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      激光熔絲增材打印系統中的激光對準
      材料來源: ACT激光世界           錄入時間:2023/8/10 23:58:26

      在激光熔絲沉積增材制造系統中,激光準直工具可以在減少操作失誤、提高系統可靠性和一致性方面,發揮重要作用。

      圖1:Meltio的激光沉積頭集成到機器人系統中,用于打印形狀復雜的零件。

      激光熔絲沉積增材制造系統的最新同軸結構,將絲狀原料送入激光生成的熔池中,以此來打印3D零件,它為生成具有優異材料屬性的大型復雜金屬零件提供了一種成本更低、更清潔、更快速的方法。

      激光熔絲沉積增材制造系統,通常包括一個中心送絲噴嘴,噴嘴垂直于工件放置,激光束以設定的距離匯聚到材料上。其中,激光束可以采用高功率激光器或單功率激光器分出來的光束,也可以采用獨立激光源的獨立光束。

      在該類增材制造系統中,必須控制激光束和材料在焦點處的對準。如果材料和激光焦點沒有精準定位,那么材料將得不到充分加熱,進而也就無法與周圍的材料完全融合,這很有可能在工件上形成缺陷。

      這個對準過程通常是通過人眼完成的,需要操作者有豐富的經驗和耐心。隨著激光熔絲沉積增材制造技術的推廣,用戶正在從“以研究為導向的技術中心和大學”轉移到“以生產為導向的制造車間和制造業的操作人員”。因此,該增材制造系統的易用性和設置時間也相應發生了變化,人工對準變得不再可行。

      圖2:Meltio的對準套件由一臺相機、一個帶有簡單用戶界面的平板電腦和手工工具組成。

      之所以需要校準,是因為焊絲是儲存在線軸上的;每種材料從包裝中拆開時,都有不同的鑄型/弧度。材料一般都不是完全平直的,雖然矯直機可以將這種彎曲降到最低,但仍然需要有經驗的人去設置。每種材料由于其延展性的差異而有不同的鑄型,因此如果打印系統期望打印更多種類的材料,則校準程序必不可少。

      由于熔絲金屬3D打印機與金屬粉末打印相比優勢明顯,比如更換材料時間短、不需要清理,因此基于矯直機的系統已不能滿用戶要求;诖,Meltio公司開發出了一種校準工具,能夠精確地定位激光光斑和材料的位置,同時指導操作者將每個激光束調整到理想位置。這種獨立校準工具的好處是:傳統的Meltio系統可以通過簡單的軟件更新與其進行連接和運行。

      系統架構 

      Meltio系統的打印頭由6個可調節的光學組件組成,激光從6個獨立的激光源和一個固定的金屬絲噴嘴耦合到沉積頭中。打印頭有一個雙線材料進料系統,以精確控制分配到熔池的材料量。該沉積頭配有一組傳感器,可以根據材料受力情況和材料導電性,來測量和調節打印過程。

      圖3:機器人集成系統中激光對準過程中的沉積頭;對準相機位于系統工作距離處。

      激光器的調整是通過一個精密的螺釘系統進行的。這類似于光學支架的調整,每個光學組件可以精確地旋轉,在達到最終對準后即可鎖定位置。每臺激光器都配備了一個可見光瞄準激光器,其功率只有幾毫瓦,可用于引導激光對準。

      對準系統需要采集各個激光光斑的位置,以及焊絲的位置。Meltio設計了一個基于相機以及光學和圖像過濾器的解決方案。它配備了用于3D打印機或機器人集成的平板電腦和安裝解決方案,因此用戶可以通過顯示器監控整個對準過程,并且可以控制打印機的相關功能,使得瞄準激光和材料進給器在該過程中盡可能不出故障。

      對準過程首先要設置機器中的相機。之后,噴嘴自動推出線材,直到接觸到相機的傳感器表面。然后相機定位線材的位置。接下來,啟動瞄準激光器,并在平板電腦屏幕上繪制網格,以此來標定每個激光束的理想位置。一旦調整完成,可以保存一張圖片,記錄正確的激光對準。

      該系統可以讓沒有激光系統經驗的用戶在10分鐘內精確調整,大大減少了對技術支持的需求。 

      盡管激光對準工具只是整個激光熔絲沉積增材制造系統的一小部分,但它在減少操作失誤、提高系統可靠性和一致性方面,卻發揮著重要作用。

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