CN104690269B - 选择性激光熔化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性激光熔化装置，包括电机、刮刀及用于将所述电机的动力传递给刮刀的传动机构，还包括平整度检测仪和计算机，所述平整度检测仪在刮刀铺粉过程中对成型件上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机；所述计算机对平整度数据进行处理并在检测到曲翘信号后向电机发送停机信号，使得所述刮刀停止铺粉运动；本发明的选择性激光熔化装置，通过增设平整度检测仪和计算机，平整度检测仪能够实时对成型件上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机，一旦检测到成型件已加工部分发生曲翘变形即由计算机向电机发送停机信号，停止刮刀的铺粉运动，防止刮刀与成型件发生硬碰撞，避免造成材料浪费及刮刀损坏的损失。

Description

选择性激光熔化装置
技术领域
本发明涉及一种粉末加工成型装置，特别涉及一种选择性激光熔化装置。
背景技术
选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展，该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。选择性激光熔化装置因其可成形结构复杂的、能够直接使用的金属零部件而得到广泛关注，并被预测为可能引发“第三次工业革命”的关键技术之一。利用铺粉方式来保障粉层的水平度、均匀性是目前选择性激光熔化装置普遍采用的解决方案，该装置的铺粉系统一般包括电机、供粉仓、成型仓、收粉仓、刮刀(或称刮板)及用于将电机的动力传递给刮刀的传动机构，其中成型仓的仓底为加工平台，通过供粉仓仓底的上升、加工平台的下降和刮刀的水平移动实现供粉和铺粉，多余的粉末则进入收粉仓。但是，在工件成型的过程中，由于热变形成型件已加工部分往往会发生曲翘变形，这种变形使得成型件上层向上凸起，从而阻碍刮刀的继续铺粉运动，当阻碍力过大时，刮刀与成型件的硬碰撞不仅会使加工零件报废对材料造成极大的浪费，甚至损坏刮刀而不得不使加工停止，尤其是加工一些体积较大的零部件时，这种现象的发生会直接导致巨大的损失。
因此，为解决上述问题，就需要对现有的选择性激光熔化装置进行改进，使其能够实时对成型件上层的平整度进行检测，一旦检测到成型件已加工部分发生曲翘变形即停止刮刀的铺粉运动，防止刮刀与成型件发生硬碰撞，避免造 成材料浪费及刮刀损坏的损失。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种选择性激光熔化装置，其能够实时对成型件上层的平整度进行检测，一旦检测到成型件已加工部分发生曲翘变形即停止刮刀的铺粉运动，防止刮刀与成型件发生硬碰撞，避免造成材料浪费及刮刀损坏的损失。
本发明的选择性激光熔化装置，包括电机、刮刀及用于将所述电机的动力传递给刮刀的传动机构，还包括平整度检测仪和计算机，所述平整度检测仪在刮刀铺粉过程中对成型件上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机；所述计算机对平整度数据进行处理并在检测到曲翘信号后向电机发送停机信号，使得所述刮刀停止铺粉运动。
进一步，所述平整度检测仪装设在刮刀的顺铺粉运动方向的一侧，使得所述平整度检测仪随着刮刀同步运动并且先于刮刀进入工件成型区。
进一步，所述平整度检测仪包括激光器和图像传感器，所述激光器发射出激光并投射到成型件上层，所述图像传感器实时检测该激光的形状以生成成型件上层的平整度数据。
进一步，所述激光器为一字线激光器。
进一步，所述图像传感器为CCD图像传感器。
进一步，所述电机为伺服电机。
进一步，所述传动机构包括主同步带轮、从同步带轮及连接所述电机与主同步带轮的连接组件，主同步带轮与从同步带轮通过同步带连接而同步转动，所述刮刀与同步带连接；所述连接组件为离合式结构并在所述刮刀的受阻传动力超过预定值时断开电机与主同步带轮之间的传动。
进一步，所述连接组件包括主动端面齿、从动端面齿及弹性件，所述主动端面齿与电机的输出轴连接，所述从动端面齿与主同步带轮的输入轴连接，所 述从动端面齿在刮刀的受阻传动力超过预定值时与主动端面齿分离打滑并在弹性件作用下与主动端面齿重新啮合实现传动。
