CN105562687A - 不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，包括工作台、成形缸、喷粉装置和铺粉装置，成形缸上表面设置在工作台上，喷粉装置和铺粉装置分别设置在成形缸两侧，喷粉装置特征在于：包括喷粉电动导轨、支座、喷嘴电动导轨、喷嘴，喷嘴设置在喷嘴电动导轨上，喷嘴电动导轨通过支座设置在喷粉电动导轨上，喷粉电动导轨固定在工作台上，铺粉装置包括粉末漏斗、刮粉电动导轨和支架，粉末漏斗通过支架设置在刮粉电动导轨上，刮粉电动导轨固定在工作台上。本发明结合选择性激光熔融和激光熔覆同轴送粉技术，解决了梯度材料复合增材制造中有效回收粉末、成形任何方向梯度复杂零件的问题。

Description

不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及到一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置。
背景技术
梯度材料是20世纪80年代出现的一种新型功能材料，它具有耐高温、耐磨损等许多优良性能，由于其结构和性能的优异特性，已成为材料领域研究的热点。目前，已开发的梯度材料制备方法主要有：化学气相沉积法、物理蒸发法、等离子喷涂法、颗粒梯度排列法、自蔓延高温合成法、液膜直接成法及薄膜浸渗成型法等，然而这些方法很难加工复杂精密梯度零件。
选区激光熔融技术（SelectiveLaserMelting,SLM）是增材制造技术的最新发展，该技术基于增材制造的基本思想，即分层制造、逐层叠加的制造方式，根据三维CAD模型直接成形具有特定几何形状的零件，成形过程不受零件复杂程度的限制，适用于复杂精密零件的生产，是目前最具应用前景的数字化加工方式。然而，到目前为止，SLM技术一次只能够成形一种材料。
为了实现多种材料复合增材制造，从而实现增材制造梯度材料零件，国内外研究机构开发了多种不同铺粉装置。专利申请号为201120087909.9的实用新型专利介绍了一种直接制造梯度零件的装置，该装置采用两个铺粉系统实现两种材料的堆积铺粉，但是只局限于堆积方向上两种材料成形，且粉末回收困难。专利申请号为201310079301.3的发明专利介绍了一种可以在一次成形中多次改变粉末配比，制备成形多材料任意复合的梯度材料零件的随动送铺粉机构，然而该原理并未解决粉末回收困难的问题。德国CONCEPTLaserM2金属成形机通过结合一套夹具系统也可以实现加工梯度材料，但是只局限于堆积方向上多材料成形，并且操作复杂，效率低。
发明内容
本发明旨在提供一种不同粉末复合使用的SLM送铺粉装置，解决梯度材料复合增材制造中有效回收粉末、成形任何方向梯度复杂零件的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种不同粉末复合使用的SLM送粉铺粉装置，具体包括：工作台1，固定板2，刮粉电动导轨4，粉末漏斗5，刮刀6，第一滑块7，支架8，成形缸9，喷粉电动导轨10，滚珠丝杆11，喷嘴电动导轨12，第二滑块13，支座14，喷嘴滑块15，喷管16，喷嘴17，回收缸18，储粉箱19。
结合图1，所述成形缸9安装在工作台1上，成形缸9两侧分别安装有2个回收缸18，成形缸9正下方安装有滚珠丝杆11，成形缸9另外两侧平行对称安装有2根喷粉电动导轨10，喷粉电动导轨10上表面与工作台1上表面平行。每根喷粉电动导轨10上设置有相应的第二滑块13，第二滑块13上固连支座14，支座14两端底部分别与一个第二滑块13相固连且与第二滑块13的移动方向相垂直，支座14为“n”形或者梯形；在支座14的一侧固连喷嘴电动导轨12，喷嘴电动导轨12与工作台1平行，喷嘴电动导轨12上设置安装有相应的喷嘴滑块15，喷嘴滑块15的移动方向与第二滑块13的移动方向垂直；所述喷管16与喷嘴滑块15相固连，且喷管16与喷嘴滑块15的移动方向相垂直，喷管16的下方固定安装有喷嘴17。
