金属零件激光直接快速成型制造技术研究
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利 时 公 司 的 Ｓ 一２ ４ ２ 步 进 电 机 驱 动 器 与 Ｈ ０ ０Ａ
４Ｂ Ｇ ５Ａ— Ｓ Ｓ ＭＬ一０ ５ ２ Ｙ ２０ ＡＳ １１步 进 电 机 ， 用 利 ＶＣ ． 二 次开 发 工 具 ， 明激 光 直 接 制造 成 型 ６ ０为 说
的加 工过程 。
图 １ 激 光 直 接 制 造 成 型 系统
而开发 的 ， 激光直 接制造 成型系统 只有在 软件控制 系统 的控 制管理 下才 能 实 现完 整 、 序 、 调 的零 有 协
件成形 运动全 部过程 ＿ 。 １ Ｊ
本 文 以圆柱形零 件为例 ， 用 台湾 研华公 司的 采 Ｐ Ｉ２ ０４轴 步进 侗 服 电机 运 动 控 制 卡 、 京 和 Ｃ １４ 北
严 重的表 面不平 度 。衡 量扫 描 间距 一般 采 用 重叠
由图 １可见 ， 激光直 接制造 成型 系统的所有 组
成系统 的工作行 为都 是 在工 控 计算 机 的 统一 指令
下完成协 同运 动 的。激 光发 生 器 系统是 发 生 激光
的必要组成 部分 ， 却水循 环系统 为激光器 、 闸、 冷 光 反 射镜 、 聚焦 透镜 以及 粉 末 喷 嘴提供 循 环 冷却 水 ，
用 以带走 激 光 产 生 的 热 量 ， 而 避 免 硬 件 设 备烧 从
损 ； 维运 动 工作 台系统 主 要 由精 密二 维 Ｘ — ｙ 三 轴工作 台和精密 一维 Ｚ轴工 作 台及 其 驱动 步进 电
机组成 ， —ｙ轴 二维工作 台装载 工件做平 面扫描 Ｘ
系 数 即重叠部 分宽度 ｂ 占扫描线宽 度 ｂ的百分
积Ａ 上 ， 时烧 结 表 面 平整 光 滑 ， 描 间距 正 好 此 扫 合 适 。根据 图 ２可 以得 到 如下 方程 ： ｚ ＋ ［ ｖ一 （ —Ｒ） ＝ Ｒ ｈ ］
４ ２
２１ ０ ０年 ８月 中国制 造业信 息化
第３ ９卷
第 １ ５期
金属 零件 激 光直 接快 速成 型 制造 技 术研 究
王海 东 ， 尚 华 ， 黄 葵 ， 玉泉 ， 毕 杨炳 恒 ２ ６４ ） ６ ０ １ （ 海军航 空工程学 院 青 岛分 院 ， 山东 青岛
摘要 ： 以圆柱形金属零件激光直接快速成型为实例 ， 阐述 了激光直接快速成型技术工艺参数的确 定 方法 ， 并给 出数 控平 台移动位移 、 动速 度 、 驱 驱动 加 速度 与脉 冲、 冲 频率 、 冲频 率 变化 率之 脉 脉 间的对应 关 系。以 ＶＣ ０为二 次开发平 台 ， ６． 采用 Ｐ Ｉ２ ０运 动控制 卡 和步进 电机 驱动 器对 步进 Ｃ １４
１ 激光 直 接 制造 成 型 系统构 成
金属零 件激 光直 接 制造 成 型系 统 主要 由 ｃ ２ ｏ 激光发 生器系统 、 粉末递送装 置 、 同轴送粉器 、 三维
高直至工 件最后 成形结束 ； 运动控 制硬件 系统主要 由工控计算 机 、 动控制 卡 、 运 开关 电源 、 步进 电机驱 动器 等硬件设 备组成 ， 它是 实现 自动化成形过 程的 硬件基 础 ， 主要控 制对 象是 三维工作 台和粉末 递 其
・
现 代设 计与 先进 制造 技术 ・
王海东 尚
华
黄
一
葵 等
金 属零件 激光 直接快 速成 型 …… ４ ３
扫 描 间距示 意 图如 图 ２所示 。
，
条完 整封 闭线 ， 形 零件 的表 面 比较 光 滑 、 向 成 各
， ．
同性 ， 有较 好 的机械性 能 。另外 环形 扫描方Fra Baidu bibliotek式遵 具
比来衡 量 ：
： ×１ ０ ： ０％ ×１０ ０％ （） １
运动 ， Ｚ轴则 带动 同轴粉 末喷 嘴完成运 动距离等 于
一
个分层厚 度的 系列 间歇运动 ， 从而完 成工件 的长
