CN103658646A - 一种激光选区熔化slm设备双向铺粉装置及铺粉方法 - Google Patents

Abstract

一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置及铺粉方法，铺粉装置包括铺粉主体装置、两条平行设置的辅助直线电机导轨以及直线电机移动滑块，所述直线电机移动滑块设置在辅助直线电机导轨上，所述铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述铺粉主体装置包括载粉装置以及设置在载粉装置内的两个供粉齿轮，两个供粉齿轮的圆心位置设有伺服电机传动轴；两个供粉齿轮等高设置且齿顶圆径向相切，所述载粉主体的两侧设有柔性刮粉刷。本发明的铺粉装置减少了铺粉过程中的冗余步骤，在铺粉来回方向都进行铺粉，两侧的柔性刮粉刷保证粉末铺展的均匀性以及平整性，且对工艺失稳有良好的修复作用。

Description

一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置及铺粉方法

技术领域

本发明涉及激光选区熔化SLM设备的技术领域，特别涉及一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置及铺粉方法。

背景技术

激光选区熔化SLM集成了激光、精密传动、新材料、CAD/CAM等技术，通过30-80微米的精细激光聚焦光斑，逐线搭接扫描新铺粉层上选定区域，形成面轮廓后，层与层堆积成型制造,从而直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件，致密度可达到近乎100%。SLM将复杂三维几何体简化为二维平面制造，制造成本不取决于零件的复杂性，而是取决于零件的体积和成型方向。

SLM作为直接制造金属功能零件的重要方式，其优势主要表现在：

（1）采用分层制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂金属零件可直接制造，对于个性化小批量复杂产品制造方便；

（2）使用高功率密度的光纤激光器，光束模式好，激光光斑小，成型精度较高；

（3）直接制成终端金属产品，由于激光能量密度较高，对熔点高难加工金属材料可直接加工成为终端金属产品；

（4）金属零件是具有冶金结合的实体，其相对密度几乎达到100%，性能超过传统铸造件。

但是现有的激光选区熔化SLM设备大多为双缸，铺粉刷需要横跨两个缸，且只是单行程工作，然后返回初始位置，这种方式消耗时间较长，同时在铺粉过程，供粉末量少，铺粉前后不均匀，供粉量多，预置成型材料需求量增加，且刮粉刷采用硅胶，极易损耗，对后续铺粉产生影响，因此本专利采用定量送粉，双向铺粉的柔性刮粉系统，节省粉末供应，缩短一半铺粉时间，且铺粉过程对工艺失稳有良好的修复作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置。

本发明的另一目的在于，提供一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置的铺粉方法。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，包括铺粉主体装置、两条平行设置的辅助直线电机导轨以及直线电机移动滑块，所述直线电机移动滑块设置在辅助直线电机导轨上，所述铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述铺粉主体装置包括载粉装置以及设置在载粉装置内的两个供粉齿轮，两个供粉齿轮的圆心位置设有伺服电机传动轴；两个供粉齿轮等高设置且齿顶圆径向相切，所述载粉主体的两侧设有柔性刮粉刷。

优选的，所述直线电机移动滑块上设有横梁，通过横梁将铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述横梁上还设有用于驱动供粉齿轮转动的伺服电机。

优选的，所述横梁通过螺钉固定连接在直线电机移动滑块上。

优选的，所述辅助直线电机导轨之间设有成型缸。

优选的，所述载粉装置底部为漏斗形结构，漏斗形结构的底端设有出粉口。

优选的，所述柔性刮粉刷设置在出粉口两侧，柔性刮粉刷底部与成型缸基准平面对齐。

优选的，柔性刮粉刷包括2-6层堆叠在一起的钢片，钢片厚度0.02-1.5mm，钢片下部采用划刻方法制备为锯齿形，堆叠的钢片每层锯齿交叉排列。

优选的，所述成型缸的两侧分别设有溢粉回收挂耳。

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置的铺粉方法，包括下述步骤：

S1、启动铺粉装置，由上料装置对铺粉装置供粉，粉末储存在铺粉装置载粉区，载粉区有检测粉末量的传感器，传感器与中央工控机相连接，当铺粉装置载粉区粉末量低于设定阈值时，中央工控机对上料装置发出信号，对铺粉装置载粉区上粉；

S2、在铺粉装置载粉区粉末量足够满足两层铺粉时，铺粉装置在辅助导轨直线电机带动下，以设定的速度移动，同时伺服驱动电机带动两个供粉齿轮转动，两个齿轮在径向方向相切，当两个齿轮齿顶相对时，载粉区粉末无法通过两个供粉齿轮，只有当两个供粉齿轮转动时，齿顶错开时，粉末从载粉区流出，移动方向后侧的柔性刮粉刷将粉末均匀铺展，直到完全覆盖整个成型区域。