2根喷粉电动导轨10两侧平行对称安装有2根刮粉电动导轨4，所述刮粉电动导轨(4)分别设置在2根喷粉电动导轨10的内侧且与喷粉电动导轨10平行，每根刮粉电动导轨4上设置有相应的第一滑块7，每个支架8分别与相应的第一滑块7固连且与第一滑块7的移动方向相垂直；粉末漏斗5两端分别与每个支架8相固连，粉末漏斗5底部矩形口固定安装有刮刀6。储粉箱(19)通过固定板(2)固连在工作台(1)的一侧，并且与喷嘴(16)相对安装。
结合图2和图3，本发明一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置的漏粉装置，包括漏斗口20，出粉口21，旋转轴22，传动带23，第二旋转电机24，旋转薄片25。所述粉末漏斗5上部开有漏斗口20，底部开有出粉口21；出粉口21上方安装有旋转薄片25，旋转薄片25两端沿轴线分别固连有旋转轴22；所述第二旋转电机24固定安装在粉末漏斗5上，第二旋转电机24的转轴与旋转轴22一侧的旋转轴22-1平行安装，且通过传动带23连接第二旋转电机24和旋转轴22-1。
结合图4、图5和图6，本发明一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置的送粉装置，所述储粉箱19底部开有出粉口29；套筒27安装在出粉口29下方，所述套筒27表面开有长槽28；套筒27两侧沿轴线分别固连有两个转动轴26，其中一个转动轴26-1通过联轴器与第一旋转电机3相连。
结合图6和图7，所述储粉箱19通过第一连接孔30与固定板2上的第二连接孔31固连。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1）具有一个定量送粉装置和一个喷管送粉装置，根据加工需要定量定区域送粉，可在一次加工中实现2种，甚至多种粉末混合增材制造，支持梯度材料零件加工；2）通过喷粉定量供给梯度材料，无需回收喷粉材料，解决了梯度材料SLM加工粉末回收困难的问题；3）粉末漏斗送粉量由套筒的转动控制，较现有的送粉缸供应粉末方式相比，可以节约粉末材料；4）将送粉装置和铺粉装置分离开，送粉装置不随铺粉进程来回移动，可以减少设计空间和能源消耗；5）采用柔性刮刀，可避免铺粉过程对已成形表面的刮擦，且对已成形表面的凹陷凸起等缺陷有一定的修正补偿作用。
附图说明
图1为本发明不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置的三维示意图。
图2为本发明粉末漏斗以及柔性刮刀三维示意图。
图3为本发明旋转薄片三维示意图。
图4为本发明储粉箱三维示意图。
图5为本发明储粉箱固定板三维示意图。
图6为本发明储粉箱剖面图。
图7为本发明粉末漏斗三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，具体包括：工作台1，固定板2，第一旋转电机3，刮粉电动导轨4，粉末漏斗5，刮刀6，第一滑块7，支架8，成形缸9，喷粉电动导轨10，滚珠丝杆11，喷嘴电动导轨12，第二滑块13，支座14，喷嘴滑块15，喷管16，喷嘴17，回收缸18，储粉箱19，漏斗口20，出粉口21，旋转轴22，传动带23，第二旋转电机24，旋转薄片25，转动轴26，套筒27，长槽28，漏粉口29，第一连接孔30，第二连接孔31。