收稿 日期 ：０ ０—０ —１ ２１ ５ ０
作者简介： 王海东（ ９４一）男 ， １７ ， 山东安丘人 ， 海军航空工程学 院青岛分院讲师 ， 硕士， 主要研究方向为激光快速成型。
送装置 的步进 电机 的旋 转运动 ； 软件控 制系统是 专 门为实现对 激光 直接 制 造 成型 系统 进 行整 体 控 制
运 动工作 台系统 、 冷却 水循环 系统 、 护氩气 、 保 运动
控 制硬件 系统 、 软件 控 制 系统 等 ８个 模 块组 成 ， 图
１ 是激光 直接制造成 型系统 的结构原 理 图。
２ 激 光 直 接 制 造 成 型 工 艺 参 数 的确
定
２． 扫 描 间距 的 确 定 １ 扫描 间距 是激 光 直接 成 型工 艺 的一 个 重要参 数 。扫描间距过 大 致使 两 条相 邻 烧结 线 没有 连 接 或者粘 接不牢 ， 与线之 间不 能连成平滑稳 定 的扫 线 描平面； 扫描 间距 过窄导 致成形效 率 降低 并会引起
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图 ２ 扫 描 间 距 示 意 图
面积 Ａ 代 表 扫 描 线 断 面 间 的 凹沟 ， 积 Ａ２ 面 代表 扫 描 线 断 面 重 叠 部 分 ， 由图 ２可 见 ， 面 积 当 Ａ１＝Ａ２ ， 时 重叠部 分 面积 Ａ２正好 填 补 到 凹沟 面
—
循 成形 时热传 递 变化规律 ， 削弱零 件在温 度 降低 过
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理 性能 … １。
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｜
电机 的旋 转运动进 行控制 ， 以完成被 加 工零件 需要 的平 面曲线扫描 运动和 分层 间歇 运动 。
关键词 ： 光直接 快速成 型 ； 激 运动控 制卡 ； 步进 电机驱 动器
中图分类号 ： Ｎ ４ Ｔ ２９
文 献标识码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ２ ６ ６ ２ １ ）５—０ ４ 一Ｏ １ ７ —１ １ （ ０ ０ １ ０２ ３
４Ｂ Ｇ ５Ａ— Ｓ Ｓ ＭＬ一０ ５ ２ Ｙ ２０ ＡＳ １１步 进 电 机 ， 用 利 ＶＣ ． 二 次开 发 工 具 ， 明激 光 直 接 制造 成 型 ６ ０为 说
的加 工过程 。
图 １ 激 光 直 接 制 造 成 型 系统
而开发 的 ， 激光直 接制造 成型系统 只有在 软件控制 系统 的控 制管理 下才 能 实 现完 整 、 序 、 调 的零 有 协
件成形 运动全 部过程 ＿ 。 １ Ｊ
本 文 以圆柱形零 件为例 ， 用 台湾 研华公 司的 采 Ｐ Ｉ２ ０４轴 步进 侗 服 电机 运 动 控 制 卡 、 京 和 Ｃ １４ 北
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由图 １可见 ， 激光直 接制造 成型 系统的所有 组
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损 ； 维运 动 工作 台系统 主 要 由精 密二 维 Ｘ — ｙ 三 轴工作 台和精密 一维 Ｚ轴工 作 台及 其 驱动 步进 电
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积Ａ 上 ， 时烧 结 表 面 平整 光 滑 ， 描 间距 正 好 此 扫 合 适 。根据 图 ２可 以得 到 如下 方程 ： ｚ ＋ ［ ｖ一 （ —Ｒ） ＝ Ｒ ｈ ］
４ ２
２１ ０ ０年 ８月 中国制 造业信 息化
第３ ９卷
