CN104439242A - 一种快速成形自动铺粉机构及自动铺粉烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速成形自动铺粉机构，包括成形腔体，所述成形腔体内设置有成形工作台及安装在成形工作台上的动力装置，动力装置上连接有由其驱动移动的刮刀，所述动力装置上连接有管道，所述管道穿过有成形腔体后连接有动力泵，所述动力装置为气缸或液压缸。本发明受温度、粉尘影响较小，采用流体作为动力传输介质，而且本铺粉机构工作时只有动力装置处于环境较差的成形腔体内，所以成形腔体内的高温环境和粉末的挥发与飞溅对铺粉机构的影响较小；本发明可靠性高：因为采用流体传动后，铺粉机构的结构简单，而且还具有了耐高温、防粉尘和过载保护的能力，所以铺粉机构的可靠性得到了很大的提高。

Description

一种快速成形自动铺粉机构及自动铺粉烧结方法

技术领域

本发明属于快速成形设备领域，具体涉及一种快速成形自动铺粉机构及自动铺粉烧结方法。

背景技术

基于各种材质的粉末进行零件成形是快速成形领域目前研究的重要方向。通过对不同材质(高分子、金属或陶瓷等)的粉末进行分层烧结或融化，就可以成形结构复杂的零件。

对粉末材料进行快速成形设备的工艺主要包括：选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、选择性激光融化(Selective Laser Melting，SLM)、直接金属粉末激光烧结(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、电子束熔化(Electron Beam Melting，EBM)等。其中，SLS是采用激光有选择地分层烧结添加有粘结剂的固体粉末，并使烧结成形的固化层层层叠加，从而得到所需要的零件。SLM是采用激光对需要的区域进行扫描融化，逐层堆积得到复杂的零件。DMLS是采用激光对二元金属进行烧结，将低熔点的金属熔化实现最后的成形。EBM是采用高能电子束将金属粉末熔化实现成形。

基于粉末的快速成形设备可以成形精度较高的、结构相对复杂的零件。铺粉机构作为快速成形设备的重要部分，其铺粉装置的稳定性和可靠性影响着成形零件的精度和质量。通过提高铺粉装置的各项性能，保证粉层的水平度和均匀度，可以有效保证成形零件的最终质量。

目前对于一般的粉床快速成形设备，铺粉装置都是由导轨和皮带或者滚珠丝杆带动。以电机作为动力，通过皮带导轨或滚珠丝杆进行传动的铺粉装置虽然有控制方便，精度较高的优点，但是在实际的使用过程中，存在如下的一些问题。

1)电机、丝杠等不耐高温

在快速成形设备中，有些粉末的成形需要提前预热，并且在超过100°的高温下成形。在这种情况下，铺粉传动装置等就需要放置在成形腔体外，造成设备结构复杂、成本增加。

2)可靠性不高

现有铺粉设备结构较为复杂，而粉末的快速成形环境较差，在粉末成形过程中，激光对其进行熔化和烧结，会产生粉末的挥发与飞溅。当粉末黏着在铺粉装置的关键部位时，就会对铺粉过程造成影响，降低铺粉的精度与质量，同时还会影响设备的寿命。

3)没有过载保护，铺粉时会产生振动

一般情况下，在铺粉时，刮刀或者铺粉辊不会受到很大的阻力。但是当成形效果不好时，刮刀或者铺粉辊可能会触碰到已成形的零件，在这种情况下，铺粉装置会受到冲击载荷。因为电机驱动并不能承受很大的力，所以在受到冲击载荷时，铺粉机构时会产生振动，影响铺粉质量，并且因为没有过载保护，可能会损坏电机及快速成形设备。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种快速成形自动铺粉机构，解决了目前快速成形领域中铺粉装置存在的不耐高温、可靠性不高、铺粉时产生振动等问题，其铺粉时运动平稳、可靠性高、使用寿命长。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种快速成形自动铺粉机构，包括成形腔体，所述成形腔体内设置有成形工作台及安装在成形工作台上的动力装置，动力装置上连接有由其驱动移动的刮刀，所述动力装置上连接有管道，所述管道穿过有成形腔体后连接有动力泵，所述动力装置为气缸或液压缸。

优选地，所述动力装置为气缸时，其为无杆气缸。

优选地，所述动力装置为液压缸时，其为双作用液压缸。

一种快速成形自动铺粉烧结方法，包括以下步骤：

1)将零件的三维模型转换为STL格式，导入快速成形设备的数据处理装置中，数据处理装置读取三维模型信息，对三维模型进行切片分层；

2)流体在动力泵的作用下进入动力装置，使动力装置处于准备状态；

3)快速成形设备的送粉装置将粉末送至成形工作台上；

4)动力装置驱动刮刀进行平稳的铺粉，一层铺粉完成后，动力装置带动刮刀返回初始位置；

5)激光对所铺区域内的粉末进行扫描烧结，完成烧结后，工作台下降一个层厚；

6)重复送粉、铺粉及扫描烧结过程，直至完成整个零件的成形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于动力装置采用了液压缸或气压缸，能够取得下列有益效果：

1)铺粉机构受温度、粉尘影响较小：本发明采用流体作为动力传输介质，而且设备工作时只有动力装置处于环境较差的成形腔体内，所以成形腔体内的高温环境和粉末的挥发与飞溅都对铺粉机构影响较小；

