CN102029389B - 基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置及方法 - Google Patents

基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置及方法，包括：X-Y工作平台，该工作平台上设置有一对导轨，导轨上设有能够沿导轨往复运动的铺粉辊和铺粉槽；所述X-Y工作平台设有成型缸，所述成型缸内部设有能够沿竖直方向移动的成型工作台；成型工作台由开设密布小孔的网板和支撑架组成，成型工作台下表面设有负压腔；负压腔底端依次接有丝杠和伺服电机；吸附管通过开口连通负压腔；吸附管另一端依次连接过滤器和真空泵。本发明采用负压吸附式原理，将每层未被烧结的粉末通过吸附管道清除并循环回收；通过逐层吸附，未烧结固化的粉末被清除干净，已烧结固化的粉末不断堆积叠加形成零件，使得孔径小于1mm的多孔组织通过选择性激光烧结快速成型制造得以实现。

Description

基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置及方法
技术领域
本发明属于快速成型领域，特别涉及一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置及方法。
背景技术
快速成型技术是一种基于材料累加原理的快速成型技术。选择性激光烧结(SLS)，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的，将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。
应用SLS工艺制作多孔组织是近年来提出的新想法。由于SLS具有可加工多种粉末材料，成型任意复杂的零件外形，能够控制零件内部孔结构和孔隙率。
据文献记载，目前应用SLS制作多孔组织的最小孔径为1.5mm，低于这个值时就会发生严重的粉末堵塞，且很难在不破坏组织结构的情况下将这些多余粉末清理干净。然而，理想的多孔组织孔径应在150-800μm之间，目前的制作方法无法满足多孔组织的要求。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，其能有效解决选择性激光烧结快速成型制造多孔组织时粉末堵塞的问题。
为实现上述目的，本发明一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置采用如下技术方案：
一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，该装置包括：
一个X-Y工作平台，所述X-Y工作平台上沿水平方向平行设置有一对固定导轨，导轨上设有能够沿导轨往复运动的铺粉辊和铺粉槽，铺粉槽底部设有开口，铺粉槽连接有控制所述开口开合的电气装置；
所述X-Y工作平台设有成型缸，所述成型缸内部设有能够沿竖直方向移动的成型工作台，成型工作台包括网板和支撑架；所述网板设置于所述支撑架上表面处，所述支撑架的下表面固设有负压腔，负压腔底端依次接有丝杠和伺服电机；
负压腔底端设有一开口，吸附管一端通过此开口连通负压腔，另一端依次连接有过滤器和真空泵。
所述网板的孔的孔径是铺粉槽中粉末平均直径的1.5～2.5倍。
在连接过滤器和负压腔的吸附管中连接有流量计和控制阀。
为实现上述目的，本发明基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置的使用方法采用如下技术方案：
基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将多孔组织CAD模型的制造分层信息输入计算机中；
2)铺粉辊转动并沿导轨向右移动，铺粉槽开口打开进行铺粉，以此完成铺粉和压实粉堆的动作；当铺粉辊和铺粉槽运动到右极限处触碰行程限位开关时返回，同时铺粉槽的开口闭合停止铺粉，铺粉辊和铺粉槽向左运动到左极限处触碰行程限位开关时停止，等待激光扫描；
3)激光按照零件的截面轮廓信息开始扫描；
4)扫描结束后，伺服电机转动一定角度，带动丝杠转动，负压腔、支撑架和网板下降一个层厚的高度；
5)开启真空泵，将未烧结的粉末吸附到过滤器中，随后继续重复进行上述步骤2)～4)直到成型件加工完成。
成型件制造完成后，清理过滤器，将过滤器收集的粉末添加到铺粉槽中。
本发明的有益效果是：本发明是一种基于负压吸附式原理的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，通过真空泵抽取负压腔中空气，使网板上下两个面间产生一定气压差，将每层未被烧结的粉末通过吸附管道清除并过滤循环回收；通过逐层吸附，未固化的粉末被清除干净，已固化的粉末不断堆积叠加形成零件；如此，多孔组织的孔隙率和孔径大小得到了保证，且精度和成型效率高，有利于从三维建模到多孔组织成形的自动化控制和生产；如此烧结的多孔组织成型速度快；本发明装置使得孔径小于1mm的多孔组织通过选择性激光烧结快速成型制造得以实现。
附图说明
图1为一种多孔组织的结构示意图；
图2为本发明基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
请参阅图1及图2所示，本发明的装置包括：一个X-Y工作平台，在该工作平台上平行设置有一对固定导轨6，导轨6上设有沿导轨6来回运动的铺粉辊1和铺粉槽2，铺粉槽2底部设有狭长开口，通过电气装置来自动控制其开与关。
X-Y工作平台设有成型缸16，成型缸16内部设有能够沿竖直方向移动的成型工作台，成型工作台由密布小孔的网板3和支撑架5组成；成型工作台支撑架5的下表面固设有负压腔7，负压腔7底端依次接有丝杠14和伺服电机15；网板3的小孔尺寸是铺粉槽2中粉末平均直径的1.5～2.5倍，在无外力作用下堆积粉末不能自由漏出网板3，同时也不能太小，使得松散粉末无法漏过网板3。
伺服电机15通过传动装置带动丝杠14上下移动，丝杠14的移动带动负压腔7和网板3的升降，以此完成运动的转换和传递。
负压腔7底端设有一开口，吸附管11通过此开口连通负压腔7；所述吸附管11另一端依次连接有过滤器12和真空泵13，吸附管11和负压腔7连接处设有密封圈8。真空泵13旋转，负压腔7内部压强降低，未被烧结的粉末由于网板3上下的压强差，透过网板3进入负压腔7并通过吸附管11进入过滤器12中得到回收，已烧结粉末相互粘接在一起，不会被吸走。为了获得最佳吸附效果，在负压腔7和过滤器12之间的吸附管中装有流量计9和控制阀10，以此来控制负压腔中压强大小。
在制作工件前先要准备好多孔组织4的三维实体CAD模型，无论用何种软件(如Pro/e、UG、Solidworks等等)最终都要将其输出为STL格式，并将其导入RPdata、magics9.55中进行分层，随后将其输入计算机中，就进入正式的制件过程。
其加工具体过程如下：
1)铺粉辊1转动并沿导轨向右移动，铺粉槽2开口打开进行铺粉，以此完成铺粉和压实粉堆的动作；当铺粉辊1和铺粉槽2运动到右极限处触碰行程限位开关时返回，同时铺粉槽2的开口闭合停止铺粉，铺粉辊1和铺粉槽2向左运动到左极限处触碰行程限位开关时停止，等待激光扫描；
2)激光按照零件的截面轮廓信息开始扫描；
3)扫描结束后，伺服电机15转动一定角度，带动丝杠14转动，负压腔7、支撑架5和网板3下降一个层厚的高度；
4)开启真空泵13，将未烧结的粉末吸附到过滤器12中，随后继续重复进行上述步骤1)～3)直到成型件加工完成。
6)成型件制造完成后，清理过滤器12，将过滤器收集的粉末添加到铺粉槽(2)中。

