CN105499571A - 一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置 - Google Patents

一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置 Download PDF

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Abstract

一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，包括移动支架、筒芯支架、铺粉筒、驱动装置，铺粉筒通过筒芯支架连接在移动支架下方，筒芯支架和移动支架之间设有弹性垫片，铺粉筒被安装在移动支架两侧的夹紧装置夹紧，铺粉筒的动力输入和固定在移动支架下方的驱动装置连接，移动支架上安装有无线摄像头，无线摄像头的信号输出和计算机的数据输入无线连接，计算机的信号输出和驱动装置的控制无线连接，无线摄像头对铺粉表面进行图像采集，经计算机评估，若铺粉质量不合格，则遥控驱动装置旋转铺粉筒，实时调整铺粉工作面，实现闭环控制，既能保证整个制作过程中的铺粉质量，又能减少冲击，避免弹粉、扬粉，同时大幅提高铺粉装置使用寿命。

Description

一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置
技术领域
本发明涉及激光选区熔化技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置。
背景技术
激光选区熔化技术(SelectiveLaserMelting,SLM)是近几年快速兴起的一种先进增材制造技术。可以直接制造出致密度接近百分之百的任意形状的金属零件。
激光选区熔化的工作过程为：在成型室内，铺粉装置水平运动，将金属粉末从供粉缸平整的铺在成型缸上，激光光束在计算机的控制下，根据零件的3D模型分层切片后的截面信息，对粉末进行选区扫描，使得目标区域的金属粉末熔化，得到该零件某一截面的几何形状，而后成型缸下降一个层厚的距离，铺粉装置再次铺粉，激光再次扫描，通过逐层扫描熔化最终完成复杂金属零件的制造。
激光选区熔化成型中，铺粉质量对零件成型至关重要，若每一层铺粉都能够保证平整紧实，那么每一层都能对上一层的缺陷起到修复和纠正的作用，使制作过程向好的结果收敛。若铺粉装置铺粉效果差，粉床凹凸不平，则激光在不同区域的聚焦效果不同，导致成型件的表面质量差，内部组织亦不均匀，使得成型效果不佳。因此，只有保证每一层铺粉质量都稳定优异，才能保证零件成型效果。
传统的铺粉装置主要有刮板式和旋转铺粉辊。旋转铺粉辊在铺粉时，辊子相对于粉末表面有旋转运动，容易产生静电吸附而粘粉，同时由于辊子铺粉工作面一直变化，导致铺粉质量极不稳定。刮板式铺粉装置克服了铺粉辊的缺陷，铺粉质量有所提高，但是由于刮板式铺粉装置与成型面之间极易产生剪切力，一旦刮粉板遇到障碍将产生很大的冲击，将造成扬粉、弹粉现象，影响成形质量，甚至会破坏零件，导致成型失败。此外，一旦刮板工作面损坏，之后的铺粉质量都将受到影响，同时刮板将彻底报废，因此必须经常更换，耗费巨大。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，能够根据每一层的铺粉质量对铺粉装置进行实时调整，既能保证整个制作过程中的铺粉质量，又能减少冲击，避免弹粉、扬粉，大幅提高铺粉装置使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，包括移动支架1，铺粉筒4两端通过筒芯支架2连接在移动支架1下方，铺粉筒4通过连接在移动支架1下方的夹紧装置3夹紧，铺粉筒4的动力输入和固定在移动支架1下方的驱动装置7连接，铺粉筒4上方的移动支架1上安装有无线摄像头5，筒芯支架2和移动支架1之间设有弹性垫片6，无线摄像头5的信号输出和计算机16的数据输入无线连接，计算机16的信号输出和驱动装置7的控制无线连接。
所述的铺粉筒4由铺粉筒芯9和铺粉筒套10组成，二者为过盈配合，铺粉筒芯9两端设有第一轴颈8和第二轴颈11，第一轴颈8与一侧筒芯支架2上的轴承配合，第二轴颈11除了与另一侧筒芯支架2上的轴承配合，还要与驱动装置7连接，第二轴颈11比第一轴颈7长15mm～20mm。
所述的铺粉筒芯9使用铝合金制作。
所述的铺粉筒套10使用硅胶制作。
所述的无线摄像头5对铺粉表面形貌进行图像采集，并将图像传输计算机16，计算机16通过图像分析软件对铺粉质量进行评估，若铺粉质量合格，则继续采集图像；若铺粉质量不合格，则遥控驱动装置7旋转铺粉筒4，实时调整铺粉工作面，无线摄像头5继续采集调整铺粉筒4后铺粉表面形貌图像，评估是否合格，如此循环实现闭环控制。
本发明具有如下有益效果：
由于夹紧装置3能够保证铺粉筒4在正常铺粉时不发生转动，大幅降低了剪切力，同时避免了因铺粉筒4旋转导致粘粉和铺粉不均匀的问题。
由于铺粉筒4采用铺粉筒芯9和铺粉筒套10分开的设计，一旦铺粉表面全部损坏，只需更换铺粉筒套10，可以节省材料，降低成本；由于铺粉筒芯9材质为铝合金，保证铺粉筒4整体具有足够的刚度，铺粉筒套10材质为硅胶，保证铺粉工作面具有一定柔性，在碰到成型表面微小凸起时能够微变形越过障碍，避免铺粉装置发生跳动造成铺粉不平整的问题。
由于筒芯支架2和移动支架1之间装有弹性垫片6，可以对铺粉筒4进行微调，解决了传统铺粉装置水平度难以调整的问题，同时在遇到较大的障碍时，铺粉筒4可以压缩弹性6垫片上浮，避免铺粉装置卡死。
本发明可通过无线摄像头5监控铺粉表面，并通过计算机对图像数据进行实时的分析处理，一旦发现铺粉质量不佳，可以遥控驱动装置7驱动铺粉筒4旋转，避开铺粉筒4上损坏的区域，无需停止制作过程即可恢复铺粉质量，实现闭环控制，有效解决了传统铺粉装置一旦铺粉工作面被破坏，铺粉质量就急剧下降的弊端，能够保证在整个制作过程中铺粉质量优质稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的总体结构示意图。
图2是图1中的铺粉筒结构示意图。
图3是本发明的工作过程示意图。
图4是本发明无线摄像头5、驱动装置7和计算机16控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
如图1所示，一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，包括移动支架1，铺粉筒4通过两端的筒芯支架2连接在移动支架1下方，铺粉筒4通过连接在移动支架1下方的夹紧装置3夹紧，铺粉筒4的动力输入端和固定在移动支架1下方的驱动装置7连接，移动支架1上安装有无线摄像头5，筒芯支架2和移动支架1之间设有弹性垫片6，无线摄像头5的信号输出和计算机16的数据输入无线连接，计算机16的信号输出和驱动装置7的控制无线连接。
如图2所示，所述的铺粉筒4由铺粉筒芯9和铺粉筒套10组成，二者为过盈配合，铺粉筒芯9两端设有第一轴颈8和第二轴颈11，第一轴颈8与一侧筒芯支架2上的轴承配合，第二轴颈11除了与另一侧筒芯支架2上的轴承配合，还要与驱动装置7连接，因此第二轴颈11比第一轴颈7长15mm～20mm。铺粉筒芯9使用铝合金制作，铺粉筒套10使用硅胶制作。
如图3所示，铺粉时，供粉缸15上升一定距离，将粉末抬高，成型缸12则下降一个层厚的距离等待铺粉，可动态调整柔性铺粉装置14的移动支架1在外部直线电机的带动下移动，通过铺粉筒4将供粉缸15中被抬高的金属粉末推进成型缸12，同时铺粉筒4将金属粉末铺在待成型零件13的待加工截面上，完成一次铺粉，夹紧装置3保证铺粉筒4在正常铺粉时不会因为与粉末摩擦而发生转动，遇到零件表面凸起时，铺粉筒4的铺粉筒套10发生形变，越过障碍，若凸起较大，则筒芯支架2和移动支架1之间的弹性垫片6也会发生形变，此时铺粉筒4整体发生上移，保证不被卡死。
如图4所示，所述的无线摄像头5对铺粉表面形貌进行图像采集，并将图像传输给计算机16，计算机16通过图像分析软件对铺粉质量进行评估，若铺粉质量合格，则继续采集图像；若铺粉质量不合格，则遥控驱动装置7旋转铺粉筒4，实时调整铺粉工作面，无线摄像头5继续采集调整铺粉筒4后铺粉表面形貌图像，评估是否合格，如此循环实现闭环控制。

