CN104742236B - 一种带有感应加热系统的铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有感应加热系统的铺粉装置，本发明加入了普通铺粉装置所不具有的感应加热系统，通过感应加热系统预热可以使待加工的陶瓷粉末具有1000℃以上的初始温度，这不仅可以减小加工过程的温差以减小微裂纹，而且还可以提高激光的加工效率。本发明在预热系统周围加入了隔热设计，通过氧化铝、云母石的高隔热性能以及良好的可加工性，既保证了铺粉装置精度不受温度影响，又保证了隔热材料自身的装配精度。本发明通过自主组装的高度调节装置，实现了用刮刀的升降代替工作台面的升降，通过粗、精调平台的配合保证了铺粉精度，不仅使装置结构更加简单可行，而且避免了加工区域上下移动对位于其上方的粉末产生的不良影响。

Description

一种带有感应加热系统的铺粉装置

技术领域

本发明涉及激光熔融成形设备领域，特别是一种针对陶瓷材料的带有感应加热预热系统且通过调节刮刀高度进行铺粉的装置。

背景技术

随着经济全球化的发展，制造业的竞争日趋激烈，产品的生产周期是关系到企业利益的一项关键因素。而当前制造企业从产品设计到生产制造出成品仍需一个比较漫长的过程。因此，如何将图纸、创意快速地物化为实体是制造企业迫切需要解决的问题。与传统的加工方法不同，激光熔融成形技术通过增加材料的方式加工零件，快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型，给工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式，是缩短产品设计制造周期、提升企业竞争能力、增强企业盈利能力的重要方法和途径。同时，由于激光熔融成形技术的特殊制造方式，在制造曲面、多孔、空心结构等复杂零件时，相较传统设计制造方式，其优势更加突出。

现有的激光熔融成形设备铺粉装置主要用于金属以及塑料粉末的成形上，一般由送粉缸、成形缸、回收缸、刮板以及支架组成。而对陶瓷材料而言，其具有熔点高，脆性较大、耐疲劳性能差、对应力和裂纹敏感等特点，在其激光熔融成形过程中有急热急冷、烧结层融化导致基体产生的热应力，易于产生裂纹。由此，对陶瓷粉末及基板进行预热是防止成形过程中裂纹产生的一种有效方法。在这里，预热温度直接影响微裂纹的形成，并决定了烧结深度和密度。当预热温度太低，由于粉层冷却太快，熔化颗粒之间来不及充分湿润和互相扩散、流动，烧结体内留下空隙，将导致烧结深度和密度大幅度下降，影响成形件质量；随着预热温度升高，粉末材料导热性能变好，低熔点有机成分液相数增加，有利于其流动扩散和湿润，从而获得更好的层内烧结和层间烧结；但若预热温度过高，又会导致部分低熔点有机物的碳化和烧损，反而降低烧结深度和密度。所以合理的预热温度不能太高也不能太低。根据有关实验研究与理论分析，合理的陶瓷成形预热温度应该在1300℃～1700℃。为得到较好的预热效果，国内研究机构开发了不同的加热装置。专利申请号为200820192071.6的实用新型专利“一种金属零件选区激光熔化快速成型设备”在预热和保温的金属基板上铺粉，在工作过程中金属基板温度始终保持在80～100℃。专利申请号为201120497777.5的实用新型专利“一种选择性激光烧结上送粉装置”，该送粉装置先将粉铺到供粉凹槽上，再将凹槽移至预热装置上方，加热均匀后铺到工作台面上。上述预热装置能满足金属粉末的预热，但对于熔点极高的陶瓷材料，前者的预热温度过低，后者在工作台面上没有保温装置散热太快。国内外运用于陶瓷成形的商业化设备仅有美国PHENIX公司涉足，而带有高温预热装置的陶瓷铺粉装置还未曾出现。为了达到陶瓷粉末高温预热的效果，开发了一种能在粉末底部进行高温预热的铺粉装置。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种带有感应加热系统的铺粉装置，该铺粉装置能针对陶瓷材料进行激光熔融成形过程中的铺粉工作，其在待加工粉末区域底部设有感应加热装置，通过20KW感应加热装置以及其温控功能将粉末温度控制在适宜范围内，达到高温预热和减少裂纹产生的目的。