S3、多余的粉末通过两侧溢粉回收挂耳回收，此时一层粉末铺粉完成，激光器打开，激光光束通过光路系统在成型区域面按照中央工控机制定图形扫描；

S4、扫描完成后，铺粉装置开始返向移动；返向移动时，供粉齿轮在伺服电机带动下运动，此时定量的粉末经过出粉口流出，前进方向后方柔性刮粉刷对其进行铺展；直到完全覆盖整个成型区域，铺粉装置完成返程第二层铺粉，激光光束对成型区域进行扫描。

优选的，所述载粉区底部为漏斗形结构。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的铺粉装置减少了铺粉过程中的冗余步骤，在铺粉来回方向都进行铺粉，两侧的柔性刮粉刷保证粉末铺展的均匀性以及平整性，并且成型工艺发生波动成型零件出现局部区域小翘曲时，柔性刮粉刷可顺利通过该区域，且该区域根据翘曲情况少铺粉或者不铺粉，对失稳有良好的修复作用。

2、本发明的铺粉装置的载粉区底部为漏斗形的结构，可以更加均匀的进行铺粉，从而增加铺粉的效率及合格率。

3、本发明的铺粉装置的载粉区内设有两个供粉齿轮，两个齿轮齿顶圆在径向方向相切，当两个齿轮齿顶相对时，载粉区粉末无法通过两个供粉齿轮，只有当两个供粉齿轮转动时，齿顶错开时，粉末从载粉区流出，从而在送粉量上可以通过控制供粉齿轮的转动速率控制供粉量。

4、本发明的出粉口两侧均有柔性刮粉刷，将粉末均匀铺展，该装置定量供粉，减少粉末浪费，且具有双向铺粉功能，缩短SLM成型辅助工艺时间，提高SLM成型效率，同时柔性刮粉刷不仅保证粉末铺展的平整性，同时对失稳工艺有自动修复作用。

附图说明

图1是本发明铺粉装置的整体结构示意图；

图2是本发明铺粉装置的内部结构示意图；

图3是本实施例钢片的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2所示，本实施例激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，包括铺粉主体装置、两条平行设置的辅助直线电机导轨5以及直线电机移动滑块6，所述直线电机移动滑块设置在辅助直线电机导轨上，所述铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述铺粉主体装置包括载粉装置3以及设置在载粉装置内的两个供粉齿轮，即第一供粉齿轮10和第二供粉齿轮11，第一供粉齿轮10和第二供粉齿轮11等高设置，两个供粉齿轮的圆心位置设有伺服电机传动轴12；在伺服电机运行时，带动伺服电机转动轴转动，从而驱动供粉齿轮转动，两个供粉齿轮在齿顶圆径向方向相切，当两个齿轮齿顶相对时，载粉装置内粉末无法通过两个供粉齿轮，只有当两个供粉齿轮转动时，齿顶错开时，粉末从载粉装置流出。

本实施例中，两条辅助直线电机导轨之间设有成型缸2；直线电机移动滑块6上架设铺粉主体装置，铺粉主体装置与直线电机移动滑块6通过螺钉7固定。铺粉主体装置两端分别设有伺服电机，伺服电机包括第一伺服电机8和第二伺服电机9，伺服电机设置在横梁1上，具体地，第一伺服电机安装在左侧横梁上，第二伺服电机安装在右侧横梁上（以第一次铺粉时，铺粉装置的运行方向为参考方向）。所述第一伺服电机8和第二伺服电机9通过联轴器分别与第一供粉齿轮10和第二供粉齿轮11对应的伺服电机传动动轴12连接。

为了使粉末可以均匀的铺展，所述载粉区底部为漏斗形结构，漏斗形结构的底端设有出粉口16；漏斗状的结构可以保证粉末均匀平整的铺展。

如图2所示，所述出粉口两侧设有柔性刮粉刷15，柔性刮粉刷15连接有柔性刮粉刷臂13，柔性刮粉刷底部与成型缸基准平面对齐。

如图3所示，柔性刮粉刷包括2-6层堆叠在一起的钢片，钢片厚度为0.02-1.5mm，钢片下部采用划刻方法制备为锯齿形，堆叠的钢片每层锯齿交叉排列。

如图2所示，所述成型缸的两侧分别设有溢粉回收挂耳4；用于回收溢出的多余粉末。

本实施例的铺粉装置由辅助导轨直线电机带动，但与辅助导轨直线电机移动滑块是可分离，即设置有T型刚性夹板14，分离后将该铺粉装置移除SLM成型室，可方便柔性刮粉刷的更换。在更换柔性刮粉刷时将T型刚性夹板与刚性横梁连接螺丝取下，将T型刚性夹板从刚性横梁中抽出，将T型刚性夹板分开，将下部划刻锯齿薄层钢片交叉堆叠置于两片刚性夹板之间，调整薄层钢片露出的薄层钢片的高度，高度为刚性夹板到成型基准平面的高度。将刚性夹板上紧，插入刚性横梁中，将整铺粉装置重新安置到辅助导轨直线电机移动滑块上。

