数库，所成形零件满足项目考核指标和客户实际应用要求。 项目执行期间申请发明专利5项，牵头制定技术标准3项，开发的金属粉末激光快速成型复合加工装备在五金模具、航空制造领域获得示范应用。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2019-08-01 |
| 研究起止时间: | 2015-06-01至2018-05-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2019-06-13 |
