在激光熔絲沉積增材制造系統(tǒng)中，激光準(zhǔn)直工具可以在減少操作失誤、提高系統(tǒng)可靠性和一致性方面，發(fā)揮重要作用。

圖1：Meltio的激光沉積頭集成到機(jī)器人系統(tǒng)中，用于打印形狀復(fù)雜的零件。

激光熔絲沉積增材制造系統(tǒng)的最新同軸結(jié)構(gòu)，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(yōu)異材料屬性的大型復(fù)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(tǒng)，通常包括一個(gè)中心送絲噴嘴，噴嘴垂直于工件放置，激光束以設(shè)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(dú)立激光源的獨(dú)立光束。

在該類增材制造系統(tǒng)中，必須控制激光束和材料在焦點(diǎn)處的對(duì)準(zhǔn)。如果材料和激光焦點(diǎn)沒有精準(zhǔn)定位，那么材料將得不到充分加熱，進(jìn)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(gè)對(duì)準(zhǔn)過程通常是通過人眼完成的，需要操作者有豐富的經(jīng)驗(yàn)和耐心。隨著激光熔絲沉積增材制造技術(shù)的推廣，用戶正在從“以研究為導(dǎo)向的技術(shù)中心和大學(xué)”轉(zhuǎn)移到“以生產(chǎn)為導(dǎo)向的制造車間和制造業(yè)的操作人員”。因此，該增材制造系統(tǒng)的易用性和設(shè)置時(shí)間也相應(yīng)發(fā)生了變化，人工對(duì)準(zhǔn)變得不再可行。

圖2：Meltio的對(duì)準(zhǔn)套件由一臺(tái)相機(jī)、一個(gè)帶有簡(jiǎn)單用戶界面的平板電腦和手工工具組成。

之所以需要校準(zhǔn)，是因?yàn)楹附z是儲(chǔ)存在線軸上的；每種材料從包裝中拆開時(shí)，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(jī)可以將這種彎曲降到最低，但仍然需要有經(jīng)驗(yàn)的人去設(shè)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(tǒng)期望打印更多種類的材料，則校準(zhǔn)程序必不可少。

由于熔絲金屬3D打印機(jī)與金屬粉末打印相比優(yōu)勢(shì)明顯，比如更換材料時(shí)間短、不需要清理，因此基于矯直機(jī)的系統(tǒng)已不能滿用戶要求�；�于此，Meltio公司開發(fā)出了一種校準(zhǔn)工具，能夠精確地定位激光光斑和材料的位置，同時(shí)指導(dǎo)操作者將每個(gè)激光束調(diào)整到理想位置。這種獨(dú)立校準(zhǔn)工具的好處是：傳統(tǒng)的Meltio系統(tǒng)可以通過簡(jiǎn)單的軟件更新與其進(jìn)行連接和運(yùn)行。

系統(tǒng)架構(gòu) 

Meltio系統(tǒng)的打印頭由6個(gè)可調(diào)節(jié)的光學(xué)組件組成，激光從6個(gè)獨(dú)立的激光源和一個(gè)固定的金屬絲噴嘴耦合到沉積頭中。打印頭有一個(gè)雙線材料進(jìn)料系統(tǒng)，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(jù)材料受力情況和材料導(dǎo)電性，來測(cè)量和調(diào)節(jié)打印過程。

圖3：機(jī)器人集成系統(tǒng)中激光對(duì)準(zhǔn)過程中的沉積頭；對(duì)準(zhǔn)相機(jī)位于系統(tǒng)工作距離處。

激光器的調(diào)整是通過一個(gè)精密的螺釘系統(tǒng)進(jìn)行的。這類似于光學(xué)支架的調(diào)整，每個(gè)光學(xué)組件可以精確地旋轉(zhuǎn)，在達(dá)到最終對(duì)準(zhǔn)后即可鎖定位置。每臺(tái)激光器都配備了一個(gè)可見光瞄準(zhǔn)激光器，其功率只有幾毫瓦，可用于引導(dǎo)激光對(duì)準(zhǔn)。

對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)需要采集各個(gè)激光光斑的位置，以及焊絲的位置。Meltio設(shè)計(jì)了一個(gè)基于相機(jī)以及光學(xué)和圖像過濾器的解決方案。它配備了用于3D打印機(jī)或機(jī)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(jiān)控整個(gè)對(duì)準(zhǔn)過程，并且可以控制打印機(jī)的相關(guān)功能，使得瞄準(zhǔn)激光和材料進(jìn)給器在該過程中盡可能不出故障。

對(duì)準(zhǔn)過程首先要設(shè)置機(jī)器中的相機(jī)。之后，噴嘴自動(dòng)推出線材，直到接觸到相機(jī)的傳感器表面。然后相機(jī)定位線材的位置。接下來，啟動(dòng)瞄準(zhǔn)激光器，并在平板電腦屏幕上繪制網(wǎng)格，以此來標(biāo)定每個(gè)激光束的理想位置。一旦調(diào)整完成，可以保存一張圖片，記錄正確的激光對(duì)準(zhǔn)。

該系統(tǒng)可以讓沒有激光系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的用戶在10分鐘內(nèi)精確調(diào)整，大大減少了對(duì)技術(shù)支持的需求。 

盡管激光對(duì)準(zhǔn)工具只是整個(gè)激光熔絲沉積增材制造系統(tǒng)的一小部分，但它在減少操作失誤、提高系統(tǒng)可靠性和一致性方面，卻發(fā)揮著重要作用。

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