激光熔覆爐系統，即金屬零件送粉熔覆式激光快速成型及修復設備，這種類型的技術和裝備在國內外激光3D打印領域是相對成熟的產品，如原材料制造工藝性好、3D打印工藝可操作性強、國內外工藝積累多，滿足對中大型高強度金屬零件成型的要求。
3D打印、激光熔覆、快速成型、修復設備
本設備為金屬材料的激光熔覆成型及修復的成套系統，設備主體結構采用五軸數控系統，其中三坐標軸實現熔覆頭的直線運動，雙軸轉臺實現工件的旋轉運動；配套光纖激光器作為光源，配套激光熔覆頭進行激光整形和加工，自動送粉器進行金屬粉末的供給，配套有惰性氣體保護系統、激光成型軟件控制系統及監控系統。
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該激光熔覆爐系統，即金屬零件送粉熔覆式激光快速成型及修復設備具體功能、功能部件選型以及結構設計的關鍵點說明如下。
1）激光系統選用一分二光閘，可連接粗細兩種光纖，可實現不同尺寸焦點光斑（0.4mm、2.0mm），適合不同精度和效率激光熔覆工藝的研究。
2）惰性氣體保護采用機床整體密閉的方式，相比局部箱體保護水氧含量更容易控制，更加穩定和耐用；同時設計倆個真空過渡艙，上下小型零件時，主箱體不用暴露在空氣中，避免每次拿取零件都需氣體清洗。
2）控制軟件采用業內有名的比利時Materialise公司金屬3D打印支撐、分層、路徑規劃的軟件，保證3D打印工藝設計的技術先進性；另外配套路徑規劃和數控系統的自動連接，實現工藝參數可視化設置，3D打印工藝編程便捷、操作方便。
3）監控系統可在激光熔覆成型過程中監控質量，利于工藝研發數據的快速獲取和工藝優化；也利于批量制作過程中異常現象的監控。
4）系統核心標準部件均采用相關領域知名進口部件，包括激光器、冷水機、激光頭、送粉器、送粉頭、數控系統、氣體凈化柱、真空泵、監控傳感器、PLC、導軌等；保證系統長時間工作的穩定運行。
第一步，激光熔覆成型（3D打印）或修復程序準備
將需要打印的零件模型輸入3D打印軟件，通過切片和路徑規劃，獲得打印路徑的坐標文件，然后通過機床連接軟件將這些路徑坐標變成機床識別的代碼成型，根據事先工藝設計，代碼程序編寫對激光、粉末、掃描速度等控制代碼，然后將代碼傳輸給數控系統。
第二步，激光熔覆成型（3D打印）或修復氣氛準備及基板安裝
首先，手套箱的主箱體暴露大氣時，啟動大型手套箱的氣體凈化系統，啟動氣體清洗功能，通過大量純氬氣置換箱體內的空氣，含氧量小于200ppm時，啟動氣體凈化系統，通過循環過濾系統，吸收氧氣和水分，當水氧行列小于20ppm時，氣氛即準備妥當；這個過程大約需耗費10個小時。正常工作情況下，不需要大量氣體置換。
工件或基板進出氣氛艙時，本系統設置兩種操作方式：大工件進出開艙門，小工件進出用過渡艙。當進行基礎工藝試驗或小件加工時，工件、材料或工具的進出通過人手工搬運和過渡艙的操作來實現；當進行大工件的加工時，通過開艙門，用叉車或其他起吊設備進行操作。
第三步，部件系統準備
系統全部功能部件上電，包括激光器、冷水機、送粉器、數控機床、監控系統、手套箱等。檢查各部件都處于待命狀態，例如冷水溫度滿足激光器的要求、送粉器粉盤槽充滿粉末，手套箱內氣體純度波動值在要求范圍之內等。
第四步，啟動程序進行成型或修復
數控系統啟動激光熔覆成型程序。程序執行過程中，自動開啟和關閉激光、粉末，按程序要求自動進行激光熔覆成型監控，加工中出現異常，監控系統報警或自動停機，提供報警信息，然后人工干預回復；可在斷點處繼續加工。
第五步，取出熔覆后零件
激光熔覆成型零件完成后，打開艙門，松開基板，用叉車將工件取出，直接放入熱處理爐中，進行熱處理。
該系統配置懸臂式五軸四聯動數控作為激光加工路徑的執行機構，能夠實現激光加工過程中復雜軌跡的往復掃描。機床系統具有良好的系統剛性及高精度、高壽命、高可靠性和低消耗性能，并且結構緊湊、合理，占地面積小。機床本體由NC系統、床身、移動橫梁和縱梁、激光熔覆頭旋轉擺動裝置、雙軸轉臺等組成。其中X軸、Y軸及Z軸為三坐標直線運動軸，Z軸下端安裝擺動裝置及激光熔覆頭，實現激光熔覆頭的直線運動，并可手動調整激光熔覆頭的角度；AC雙軸轉臺安裝于機床底板上方、三軸懸臂機構的正下方，用于驅動工件旋轉。
參考文獻：
1.黃衛東.材料3D打印技術的研究進展[J].新型工業化,2016,(3).53-70.
2.成大先.機械設計手冊[M].北京.化學工業出版社.2008.
3.孟光源.現代機構手冊[M].北京;機械工業出版社.1994.
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