2)铺粉时运动平稳，无震动：本发明中刮刀的移动由动力装置来推动，在流体压力的控制下，可以使铺粉过程中机构平稳并且不会产生微小的震动，从而保证了铺粉的精度和最终零件的成形效果；

3)便于控制：由于基于粉末的快速成形设备对铺粉机构的位置精度要求体现在竖直方向上，在水平方向上对铺粉机构具体的位置精度要求不高，所以在本发明中，不需要对刮刀的水平运动进行很精确的控制，这样就简化了控制，而且对最终的铺粉效果不会产生不利影响：

4)推力较大，并且有过载保护：在一般的情况下，铺粉时铺粉机构不会受到很大的阻力，然而当零件的成形效果不理想时，铺粉时刮刀就可能会触碰到已烧结的粉末，在这种情况下，铺粉机构就会受到很大的冲击力；本发明采用流体传动，在铺粉机构受到阻力时能够提供较大的动力，而且动力装置有过载保护机制，提高了工作可靠性：

5)可靠性高：因为采用流体传动后，整个铺粉装置的机构变得简单，而且还具有了耐高温、防粉尘和过载保护的能力，所以整个铺粉机构的可靠性得到了很大的提高：

6)寿命长：由于采用流体为工作介质，元件相对运动表面间磨损小，所以整个铺粉机构使用寿命较长。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明撤去成形腔体后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2所示，一种快速成形自动铺粉机构，包括成形腔体1，所述成形腔体1内设置有成形工作台2及安装在成形工作台2上的动力装置3，动力装置3上连接有由其驱动移动的刮刀4，所述动力装置3上连接有管道5，所述管道5穿过有成形腔体1后连接有动力泵6，所述动力装置3为气缸或液压缸。所述动力装置3为气缸时，其为无杆气缸，管道5内输送的流体为气体；所述动力装置3为液压缸时，其为双作用液压缸，管道5内输送的流体为液压油。

所述动力装置3固定安装于在成形工作台2上，与动力泵6通过管道5连接在一起，动力装置3、动力泵6和管道5共同组成动力系统，动力系统能控制刮刀4的往复运动，从而实现铺粉工作。

以采用选择性激光烧结(SLS)技术对金属粉末材料进行铺粉烧结为例，具体的铺粉烧结方法如下：

首先，用UG等造型软件画出零件的三维模型，将三维模型转换为STL格式，然后导入快速成形设备的数据处理装置中；数据处理装置读取零件的三维模型信息，对零件的三维模型进行切片分层，此后完成基板固定及成形腔体1内抽通保护气等预备工序。

然后，打开动力系统，液压油或压缩空气在动力泵6的作用下进入动力装置3，使动力装置3处于准备状态；再控制快速成形设备的送粉装置将粉末送至成形工作台2的上表面。

接下来，通过控制动力系统的控制元件从而控制动力装置3的运动，带动刮刀4进行平稳、无振动的铺粉；一层铺粉完成后，动力装置3带动刮刀4返回初始位置，此时完成一次铺粉。

一层粉铺完后，激光对所铺区域内的粉末进行扫描烧结，完成烧结后，工作台下降一个层厚，然后进行下一次的送粉、铺粉和烧结；不断循环此过程，最终完成零件的成形。由于激光作用的区域只是有铺有粉末的区域，因此激光产生的高温对气缸或液压缸内的流体的影响很小。

本发明所采用的铺粉机构采用了流体传动，解决了之前的铺粉机构不耐高温、易受粉尘影响、可靠性不高以及铺粉时产生振动的问题，保证了铺粉过程的平稳无振动，而且整个铺粉机构简单、可靠性高、寿命长，降低了快速成形设备的维护成本。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速成形自动铺粉机构，包括成形腔体(1)，所述成形腔体(1)内设置有成形工作台(2)及安装在成形工作台(2)上的动力装置(3)，动力装置(3)上连接有由其驱动移动的刮刀(4)，其特征在于：所述动力装置(3)上连接有管道(5)，所述管道(5)穿过有成形腔体(1)后连接有动力泵(6)，所述动力装置(3)为气缸或液压缸。

2.根据权利要求1所述的一种快速成形自动铺粉机构，其特征在于：所述动力装置(3)为气缸时，其为无杆气缸。

3.根据权利要求1所述的一种快速成形自动铺粉机构，其特征在于：所述动力装置(3)为液压缸时，其为双作用液压缸。

4.一种快速成形自动铺粉烧结方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将零件的三维模型转换为STL格式，导入快速成形设备的数据处理装置中，数据处理装置读取三维模型信息，对三维模型进行切片分层；

2)流体在动力泵(6)的作用下进入动力装置(3)，使动力装置(3)处于准备状态；

3)快速成形设备的送粉装置将粉末送至成形工作台(2)上；

4)动力装置(3)驱动刮刀(4)进行平稳的铺粉，一层铺粉完成后，动力装置(3)带动刮刀(4)返回初始位置；

5)激光对所铺区域内的粉末进行扫描烧结，完成烧结后，工作台下降一个层厚；

6)重复送粉、铺粉及扫描烧结过程，直至完成整个零件的成形。