Claims (5)

1.一种基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，其特征在于，该装置包括：
一个X-Y工作平台，所述X-Y工作平台上沿水平方向平行设置有一对固定导轨(6)，导轨(6)上设有能够沿导轨(6)往复运动的铺粉辊(1)和铺粉槽(2)，铺粉槽(2)底部设有开口，铺粉槽(2)连接有控制所述开口开合的电气装置；
所述X-Y工作平台设有成型缸(16)，所述成型缸(16)内部设有能够沿竖直方向移动的成型工作台，成型工作台包括网板(3)和支撑架(5)；所述网板(3)设置于所述支撑架(5)上表面处，所述支撑架(5)的下表面固设有负压腔(7)，负压腔(7)底端依次接有丝杠(14)和伺服电机(15)；
负压腔(7)底端设有一开口，吸附管(11)一端通过此开口连通负压腔(7)，另一端依次连接有过滤器(12)和真空泵(13)。
2.如权利要求1所述基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，其特征在于：所述网板(3)的孔的孔径是铺粉槽(2)中粉末平均直径的1.5～2.5倍。
3.如权利要求1所述基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置，其特征在于：在连接过滤器(12)和负压腔(7)的吸附管(11)中连接有流量计(9)和控制阀(10)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将多孔组织CAD模型的快速成型制造分层信息输入计算机中；
2)铺粉辊(1)转动并沿导轨向右移动，铺粉槽(2)开口打开进行铺粉，以此完成铺粉和压实粉堆的动作；当铺粉辊(1)和铺粉槽(2)运动到右极限处触碰行程限位开关时返回，同时铺粉槽(2)的开口闭合停止铺粉，铺粉辊(1)和铺粉槽(2)向左运动到左极限处触碰行程限位开关时停止，等待激光扫描；
3)激光按照零件的截面轮廓信息开始扫描；
4)扫描结束后，伺服电机(15)转动一定角度，带动丝杠(14)转动，负压腔(7)、支撑架(5)和网板(3)下降一个层厚的高度；
5)开启真空泵(13)，将未烧结的粉末吸附到过滤器(12)中，随后继续重复进行上述步骤2)～4)直到成型件加工完成。
5.如权利要求4所述的基于负压的激光烧结快速成型制造多孔组织的装置的使用方法，其特征在于：多孔组织制造完成后，清理过滤器(12)，将过滤器(12)收集的粉末添加到铺粉槽(2)中。
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