Claims (5)

1.一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，包括移动支架(1)，铺粉筒(4)两端通过筒芯支架(2)连接在移动支架(1)下方，铺粉筒(4)通过连接在移动支架(1)下方的夹紧装置(3)夹紧，其特征在于：铺粉筒(4)的动力输入和固定在移动支架(1)下方的驱动装置(7)连接，铺粉筒(4)上方的移动支架(1)上安装有无线摄像头(5)，筒芯支架(2)和移动支架(1)之间设有弹性垫片(6)，无线摄像头(5)的信号输出和计算机(16)的数据输入无线连接，计算机(16)的信号输出和驱动装置(7)的控制无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，其特征在于：所述的铺粉筒(4)由铺粉筒芯(9)和铺粉筒套(10)组成，二者为过盈配合，铺粉筒芯(9)两端设有第一轴颈(8)和第二轴颈(11)，第一轴颈(8)与一侧筒芯支架(2)上的轴承配合，第二轴颈(11)除了与另一侧筒芯支架(2)上的轴承配合，还要与驱动装置(7)连接，因此第二轴颈(11)比第一轴颈(7)长15mm～20mm。
3.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，其特征在于：所述的铺粉筒芯(9)使用铝合金制作。
4.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，其特征在于：所述的铺粉筒套(10)使用硅胶制作。
5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成型系统的可动态调整柔性铺粉装置，其特征在于：所述的无线摄像头(5)对铺粉表面形貌进行图像采集，并将图像传输计算机(16)，计算机(16)通过图像分析软件对铺粉质量进行评估，若铺粉质量合格，则继续采集图像；若铺粉质量不合格，则遥控驱动装置(7)旋转铺粉筒(4)，实时调整铺粉工作面，无线摄像头(5)继续采集调整铺粉筒(4)后铺粉表面形貌图像，评估是否合格，如此循环实现闭环控制。
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