实现本发明目的的技术方案为：一种带有感应加热系统的铺粉装置，包括试验台架1，感应加热器支架2，感应加热器3，刮刀4，高度调节装置5，支架6，漏槽7，漏斗8，围板9，防护板10，滚轮地脚11，隔热板12，压板13，过渡板14，工作台面15，滑块16，直导轨17，阻尼驱动装置18。

结合图1和图2，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置，包括试验台架1，感应加热器支架2，感应加热器3，刮刀4，高度调节装置5，支架6，漏槽7，漏斗8，围板9，防护板10，滚轮地脚11，隔热板12，压板13，过渡板14，工作台面15，滑块16，直导轨17，阻尼驱动装置18；其中试验台架1通过底部安装的4个滚轮地脚11设置在地面上，该试验台架1的顶面上设置有工作台面15和直导轨17，所述直导轨17的数量为2根且平行对称分布在工作台面15的两侧，每根导轨上设置有相应的滑块16；支架6为“n”形或梯形，支架6两端底部分别与一个滑块16相固连且与滑块16的移动方向相垂直；所述支架6的两侧分别固连有漏槽7和高度调节装置5，所述高度调节装置5的底端固定安装有刮刀4；所述工作台面15的漏孔下对应安装有漏斗8，围板9设置在工作台面15的四周，隔热板12嵌在工作台面15的中部且其上表面与工作台面15的上表面处于同一高度，压板13和过渡板14嵌在隔热板12的中部且其上表面均与隔热板12的上表面处于同一高度；所述阻尼驱动装置18固定安装在试验台架1的上表面，感应加热器3设置在工作台面15中部的正下方，该感应加热器3通过感应加热器支架2固连在试验台架1上，防护板10固定安装在试验台架1的侧面。

结合图1和图3，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置的感应加热器包括钛基板A-1、刚玉层A-2、薄钢板A-3、铜管线圈A-4、云母板A-5、铜质接线板A-6、手持变压器A-7。其中手持变压器A-7固连在感应加热器的支架2的一侧，铜质接线板A-6一端固连在手持变压器A-7正上方；所述铜质接线板A-6的另一端与铜管线圈A-4相固连，云母板A-5安装在铜管线圈A-4正下方，其中部开有方孔以便铜质接线板A-6贯穿；所述铜管线圈A-4上方安装有薄钢板A-3，刚玉层A-2设置在薄钢板A-3的正上方；在刚玉层A-2上是一块可拆卸的钛基板A-1；所述钛基板A-1通过压板13固定在隔热板12中心，其上表面与工作台面15上表面处于同一高度。

结合图1和图4，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置的高度调节装置，包括Z向刮刀粗调装置B-1、Z向刮刀精调装置B-2以及X向刮刀角度微调装置B-3。Z向刮刀粗调装置B-1与Z向刮刀精调装置B-2采用了西格玛光机精密微动平台，Z向刮刀粗调装置B-1的一侧固连在支架[6]上，Z向刮刀粗调装置B-1安装面的上侧面与支架6上表面平齐；所述Z向刮刀粗调装置B-1的另一侧面中心位置与Z向刮刀精调装置B-2安装面固连，在刮刀精调装置B-2的另一侧面安装有X向刮刀角度微调装置B-3。

结合图1和图5，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置的阻尼驱动装置，包括重物C-1、滑轮C-2、滑轮支架C-3、引导绳C-4、挡板C-5、气缸C-6。其中气缸C-6与滑轮支架C-3固定在试验台架1顶面；所述滑轮支架C-3上安装有滑轮C-2，滑轮C-2上设置有引导绳C-4；所述引导绳C-4一端悬挂重物C-1，另一端连接在支架6上；挡板C-5安装在气缸C-6的气缸轴上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明加入了普通铺粉装置所不具有的感应加热系统，通过感应加热系统预热可以使待加工的陶瓷粉末具有1000℃以上的初始温度，这不仅可以减小加工过程的温差以减小微裂纹，而且还可以提高激光的加工效率。2)本发明在预热系统周围加入了隔热设计，通过氧化铝、云母石的高隔热性能以及良好的可加工性，既保证了铺粉装置精度不受温度影响，又保证了隔热材料自身的装配精度。3)本发明通过自主组装的高度调节装置，实现了用刮刀的升降代替工作台面的升降，通过粗、精调平台的配合保证了铺粉精度，不仅使装置结构更加简单可行，而且避免了加工区域上下移动对位于其上方的粉末产生的不良影响。