本实施例激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置的铺粉方法，包括下述步骤：

S1、启动铺粉装置，由上料装置对铺粉装置供粉，粉末储存在铺粉装置载粉区，载粉区有检测粉末量的传感器，传感器与中央工控机相连接，当铺粉装置载粉区粉末量低于设定阈值时，中央工控机对上料装置发出信号，对铺粉装置载粉区上粉；

S2、在铺粉装置载粉区粉末量足够满足两层铺粉时，铺粉装置在辅助导轨直线电机带动下，以设定的速度移动，同时伺服驱动电机带动两个供粉齿轮转动，两个齿轮在径向方向相切，当两个齿轮齿顶相对时，载粉区粉末无法通过两个供粉齿轮，只有当两个供粉齿轮转动时，齿顶错开时，粉末从载粉区流出，移动方向后侧的柔性刮粉刷将粉末均匀铺展，直到完全覆盖整个成型区域。

S3、多余的粉末通过两侧溢粉回收挂耳回收，此时一层粉末铺粉完成，激光器打开，激光光束通过光路系统在成型区域面按照中央工控机制定图形扫描；

S4、扫描完成后，铺粉装置开始返向移动；返向移动时，供粉齿轮在伺服电机带动下运动，此时定量的粉末经过出粉口流出，前进方向后方柔性刮粉刷对其进行铺展；直到完全覆盖整个成型区域，铺粉装置完成返程第二层铺粉，激光光束对成型区域进行扫描。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，包括铺粉主体装置、两条平行设置的辅助直线电机导轨以及直线电机移动滑块，所述直线电机移动滑块设置在辅助直线电机导轨上，所述铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述铺粉主体装置包括载粉装置以及设置在载粉装置内的两个供粉齿轮，两个供粉齿轮的圆心位置设有伺服电机传动轴；两个供粉齿轮等高设置且齿顶圆径向相切，所述载粉主体的两侧设有柔性刮粉刷。

2.根据权利要求1所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述直线电机移动滑块上设有横梁，通过横梁将铺粉主体装置架设在直线电机移动滑块上；所述横梁上还设有用于驱动供粉齿轮转动的伺服电机。

3.根据权利要求2所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述横梁通过螺钉固定连接在直线电机移动滑块上。

4.根据权利要求1所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述辅助直线电机导轨之间设有成型缸。

5.根据权利要求4所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述载粉装置底部为漏斗形结构，漏斗形结构的底端设有出粉口。

6.根据权利要求5所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述柔性刮粉刷设置在出粉口的两侧，柔性刮粉刷底部与成型缸基准平面对齐。

7.根据权利要求6所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，柔性刮粉刷包括2-6层堆叠在一起的钢片，钢片厚度0.02-1.5mm，钢片下部采用划刻方法制备为锯齿形，堆叠的钢片每层锯齿交叉排列。

8.根据权利要求4所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置，其特征在于，所述成型缸的两侧分别设有溢粉回收挂耳。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置的铺粉方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、启动铺粉装置，由上料装置对铺粉装置供粉，粉末储存在铺粉装置载粉区，载粉区有检测粉末量的传感器，传感器与中央工控机相连接，当铺粉装置载粉区粉末量低于设定阈值时，中央工控机对上料装置发出信号，对铺粉装置载粉区上粉；

S2、在铺粉装置载粉区粉末量足够满足两层铺粉时，铺粉装置在辅助导轨直线电机带动下，以设定的速度移动，同时伺服驱动电机带动两个供粉齿轮转动，两个齿轮在径向方向相切，当两个齿轮齿顶相对时，载粉区粉末无法通过两个供粉齿轮，只有当两个供粉齿轮转动时，齿顶错开时，粉末从载粉区流出，移动方向后侧的柔性刮粉刷将粉末均匀铺展，直到完全覆盖整个成型区域。

S3、多余的粉末通过两侧溢粉回收挂耳回收，此时一层粉末铺粉完成，激光器打开，激光光束通过光路系统在成型区域面按照中央工控机制定图形扫描；

S4、扫描完成后，铺粉装置开始返向移动；返向移动时，供粉齿轮在伺服电机带动下运动，此时定量的粉末经过出粉口流出，前进方向后方柔性刮粉刷对其进行铺展；直到完全覆盖整个成型区域，铺粉装置完成返程第二层铺粉，激光光束对成型区域进行扫描。

10.根据权利要求9所述的激光选区熔化SLM设备双向铺粉装置的铺粉方法，其特征在于，所述载粉区底部为漏斗形结构。

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