结合图1，所述成形缸9安装在工作台1，成形缸9两侧分别安装有2个回收缸18，回收缸18回收工作台1表面多余的粉末；成形缸9正下方安装有滚珠丝杆11，滚珠丝杆11用于升降成形缸9；成形缸9的另外两侧分别平行对称安装有2根喷粉电动导轨10，喷粉电动导轨10上表面与工作台1上表面平行。每根喷粉电动导轨10上设置有相应的第二滑块13，第二滑块13上固连“n”形或梯形支座14，支座14两端底部分别与一个第二滑块13相固连且与第二滑块13的移动方向相垂直；在支座14的一侧固连喷嘴电动导轨12，喷嘴电动导轨12与工作台1平行，喷嘴电动导轨12上设置有相应的喷嘴滑块15，喷嘴滑块15的移动方向与第二滑块13的移动方向垂直；所述喷管16与喷嘴滑块15相固连，且与喷嘴滑块15的移动方向相垂直，喷管16的下方安装有喷嘴17,通过控制喷粉电动导轨10和喷嘴电动导轨12的组合运动可以实现单层精确喷粉。
在2根喷粉电动导轨10两侧平行对称安装2根刮粉电动导轨4，刮粉电动导轨4分别设置在2根喷粉电动导轨10的内侧且与喷粉电动导轨10平行，每根刮粉电动导轨4上设置有相应的第一滑块7，每个第一滑块7上固连有相应的支座8，且支座8与第一滑块7的移动方向相垂直；粉末漏斗5两端分别与支座8固连，粉末漏斗5的底部开有矩形口，且矩形口固定安装有刮刀6，刮刀6为柔性刮刀，该柔性刮刀由多个分布均匀的不锈钢柔性梳齿组成，其中优选安装两片刮刀6，并且以交错叠加的方式安装在粉末漏斗5底部矩形口两侧。所述的工作台1与喷嘴16相对的一侧固定安装固定板2，固定板2上装有储粉箱19，储粉箱19储存有SLM加工过程的粉末。
结图2和图3，本发明一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置的漏粉装置，包括漏斗口20，出粉口21，旋转轴22，传动带23，第二旋转电机24，旋转薄片25。所述粉末漏斗5上部开有漏斗口20，漏斗口20与套筒27上的长槽28相对应，其宽度相等或稍大于长槽28的宽度；所述旋转薄片25沿轴线两端设置有两个旋转轴22，其中优选轴承连接的方式将旋转薄片25安装到粉末漏斗5上；所述第二旋转电机24固定安装在粉末漏斗5上，第二旋转电机24的转轴与旋转轴22为平行安装，其中优选通过传动带23连接第二旋转电机24和旋转轴22-1。第二旋转电机24控制旋转轴22-1运动，旋转轴22带动旋转薄片25绕旋转轴22转动，同时粉末漏斗5在刮粉电动导轨4作用在移动，从而将粉末均匀地铺覆在成形缸表面。
结合图4、图5和图6，本发明一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置的送粉装置，所述储粉箱19底部开有出粉口29；所述套筒27安装在出粉口29正下方，套筒27表面开有长槽28，其宽度相等或稍大于出粉口29；套筒27沿轴线有转动轴26，转动轴26-1通过联轴器与第一旋转电机3相连。第一旋转电机3控制转动轴26运动，转动轴26带动套筒27旋转。当长槽28与出粉口相对是，粉末从储粉箱19进长槽28下落到套筒27内；当粉末漏斗5运动到套筒27正下方时，套筒27旋转，使得粉末漏斗5的漏斗口20与长槽28相对，粉末下落到粉末漏斗5中，从而完成下一次铺粉。
结合图6和图7，所述储粉箱19通过第一连接孔30与固定板2上的第二连接孔31固连，其中优选螺栓连接方式。
以成形A、B两种粉末的零件为例，本发明装置的具体工作过程如下：
（a）首先将粉末A、B分别装入喷粉装置和储粉箱19中；
（b）调整滚珠丝杆11下降一个层厚s；
（c）根据零件CAD图，由喷粉系统定量定区喷置层厚s的粉末A，其中优选层厚20~200微米；
（d）控制喷粉电动导轨10，使喷粉系统回到工作台一侧；
（e）控制聚焦后的激光束按照当前层粉末A的填充扫描路径扫描，熔铸粉末A；
（f）控制刮粉电动导轨4使粉末漏斗5精确定位在套筒27的正下方；
（g）启动第一旋转电机3，套筒27在启动第一旋转电机3的带动下开始转动，当长槽28与出粉口29连通时，粉末落入套筒27；控制第一旋转电机3使套筒27继续转动180°，套筒27内的粉末则落入粉末漏斗5中；