附图说明

图1是本发明总体结构的主视图。

图2是本发明总体结构的俯视图。

图3是本发明感应加热系统三维图。

图4是本发明高度调节装置三维图。

图5是本发明匀速装置三维图。

图6是本发明X向刮刀角度微调装置三维图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

结合图1和图2，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置，包括试验台架1，感应加热器支架2，感应加热器3，刮刀4，高度调节装置5，支架6，漏槽7，漏斗8，围板9，防护板10，滚轮地脚11，隔热板12，压板13，过渡板14，工作台面15，滑块16，直导轨17，阻尼驱动装置18，其中试验台架1通过底部安装的4个滚轮地脚11设置在地面上，该试验台架1的顶面上设置有工作台面15和直导轨17，所述直导轨17的数量为2根且平行对称分布在工作台面15的两侧，每根导轨上设置有相应的滑块16；支架6为“n”形或梯形，支架6的两端分别与一个滑块16相固连且与滑块16的移动方向相垂直；所述支架6的两侧分别固连有漏槽7和高度调节装置5，所述高度调节装置5的底端固定安装有刮刀4；所述工作台面15的漏孔下对应安装有漏斗8，围板9设置在工作台面15的四周，隔热板12嵌在工作台面15的中部且其上表面与工作台面15的上表面处于同一高度，压板13和过渡板14嵌在隔热板12的中部且其上表面均与隔热板12的上表面处于同一高度；所述阻尼驱动装置18固定安装在试验台架1的上表面，感应加热器3设置在工作台面15中部的正下方，该感应加热器3通过感应加热器支架2固连在试验台架1上，防护板10固定安装在试验台架1的侧面。

结合图1和图3，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置的感应加热器包括钛基板A-1、刚玉层A-2、薄钢板A-3、铜管线圈A-4、云母板A-5、铜质接线板A-6、手持变压器A-7。其中手持变压器A-7固连在感应加热器支架2的一侧，铜质接线板A-6一端固连在手持变压器A-7正上方；所述铜质接线板A-6的另一端固连了铜管线圈A-4，云母板A-5安装在铜管线圈A-4正下方，其中部开有方孔用以通过铜质接线板A-6；所述铜管线圈A-4上方安装有薄钢板A-3，刚玉层A-2设置在薄钢板A-3的正上方；在刚玉层A-2上是一块可拆卸的钛基板A-1；所述钛基板A-1通过压板13固定在隔热板12中心，其上表面与工作台面15上表面处于同一高度。

钛基板A-1四周的隔热板12、压板13、过渡板14都由隔热材料制成，所述压板13、过渡板14由氧化铝隔热材料制成，所述隔热板12由云母石制成，隔热性能良好，能保证钛基板A-1温度不会影响铺粉装置。当外置电源对手持式变压器A-7通以高频交流电时，铜质接线板A-6将此电流导入铜管线圈A-4，在铜管线圈A-4周围就会产生高密度的磁场，位于其上方的钛基板A-1会对该磁场产生感应，在钛基板A-1内部产生感应电流，感应电流会使钛基板A-1发热。通过这一方式，可以在2分钟内将钛基板A-1加热到1000℃以上，通过调节加热功率，可以在更短时间加热基板或者更平稳地加热基板。由于薄钢板A-3本身不能耐受这样的高温，因此需要用刚玉层A-2将其隔开。铜管线圈A-4内通入高频交流电也会使铜管产生很高的温度，因此，在其下方用云母板A-5隔开。

结合图1、图4和图6，本发明带有感应加热系统的铺粉装置的高度调节装置5，包括Z向刮刀粗调装置B-1、Z向刮刀精调装置B-2以及X向刮刀角度微调装置B-3。Z向刮刀粗调装置B-1与Z向刮刀精调装置B-2采用了西格玛光机精密微动平台，Z向刮刀粗调装置B-1的一侧固连在支架6上，Z向刮刀粗调装置B-1安装面的上侧面与支架6上表面平齐；所述Z向刮刀粗调装置B-1的另一侧面中心位置与Z向刮刀精调装置B-2安装面固连，在刮刀精调装置B-2的另一侧面安装有X向刮刀角度微调装置B-3；所述X向刮刀角度微调装置B-3包括调节旋钮D-1、调节板D-2和刮刀装夹板D-3；调节板D-2为长方体，在调节板D-2上表面的一侧设有调节旋钮D-1，调节板D-2的一个安装面固连在Z向刮刀精调装置B-2上，所述调节板D-2的下方安装有“凸”形的刮刀装夹板D-3，刮刀装夹板D-3与Z向刮刀精调装置B-2通过转动副连接，刮刀装夹板D-3可以绕位于其自身中心的转动副转动，当调节到准确位置后，通过螺钉锁紧。

