模具再制造激光3d打印機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種利用激光熔覆的方式進行廢舊模具的再制造的方法與系統，即模具再制造激光3D打印設備。
【背景技術】
[0002]模具已成為現代工業生產中不可或缺的制造工具，我國每年模具的生產和使用十分巨大，已經成為世界第一大模具生產國和消費國。模具使用過程中，不可避免的會產生磨損、開裂等缺陷，影響模具的使用。為此，通常采用模具修復的方法，對出現缺陷的部位進行修補，如用焊條對磨損的部分補焊，焊后打磨，繼續使用。有些缺陷較大，已經無法修復或沒有修復的價值，只有報廢處理。如何能將這些報廢的模具通過再制造的方法加以利用，是一個重大的課題。再制造不同于修復，不是簡單的對模具進行修補，簡單修補只能暫時延長模具的使用壽命，而通過再制造的方法，不僅能使廢舊模具起死回生，得到一幅新的模具，而且成本比新模具的制造成本還低，使用壽命更長。一般傳統做法是，對廢舊模具的形腔部分用碳弧氣刨鏟除，仍保留其他部分，再用高性能的材料將鏟除部分用堆焊的方法填充。每填充一層，需要人工進行除渣處理，勞動強度大，效率低。填充后再用機械加工的方法，加工出模具的形狀，獲得一付再制造模具。由于填充部分使用的材料較少，因此，成本較低。所使用的填充材料不同于原有的模具材料，而是高性能的金屬材料，因此這樣加工出來的模具壽命一般比原來一付新模具的壽命還長。這就達到了再制造的目的。從上述過程可以看到，雖然能夠通過再制造的方法使廢舊模具煥發新生，但由于采用普通堆焊的方法填充，再進行機械加工，不僅工序多，而且，浪費材料。隨著3D打印技術的出現，使用3D打印的方法，通過增材制造直接打印成形，就不需機械加工，又能節省材料。
[0003]目前3D打印技術被譽為“第三次工業革命”，被廣泛的應用于工業設計、醫療、教學、航空航天等領域。3D打印技術的主流技術包括立體光固化技術(SLA)、熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光熔化技術(SLM)、數字光處理技術(DLP)、三維打印黏結成型(3DP)、激光恪覆近沉積成形(Laser Cladding Deposit1n 即 LCD)等。
[0004]本實用新型采用的是激光熔覆沉積成形(LCD)是從激光熔覆技術發展而來。激光熔覆是將粉末送至熔覆頭噴射出來，同時激光照射噴出的粉末使其融化沉積在金屬基底上。一般采用這一技術進行表面處理，或表面堆焊。近年來隨著3D打印技術的發展，使用計算機控制技術用這一技術進行三維堆積成形。由于使用激光作為光源為激光，具有波長單一、光斑尺寸小和功率密度大的特點，通過精確控制熔覆頭，可以實現零件高精度成形。將這一技術應用到模具的再制造上，就形成了本實用新型的核心。
【發明內容】
[0005]針對模具再制造上使用普通堆焊的方法，填充形腔，再機械加工成形的缺點，本實用新型采用激光熔覆沉積成形，可以一步完成填充和成形。，既減少了加工工序，又可節省材料。
[0006]模具再制造激光3D打印機，其特征在于:包括廢舊的模具、激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構、垂直運動機構和計算機控制系統；所述廢舊的模具形腔為通過銑削加工獲得的空腔；計算機控制系統控制激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構和垂直運動機構。
[0007]進一步，廢舊的模具形腔通過銑削加工獲得的空腔為形狀規則的空腔。
[0008]進一步，所述的激光器，為二氧化碳激光器或光纖激光器。
[0009]應用所述的模具再制造激光3D打印成形機，其特征在于:
[0010]打印前，先將廢舊的模具形腔通過銑削加工“挖”除得到空腔。在計算機中，根據模具的三維形狀進行分層處理，得到模具的一系列二維圖像。打印開始時，由送粉器將金屬粉末送到同軸打印頭，粉末經打印頭噴出，激光將粉末融化，融化的金屬沉積到待再制造的模具上，同時，在計算機的控制下，根據模具的形狀，在X\Y方向移動模具或者模具不動，移動打印頭，金屬沉積在模具上形成與二維圖像一致的金屬層。完成一層后，將打印頭沿垂直方向抬高，這樣層層打印，得到一個新的三維模具。3D打印機的最大成型幅面由x\y運動距離決定，成型高度由打印頭上升的高度決定，打印頭最小位移量決定了成型精度。
[0011]進一步，根據模具的大小，設定模具的運動范圍或者移動打印頭的移動范圍，以及設定打印頭的垂直運動距離。