进一步，所述主动端面齿与输出轴固定连接，所述从动端面齿可沿输入轴的轴向滑移；所述弹性件套设在输入轴上并置于从动端面齿与主同步带轮之间，所述弹性件将弹力作用于从动端面齿上使得从动端面齿与主动端面齿可啮合或分离从而实现过扭力保护。
进一步，所述输入轴为花键轴，所述从动端面齿与输入轴通过花键连接；所述弹性件为压缩弹簧。
本发明的有益效果：本发明的选择性激光熔化装置，通过增设平整度检测仪和计算机，平整度检测仪能够实时对成型件上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机，一旦检测到成型件已加工部分发生曲翘变形即由计算机向电机发送停机信号，停止刮刀的铺粉运动，防止刮刀与成型件发生硬碰撞，避免造成材料浪费及刮刀损坏的损失。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的平整度检测仪的结构示意图；
图3为本发明的传动机构的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的平整度检测仪的结构示意图，图3为本发明的传动机构的结构示意图，如图所示：本发明的选择性激光熔化装置，包括电机1、刮刀2及用于将所述电机1的动力传递给刮刀2的传动机构，还包括平整度检测仪4和计算机5，所述平整度检测仪4在刮刀2铺粉过程中对成型件9上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机5；所述计算机5 对平整度数据进行处理并在检测到曲翘信号后向电机1发送停机信号，使得所述刮刀2停止铺粉运动；计算机5可以是单片机，其具有信息接收、处理及发送功能，并可以储存、编辑预设平整度数据；平整度数据即成型件9上层的平面度；当成型件9已加工部分发生曲翘变形，所检测到的平整度数据将超出计算机5预设的平整度数据，此时即出现曲翘信号；电机1为驱动刮刀2做铺粉运动的动力源，优选采用伺服电机，其机电时间常数小、线性度高，能够快速地对计算机5的停机信号做出反应；传动机构可使用现有的结构，如通过联轴器、带轮等实现传动；平整度检测仪4能够实时对成型件9上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机5，一旦检测到成型件9已加工部分发生曲翘变形即由计算机5向电机1发送停机信号，停止刮刀2的铺粉运动，防止刮刀2与成型件9发生硬碰撞，避免造成材料浪费及刮刀2损坏的损失。
本实施例中，所述平整度检测仪4装设在刮刀2的顺铺粉运动方向的一侧，使得所述平整度检测仪4随着刮刀2同步运动并且先于刮刀2进入工件成型区；平整度检测仪4可拆卸式安装在刮刀2上，便于装拆更换；刮刀2是从供粉仓6向收粉仓8进行铺粉运动，过程中经过成型腔7，工件成型区即成型腔7中工件进行熔覆成型的区域；平整度检测仪4直接设置在刮刀2上，不仅使得平整度检测仪4能够与刮刀2同步运动，而且减少了零部件数量，使本装置结构紧凑，并避免复杂布置造成的混乱；平整度检测仪4先于刮刀2进入工件成型区，实现了检测的提前性，有效防止刮刀2与成型件9的硬碰撞。
本实施例中，所述平整度检测仪4包括激光器41和图像传感器42，所述激光器41发射出激光并投射到成型件9上层，所述图像传感器42实时检测该激光的形状以生成成型件9上层的平整度数据；当成型件9曲翘变形严重、平整度不符合加工要求时，激光形状就会发生改变，图像传感器42就会检测到激光光线的变形，从而计算机5向电机1发送停机信号，停止刮刀2的铺粉运动；本实施例中，所述激光器41为一字线激光器，其所发出的一字激光线有利于简化图像传感器42采集的图像，缩短计算机5的匹配时间，提高检测的精确度和 反应性；本实施例中，所述图像传感器42为CCD图像传感器，其可以把光学影像转化为数字信号，并且几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高。
本实施例中，所述传动机构包括主同步带轮31、从同步带轮32及连接所述电机1与主同步带轮31的连接组件，主同步带轮31与从同步带轮32通过同步带33连接而同步转动，所述刮刀2与同步带33连接；所述连接组件为离合式结构并在所述刮刀2的受阻传动力超过预定值时断开电机1与主同步带轮31之间的传动；本装置具有“双保险”的特性，传动机构设计成刮刀2的第二保护系统，当作为第一保护系统的平整度检测仪4及计算机5因种种原因(例如反应性不足或者检测错误等)而无法提前预测，造成刮刀2与成型件9曲翘变形部位发生硬碰撞时，传动机构可实现离合即断开电机1与主同步带轮31之间的传动，有效地避免了不可预见的撞刀；刮刀2的受阻传动力来自于其与成型件9曲翘变形部位的硬碰撞。
