Станок для лазерной наплавки

Полезная модель относится к области лазерной обработки, в частности к устройствам для лазерной наплавки изделий из порошковых материалов и может найти применение в различных отраслях машиностроения для получения объемных изделий различной конфигурации.
Известно устройство для лазерной наплавки, содержащий основание, лазерную головку с устройством подачи порошка и стол для закрепления в рабочей зоне обрабатываемой детали (RU 2104135 C1, B23K 26/00, 10.02.1998).
Однако, известное устройство не позволяет выращивать изделия наплавкой сложной конфигурации с высокой точностью.
Задачей полезной модели является повышение качества изделий сложной формы.
Для этого станок для лазерной наплавки, содержащий основание, лазерную головку с устройством подачи порошка и стол для закрепления в рабочей зоне обрабатываемой детали, снабжен стойкой с направляющими и кареткой, его основание выполнено из гранита и снабжено направляющими, при этом стойка установлена на основании с возможностью перемещения по ее направляющим, каретка установлена на направляющих стойки с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном направлению перемещения стойки, лазерная головка установлена на каретке с возможностью вертикального перемещения, а стол для закрепления в рабочей зоне обрабатываемой детали установлен на опоре с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, параллельной главной оптической оси лазерной головки, и с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, перпендикулярной направлению перемещения стойки, на угол от +135° до -135°.
На фиг. 1 представлена кинематическая схема станка для (лазерной наплавки; на фиг. 2 - лазерный комплекс, в состав которого входит лазерный станок для наплавки.
Станок для лазерной наплавки содержит гранитное основание 6, установленную на нем стойку 3, с возможностью ее перемещения по направляющим 2 горизонтальной оси. На направляющих стойки 3 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению перемещения стойки, установлена каретка 4. Лазерная головка 1 установлена на каретке 4 с возможностью вертикального перемещения. Поворотный стол 7 для закрепления в рабочей зоне обрабатываемой детали установлен на опоре 8 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, параллельной главной оптической оси лазерной головки 1. Лазерная головка имеет внешнюю замкнутую систему охлаждения и устройство подачи порошка коаксиально лазерному лучу. Поворотный стол 7 для закрепления обрабатываемой детали установлен на оси опоры 8 с возможностью поворота относительно горизонтальной оси ОХ на угол от +135° до -135°.
Станок для наплавки входит в состав лазерного комплекса, который кроме упомянутого станка содержит лазерный излучатель 5, охлаждаемый внешней замкнутой системой охлаждения, порошковый питатель 9, газовая панель и система управления станком (на фигурах не обозначены).
Выращивание детали наплавкой на станке осуществляется следующим образом.
Порошковый материал подается в зону обработки из питателя 9, подхватывается защитным газом и подается в технологическую лазерную голову 1 по системе каналов. Лазерное излучение в лазерную головку подается из излучателя 5 по транспортному оптическому волокну, из головки излучение подается на подложку, размещенную на рабочем столе, создает расплавленный металл на ее поверхности. С помощью системы управления синхронизируется во времени взаимное перемещение лазерного луча и заготовки, что позволяет выращивать объекты высокой точности.
Перемещение лазерного луча по поверхности подложки одновременно с подачей порошка образует на ней одиночный валик из переплавленного присадочного металлического порошка. Наслоение валиков по горизонтали с перекрытием позволяет создать слой материала. Последовательное наложение нескольких слоев материала по заданной траектории обеспечивается за счет заданных перемещений каретки, опоры и поворотов стола и позволяет вырастить объект с высокой точностью соответствия геометрических размеров. Создание траектории рационального обхода технологической головы по контуру требует специальных программных средств, для этого может быть использована система компьютерного моделирования процесса - САМ система, которая позволяет максимально автоматизировать процедуру подготовки файлов к процессу выращивания.
Поворотный стол 7, установленный на оси опоры 8 предназначен для изменения направления выращивания при создании сложных геометрических объектов, у которых плоскости выращивания не параллельны основанию, а расположены под различными углами к начальной плоскости.
Программное обеспечение позволяет создать программу обработки детали напрямую из трехмерной компьютерной модели. Большинство параметров процесса задается в программе согласно технологической карте. Программа позволяет задавать различные режимы для разных участков выращиваемой детали: траектория оконтуривания и заливки внутреннего объема обрабатывается с различными режимами. Параметры процесса: мощность, расход порошка, скорость перемещения - тоже могут изменяться от слоя к слою.
Пяти осевая непрерывная обработка по контуру достигается за счет системы управления, которая позволяет синхронизировать во времени работу лазерного излучателя, порошкового питателя и газовой панели.
Кинематическая система устроена таким образом, чтобы подавать порошок максимально точно в зону лазерного воздействия. Точность соответствия конечного изделия модели достигается благодаря следующим свойствам станка:
1. Благодаря тому, что стол 7 для закрепления в рабочей зоне обрабатываемой детали установлен на опоре 8 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, параллельной главной оптической оси лазерной головки 1, и с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, перпендикулярной направлению перемещения стойки 3 на угол от +135° до -135°, возможно выращивание объектов сложной формы с высокой точностью без использования дополнительных поддержек.
2. Все кинематические оси станка зафиксированы на едином гранитном основании. Их взаимное смещение исключено благодаря схеме крепления и свойствам используемого материала.
3. Станок выполнен с возможностью непрерывной обработки по 5 осям системы перемещения.
4. Подачи порошка коаксиально лазерному лучу обеспечивает высокую точность и эффективность использования порошкового материала для наплавки.