X向刮刀角度微调装置B-3的底部安装刮刀4，通过调节高度调节装置的调节旋钮可以实现刮刀4的的升降。其中，Z向刮刀粗调装置B-1实现实现刮刀4的大幅升降，Z向刮刀精调装置B-2实现刮刀4的精确定位。X向刮刀角度微调装置B-3上设置有调节旋钮，可以实现刮刀4的横向摆动，通过X向刮刀角度微调装置B-3的锁紧机构锁紧定位可保证刮刀4与工作台面15的平行关系，该锁紧机构通过螺钉与刮刀角度微调装置B-3侧面之间的摩擦力实现锁紧的功能。

结合图1和图5，本发明一种带有感应加热系统的铺粉装置的阻尼驱动装置，包括重物C-1、滑轮C-2、滑轮支架C-3、引导绳C-4、挡板C-5、气缸C-6。气缸C-6固连在支架6的一端的侧面，滑轮支架C-3固定在试验台架1顶面；所述滑轮支架C-3上安装有滑轮C-2，滑轮C-2上设置有引导绳C-4；所述引导绳C-4一端悬挂重物C-1，另一端连接在支架6上；挡板C-5安装在气缸C-6的气缸轴上。

当重物C-1下落时，其拉力会通过滑轮C-2与引导绳C-4的配合传递到支架6上，拉动支架6向左移动，当支架6移动到气缸C-6的轴端时，碰到挡板C-5，挡板C-5就会对支架6产生阻尼。此时，气缸控制了支架6的移动速度，达到调节支架6匀速运动的目的。

本发明的手动铺粉装置工作过程如下：通过X向刮刀角度微调装置B-3校正刮刀与工作台面平齐，调节Z向刮刀粗调装置B-1使刮刀4迅速移动至工作台面处，调节Z向刮刀精调装置5，使刮刀4精确定位到距离工作台面15为一个粉层高度的位置。启动感应加热器3，在漏槽7中加入陶瓷粉末，放下阻尼驱动装置18中的重物C-1，拉动支架6带动漏槽7、高度调节装置5以及刮刀4一同沿直导轨17向左侧运动，当支架6运动到隔热板12区域时，支架6碰到阻尼驱动装置18中的挡板C-5，气缸C-6就会对挡板C-5输出一个固定的速度，实现支架6以及漏槽7、高度调节装置5、刮刀4的匀速运动。同时粉末从漏槽7中漏出，被刮刀4刮平达到铺粉的目的。当刮刀刮过隔热板12的区域后关闭漏槽7,铺在感应加热器3上方的粉末会被加热，这时激光器对该区域的粉末加工，激光加工粉末的同时，可调节Z向刮刀微调装置B-2使刮刀4上升一个粉层的高度，完成该层加工后，推动支架6回到原位，将气缸C-6调节回原位打开漏槽7，推动支架6向左侧移动铺第二层粉。重复上述过程直到完成整个加工过程。加工完成后关闭感应加热器3，将支架6推回原位，静置一段时间，取出样品件，通过漏斗8回收工作台面15上多余的粉末。由于整个加工过程都在高温环境下进行，铺粉装置的支架与床身都是用普通铝板制成，因此需要用隔热板12、压板13和过渡板14将感应加热器3与外界隔开。同时，压板13起到压紧钛基板A-1的作用。在铺粉过程中围板9起到了挡粉的作用，放置粉末从工作台面15滑落。在铺粉和回收粉的过程中都会有粉末从漏斗8中落下，因此在试验台架1的侧面安装了防护板10。滚轮地脚11以及试验台架1则起到了支撑铺粉装置的作用。

Claims (8)