[0012]不同于堆焊，對形腔的形狀沒有要求，本實用新型需先對原模具的形腔部分進行銑削加工，獲得一個規則的空腔(例如長方體、圓柱體等等)，這是本實用新型的關鍵。本模具再制造激光3D打印成形機，由激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構、垂直運動機構和計算機控制系統組成。打印前，必須先將廢舊的模具形腔通過銑削加工“挖”除。本實用新型的工作原理:對模具的計算機三維模型進行切片處理獲得3D模型的平面數據，打印開始時，由送粉器將金屬粉末送到同軸打印頭，粉末經打印頭噴出，激光將粉末融化，融化的金屬沉積到待再制造的模具上，同時，在計算機的控制下，根據模具的形狀，在X\Y方向移動模具或者模具不動，移動打印頭，金屬沉積在模具上形成與二維圖像一致的金屬層。完成一層后，將打印頭沿垂直方向抬高一定距離，進行下一層打印。這樣層層打印，得到一個新的三維模具。
[0013]本實用新型的技術特征:
[0014]1.打印前將原模具的形腔部分通過銑削加工去除。
[0015]2.同軸打印頭指激光光束與噴粉方向相同，并在一條軸線上。
[0016]3.打印前對模具的計算機三維模型進行分層出來，獲得每一層的平面數據。
[0017]4.計算機控制激光、打印頭以及模具的運動，融化粉末沉積在模具的空腔內，堆積出與二維圖像一致的形狀，這里既可以控制打印頭做平面運動，也可以控制模具做平面運動。這樣一層層堆積。
[0018]5.每堆積一層，打印頭上升一定距離。
[0019]6.采集的金屬粉末根據原模具的材料進行選配。
[0020]7.激光器可以米用波長為1064nm的光纖激光，也可以用10.6nm的二氧化碳激光。
[0021]8.打印頭的運動范圍或者模具的移動范圍和精度，決定了成型的范圍的精度。
[0022]9.本實用新型中，3D打印設備所涵蓋的裝置有:計算機控制系統，激光器，送粉器，打印頭，平面運動機構和垂直運動機構。
【附圖說明】
[0023]圖1 _旲具再制造激光3D打印機不意圖。
[0024]圖中:1-廢舊模具2-規則空腔3-金屬粉4-同軸打印頭5-送粉器6_計算機控制系統7-光束8-激光器。
【具體實施方式】
[0025]首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本實用新型進行進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制。
[0026]整體裝置如圖1所示。打印前將廢舊模具I通過銑削加工加工出規則的空腔2。在計算機上利用三維軟件對模具的STL三維模型進行分層處理，分層厚度為0.1mm，計算機控制系統6控制同軸打印頭4沿著X，y方向運動，運動軌跡與切片分層圖形一致。打印開始后，第一步，首先控制激光器8與送粉器5，使金屬粉末通過同軸打印頭4噴出3時被激光光束7融化，與此同時，控制同軸打印頭4在x\y水平面內運動，金屬粉末沉積在空腔2內形成與分層圖形一致的二維平面金屬層。沉積完一層后，同軸打印頭4沿著Z軸方向抬高一段距離，該距離與分層的厚度一致。然后進行下一層。這樣不斷重復以上步驟，直至三維實體模型打印完成。沿Z軸提升同軸打印頭4，將成形模具取出。
[0027]若對模具的表面要求嚴格，可進一步進行熱處理、拋光或電鍍等后處理。
【主權項】
1.模具再制造激光3D打印機，其特征在于:包括廢舊的模具、激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構、垂直運動機構和計算機控制系統；所述廢舊的模具形腔為通過銑削加工獲得的空腔；計算機控制系統控制激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構和垂直運動機構。2.根據權利要求1所述的模具再制造激光3D打印機，其特征在于:廢舊的模具形腔通過銑削加工獲得的空腔為形狀規則的空腔。3.根據權利要求1所述的模具再制造激光3D打印機，其特征在于:所述的激光器，為二氧化碳激光器或光纖激光器。
【專利摘要】模具再制造激光3D打印機屬于模具再制造領域，其特征在于：包括廢舊的模具、激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構、垂直運動機構和計算機控制系統；所述廢舊的模具形腔為通過銑削加工獲得的空腔；計算機控制系統控制激光器、送粉器、同軸打印頭、平面運動機構和垂直運動機構。針對現有的模具再制造時堆焊方法浪費材料、工序多的缺點，將廢舊的模具預先進行銑削加工，獲得一個規則的空腔，再使用激光熔覆的方式，在空腔處堆積出模具的形狀。這種3D打印的成形方式，沒有多余材料的浪費，可以減少昂貴高性能金屬材料的使用，并且不會污染環境。
【IPC分類】C23C24/10, B22F3/105
【公開號】CN204939614
【申請號】CN201520550424
【發明人】陳繼民
【申請人】北京工業大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年7月27日