第 １ ５期
金属 零件 激 光直 接快 速成 型 制造 技 术研 究
王海 东 ， 尚 华 ， 黄 葵 ， 玉泉 ， 毕 杨炳 恒 ２ ６４ ） ６ ０ １ （ 海军航 空工程学 院 青 岛分 院 ， 山东 青岛
摘要 ： 以圆柱形金属零件激光直接快速成型为实例 ， 阐述 了激光直接快速成型技术工艺参数的确 定 方法 ， 并给 出数 控平 台移动位移 、 动速 度 、 驱 驱动 加 速度 与脉 冲、 冲 频率 、 冲频 率 变化 率之 脉 脉 间的对应 关 系。以 ＶＣ ０为二 次开发平 台 ， ６． 采用 Ｐ Ｉ２ ０运 动控制 卡 和步进 电机 驱动 器对 步进 Ｃ １４
１ 激光 直 接 制造 成 型 系统构 成
金属零 件激 光直 接 制造 成 型系 统 主要 由 ｃ ２ ｏ 激光发 生器系统 、 粉末递送装 置 、 同轴送粉器 、 三维
高直至工 件最后 成形结束 ； 运动控 制硬件 系统主要 由工控计算 机 、 动控制 卡 、 运 开关 电源 、 步进 电机驱 动器 等硬件设 备组成 ， 它是 实现 自动化成形过 程的 硬件基 础 ， 主要控 制对 象是 三维工作 台和粉末 递 其
・
现 代设 计与 先进 制造 技术 ・
王海东 尚
华
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金 属零件 激光 直接快 速成 型 …… ４ ３
扫 描 间距示 意 图如 图 ２所示 。
，
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个分层厚 度的 系列 间歇运动 ， 从而完 成工件 的长
收稿 日期 ：０ ０—０ —１ ２１ ５ ０
作者简介： 王海东（ ９４一）男 ， １７ ， 山东安丘人 ， 海军航空工程学 院青岛分院讲师 ， 硕士， 主要研究方向为激光快速成型。
送装置 的步进 电机 的旋 转运动 ； 软件控 制系统是 专 门为实现对 激光 直接 制 造 成型 系统 进 行整 体 控 制
运 动工作 台系统 、 冷却 水循环 系统 、 护氩气 、 保 运动
控 制硬件 系统 、 软件 控 制 系统 等 ８个 模 块组 成 ， 图
１ 是激光 直接制造成 型系统 的结构原 理 图。
２ 激 光 直 接 制 造 成 型 工 艺 参 数 的确
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２． 扫 描 间距 的 确 定 １ 扫描 间距 是激 光 直接 成 型工 艺 的一 个 重要参 数 。扫描间距过 大 致使 两 条相 邻 烧结 线 没有 连 接 或者粘 接不牢 ， 与线之 间不 能连成平滑稳 定 的扫 线 描平面； 扫描 间距 过窄导 致成形效 率 降低 并会引起
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图 ２ 扫 描 间 距 示 意 图
面积 Ａ 代 表 扫 描 线 断 面 间 的 凹沟 ， 积 Ａ２ 面 代表 扫 描 线 断 面 重 叠 部 分 ， 由图 ２可 见 ， 面 积 当 Ａ１＝Ａ２ ， 时 重叠部 分 面积 Ａ２正好 填 补 到 凹沟 面
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循 成形 时热传 递 变化规律 ， 削弱零 件在温 度 降低 过
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中图分类号 ： Ｎ ４ Ｔ ２９
文 献标识码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ２ ６ ６ ２ １ ）５—０ ４ 一Ｏ １ ７ —１ １ （ ０ ０ １ ０２ ３