1.一种带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：包括试验台架(1)、感应加热器(3)、刮刀(4)、高度调节装置(5)、支架(6)、隔热板(12)、压板(13)、过渡板(14)、工作台面(15)、两个滑块(16)和直导轨(17)；所述工作台面(15)设置在试验台架(1)顶面上，在工作台面(15)的两侧设置有2根平行对称分布的直导轨(17)，每根导轨上各设置有一个滑块(16)，支架(6)两端底部分别与一个滑块(16)相固连，且与滑块(16)的移动方向相垂直；所述支架(6)的一侧固连有高度调节装置(5)，所述高度调节装置(5)的底端固定安装有刮刀(4)；隔热板(12)嵌在工作台面(15)的中部且其上表面与工作台面(15)的上表面处于同一高度，压板(13)和过渡板(14)平行嵌在隔热板(12)的中部且其上表面均与隔热板(12)的上表面处于同一高度；隔热板(12)正下方设置有感应加热器(3)，所述感应加热器(3)上部包含一块基板，该基板的上表面与隔热板(12)的上表面处于同一高度。

2.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：所述感应加热器(3)与试验台架(1)之间设置感应加热器支架(2)，感应加热器支架(2)两端与试验台架(1)固连，感应加热器(3)固连在感应加热器支架(2)中部，感应加热器(3)最大输出功率20KW，采用了平面式线圈，加热温度达1000℃以上。

3.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：在支架(6)的另一侧固连有漏槽(7)，所述漏槽(7)为矩形槽，其容积至少能供铺粉装置实现200层铺粉；漏槽(7)底部设有开合装置控制粉末流量，以调节粉末供给速度。

4.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：在工作台面(15)设有漏孔，漏孔位于隔热板(12)的一侧，漏孔下对应安装有漏斗(8)，漏斗(8)的孔径与漏孔孔径相同；通过漏槽(7)、漏斗(8)的配合，实现粉末的循环使用。

5.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：在工作台面(15)四周设置有围板(9)，在试验台架(1)设有镂孔的一侧设置有防护板(10)，在试验台架(1)的底部安装有4个滚轮地脚(11)。

6.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：还包括阻尼驱动装置(18)，阻尼驱动装置(18)安装在试验台架(1)上表面，阻尼驱动装置(18)包括重物(C-1)、滑轮(C-2)、滑轮支架(C-3)、引导绳(C-4)、挡板(C-5)和气缸(C-6)，气缸(C-6)固连在支架6的一端的侧面，滑轮支架(C-3)固定在试验台架(1)顶面；所述滑轮支架(C-3)上安装有滑轮(C-2)，滑轮(C-2)上设置有引导绳(C-4)；所述引导绳(C-4)一端悬挂重物(C-1)，另一端连接在支架(6)上；挡板(C-5)安装在气缸(C-6)的气缸轴上。

7.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：高度调节装置(5)由Z向刮刀粗调装置(B-1)、Z向刮刀精调装置(B-2)以及X向刮刀角度微调装置(B-3)组成；Z向刮刀粗调装置(B-1)与Z向刮刀精调装置(B-2)采用了西格玛光机精密微动平台， Z向刮刀粗调装置(B-1)的一侧固连在支架(6)上，Z向刮刀粗调装置(B-1)安装面的上侧面与支架(6)上表面平齐；所述Z向刮刀粗调装置(B-1)的另一侧面中心位置与Z向刮刀精调装置(B-2)安装面固连，在刮刀精调装置(B-2)的另一侧面安装有X向刮刀角度微调装置(B-3)；所述X向刮刀角度微调装置(B-3)包括调节旋钮(D-1)、调节板(D-2)和刮刀装夹板(D-3)；调节板(D-2)上表面的一侧设有调节旋钮(D-1)，调节板(D-2)的一个安装面固连在Z向刮刀精调装置(B-2)上，所述调节板(D-2)的下方安装有刮刀装夹板(D-3)，刮刀装夹板(D-3)与Z向刮刀精调装置(B-2)通过转动副连接，刮刀装夹板(D-3)可以绕位于其自身中心的转动副转动，当调节到准确位置后，通过螺钉锁紧。

8.根据权利要求1所述的带有感应加热系统的铺粉装置，其特征在于：所述隔热板(12)由云母石制成，压板(13)、过渡板(14)由氧化铝隔热材料制成。