本实施例中，所述连接组件包括主动端面齿341、从动端面齿342及弹性件343，所述主动端面齿341与电机1的输出轴11连接，所述从动端面齿342与主同步带轮31的输入轴311连接，所述从动端面齿342在刮刀2的受阻传动力超过预定值时与主动端面齿341分离打滑并在弹性件343作用下与主动端面齿341重新啮合实现传动；预定值可通过设置不同的弹性件343实现；主动端面齿341与从动端面齿342互相配合，二者均可以是螺旋形结构，倾斜的接触面在传递转矩时产生轴向力，这个力靠弹性件343平衡；本实施例中，所述主动端面齿341与输出轴11固定连接，所述从动端面齿342可沿输入轴311的轴向滑移；所述弹性件343套设在输入轴311上并置于从动端面齿342与主同步带轮31之间，所述弹性件343将弹力作用于从动端面齿342上使得从动端面齿342与主动端面齿341可啮合或分离从而实现过扭力保护；本实施例中，所述输入轴311为花键轴，所述从动端面齿342与输入轴311通过花键连接；所述弹性件343为压缩弹簧。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种选择性激光熔化装置，包括电机、刮刀及用于将所述电机的动力传递给刮刀的传动机构，其特征在于：还包括平整度检测仪和计算机，所述平整度检测仪在刮刀铺粉过程中对成型件上层的平整度进行检测并将平整度数据传递至计算机；所述计算机对平整度数据进行处理并在检测到曲翘信号后向电机发送停机信号，使得所述刮刀停止铺粉运动；所述传动机构包括主同步带轮、从同步带轮及连接所述电机与主同步带轮的连接组件，主同步带轮与从同步带轮通过同步带连接而同步转动，所述刮刀与同步带连接；所述连接组件为离合式结构并在所述刮刀的受阻传动力超过预定值时断开电机与主同步带轮之间的传动。
2.根据权利要求1所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述平整度检测仪装设在刮刀的顺铺粉运动方向的一侧，使得所述平整度检测仪随着刮刀同步运动并且先于刮刀进入工件成型区。
3.根据权利要求2所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述平整度检测仪包括激光器和图像传感器，所述激光器发射出激光并投射到成型件上层，所述图像传感器实时检测该激光的形状以生成成型件上层的平整度数据。
4.根据权利要求3所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述激光器为一字线激光器。
5.根据权利要求3所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述图像传感器为CCD图像传感器。
6.根据权利要求1所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述电机为伺服电机。
7.根据权利要求1所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述连接组件包括主动端面齿、从动端面齿及弹性件，所述主动端面齿与电机的输出轴连接，所述从动端面齿与主同步带轮的输入轴连接，所述从动端面齿在刮刀的受阻传动力超过预定值时与主动端面齿分离打滑并在弹性件作用下与主动端面齿重新啮合实现传动。
8.根据权利要求7所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述主动端面齿与输出轴固定连接，所述从动端面齿可沿输入轴的轴向滑移；所述弹性件套设在输入轴上并置于从动端面齿与主同步带轮之间，所述弹性件将弹力作用于从动端面齿上使得从动端面齿与主动端面齿可啮合或分离从而实现过扭力保护。
9.根据权利要求8所述的选择性激光熔化装置，其特征在于：所述输入轴为花键轴，所述从动端面齿与输入轴通过花键连接；所述弹性件为压缩弹簧。
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