（h）控制刮粉电动导轨4，粉末漏斗5在电机的带动下，沿着刮粉电动导轨4方向进行平移运动，安装在粉末漏斗5下方的刮刀6铺粉运动，同时启动第二旋转电机24，带动旋转薄片25转动，粉末B则均匀地铺覆在成形缸9表面，铺粉层厚s。粉末B铺粉完成后，继续控制第二旋转电机24，使得旋转薄片25回复到初始位置。通过成形缸9两侧的回收缸18回收铺粉过程中多余粉末B；
（i）激光根据当前层粉末B的填充扫描路径扫描，融铸粉末B；
（j）烧结完成后，调整滚珠丝杆11下降一个层厚s；
（k）连续地重复步骤（a）、（b、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）、（h）、（i）和（j），直至零件加工完成。

Claims (4)

1.一种不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，其特征在于：包括工作台(1)、刮粉电动导轨(4)、粉末漏斗(5)、第一滑块(7)、支架(8)、成形缸(9)、喷粉电动导轨(10)、滚珠丝杆(11)、喷嘴电动导轨(12)、第二滑块（13）、支座(14)、喷嘴滑块(15)、喷管(16)、喷嘴(17)、回收缸(18)和储粉箱(19)；成形缸(9)安装在工作台(1)上，成形缸(9)两侧分别对称安装有2个回收缸(18)，成形缸(9)正下方安装有滚珠丝杆(11)，成形缸(9)另外两侧分别平行对称安装有2根喷粉电动导轨(10)，喷粉电动导轨(10)上表面与工作台(1)上表面平行；每根喷粉电动导轨(10)上设置有相应的第二滑块(13)，支座(14)的两端底部分别固连在两个第二滑块(13)上且与第二滑块(13)的移动方向相垂直；在支座(14)的一侧固连喷嘴电动导轨(12)，喷嘴电动导轨(12)与工作台(1)平行，喷嘴电动导轨(12)上设置有相应的喷嘴滑块(15)，喷嘴滑块(15)的移动方向与第二滑块(13)的移动方向垂直；所述喷管(16)与喷嘴滑块(15)相固连，且与喷嘴滑块(15)的移动方向相垂直，喷管(16)的下方安装有喷嘴(17)；分别在2根喷粉电动导轨(10)的内侧平行对称安装2根刮粉电动导轨(4)，刮粉电动导轨(4)分别与喷粉电动导轨(10)平行，每根刮粉电动导轨(4)上设置有相应的第一滑块(7)，每个第一滑块(7)与一个支架(8)固连，且支架(8)与第一滑块(7)的移动方向相垂直；粉末漏斗(5)两端分别与一个支架(8)固连；在工作台(1)上正对喷嘴(16)的一侧固连有储粉箱(19)。
2.根据权利要求1所述的不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，其特征在于：所述储粉箱(19)通过固定板(2)固连在工作台(1)一侧。
3.根据权利要求1所述的不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，其特征在于：还包括第一旋转电机(3)，所述储粉箱(19)底部开有出粉口(29)；套筒(27)安装在出粉口(29)正下方，所述套筒27表面开有长槽(28)，其宽度相等或稍大于出粉口(29)；套筒(27)沿轴线固定安装有两个转动轴(26)，其中一个转动轴(26-1)通过联轴器与第一旋转电机(3)相连。
4.根据权利要求1或3所述的不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置，其特征在于：所述粉末漏斗(5)上部开有漏斗口(20)，漏斗口(20)与套筒(27)的长槽(28)相对应，其宽度相等或稍大于长槽(28)的宽度；旋转薄片(25)通过轴承连接的方式安装在粉末漏斗(5)内；还包括第二旋转电机(24)，第二旋转电机(24)固定安装在粉末漏斗(5)上带动旋转薄片(25)转动；粉末漏斗(5)底部矩形口固定安装有刮刀(6)，且刮刀(6)为柔性刮刀。
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