CN105618754B - 选择性激光熔化多功能成型工作台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性激光熔化多功能成型工作台，包括工作平台和用于驱动工作平台垂直运动并作液压平衡的垂直运动控制系统；工作平台包括自下而上依次设置的移动基台、加热基板和成型基板；垂直运动控制系统包括同步驱动装置和液压平衡控制装置，同步驱动装置包括两套分设在移动基台两侧并可同步工作驱动移动基台垂直运动的分驱动机构，液压平衡控制装置包括平衡油缸和与平衡油缸内油液相通并可对自身内气体压缩的蓄能器；提高工作平台在垂直运动上的精度控制，降低垂直驱动机构的承载，使其不仅可适用于成型小高度零件，而且可适用于大面积成型领域，在成型大高度零件时可承受工作平台大范围的重量变化。

Description

选择性激光熔化多功能成型工作台
技术领域
本发明涉及选择性激光熔化领域，特别涉及一种选择性激光熔化多功能成型工作台。
背景技术
选择性激光熔化，又称SLM，是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后实现与固体金属冶金焊合成型，选择性激光熔化正是通过此过程，层层累积成型出三维实体。根据成型件三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统控制激光束作用于待成型区域内的粉末，一层扫描完毕后，工作平台会下降一个层的距离后接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。然后，重复上述两个成型过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。
基于上述选择性激光熔化逐层加工的工艺特点，在成型零件的过程中，工作平台的重量会逐渐增加，对于成型面积小的工作平台，工作平台重量的变化对传动机构的影响不大，而对于大面积成型工作平台，成型大高度零件时，仅仅依靠现有的滚珠丝杠传动机构无法承受工作平台大范围内的重量变化。
因此，需要对现有的选择性激光熔化工作台进行改进，提高工作平台在垂直运动上的精度控制，降低垂直驱动机构的承载，使其不仅可适用于成型小高度零件，而且可适用于大面积成型领域，在成型大高度零件时可承受工作平台大范围的重量变化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种选择性激光熔化多功能成型工作台，提高工作平台在垂直运动上的精度控制，降低垂直驱动机构的承载，使其不仅可适用于成型小高度零件，而且可适用于大面积成型领域，在成型大高度零件时可承受工作平台大范围的重量变化。
本发明的选择性激光熔化多功能成型工作台，包括工作平台和用于驱动工作平台垂直运动并作液压平衡的垂直运动控制系统；
工作平台包括自下而上依次设置的移动基台、加热基板和成型基板；
垂直运动控制系统包括同步驱动装置和液压平衡控制装置，同步驱动装置包括两套分设在移动基台两侧并可同步工作驱动移动基台垂直运动的分驱动机构，液压平衡控制装置包括平衡油缸和与平衡油缸内油液相通并可对自身内气体压缩的蓄能器，所述平衡油缸的活塞杆承压于工作平台的底部。
进一步，每一分驱动机构均为滚珠丝杠传动机构，包括滚珠丝杠、螺母滑块和驱动电机，螺母滑块固定连接于移动基台。
进一步，工作台还包括至少两组设置在加热基板上用于成型基板顶升取件的顶升机构，顶升机构包括上楔块、下楔块、设置在上楔块上的顶升件和可驱动下楔块前后移动的驱动组件，顶升件设置至少两个，上楔块与所述下楔块的结合面形成锯齿形斜面结构。
进一步，驱动组件包括牵引件和与牵引件螺纹旋动配合并可绕自身轴线转动的方式设置的顶升旋动件，下楔块与所述牵引件固定连接。
进一步，顶升件为重载万向滚珠。
进一步，工作台还包括用于对工作平台水平度调整的调平装置，加热基板内布置至少一个调平触点，每一调平触点安装一个所述调平装置。
进一步，调平装置包括调平螺钉、连接加热基板与移动基台的紧固螺钉和设置在连接螺钉的螺头与加热基板之间的蝶形弹簧，调平螺钉下端穿过加热基板并可紧紧抵靠于移动基台上，蝶形弹簧包括至少一个蝶形簧片。
进一步，工作平台还包括设置在加热基板底部用于粉尘密封的密封毛毡。
进一步，工作台还包括安装在移动基台上的粉末防护装置，粉末防护装置包括刮屑板和与刮屑板固定连接的收粉槽，刮屑板与工作台的挡粉板紧密贴合并可相对运动。
进一步，蓄能器为囊式蓄能器。
本发明的有益效果：本发明的选择性激光熔化多功能成型工作台，两个分设在移动基台两侧的分驱动机构对移动基台同步驱动，并在垂直驱动的同时，通过平衡油缸和蓄能器的作用进行液压平衡，可大大增加对工作平台垂直驱动的承载，并提高工作平台在垂直运动上的精度控制，从而使得本发明不仅可适用于成型小高度零件，而且可主要适用于大面积成型领域，用于大型重载工作平台，在成型大高度零件时可承受工作平台大范围的重量变化。
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为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构去除成型基板结构示意图；
图3为本发明中的工作平台垂直运动原理示意图；
图4为本发明中的液压平衡控制装置原理示意图；
图5为本发明中的顶升机构结构示意图；
图6为本发明中的顶升机构运动原理示意图；
图7为本发明中的顶升机构未顶升状态示意图；
图8为本发明中的顶升机构处于顶升状态示意图；
图9为本发明中的调平触点分布示意图；
图10为本发明中的调平装置结构示意图；
图11为本发明中的调平装置工作状态结构示意图；
图12为本发明中的粉末防护装置结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明整体结构示意图，图2为本发明整体结构去除成型基板结构示意图，图3为本发明中的工作平台垂直运动原理示意图，图4为本发明中的液压平衡控制装置原理示意图，图5为本发明中的顶升机构结构示意图，图6为本发明中的顶升机构运动原理示意图，图7为本发明中的顶升机构未顶升状态示意图，图8为本发明中的顶升机构处于顶升状态示意图，图9为本发明中的调平触点分布示意图，图10为本发明中的调平装置结构示意图，图11为本发明中的调平装置工作状态结构示意图，图12为本发明中的粉末防护装置结构示意图，如图1至图12所示：本实施例的选择性激光熔化多功能成型工作台，包括工作平台1和用于驱动工作平台1垂直运动并作液压平衡的垂直运动控制系统；
工作平台1包括自下而上依次设置的移动基台1-1、加热基板1-2和成型基板1-3；如图所示，自下而上是指沿工作平台1整体的下部至上部的方向，加热基板1-2固定设置在移动基台1-1上，成型基板1-3放置在加热基板1-2上，成型基板1-3上放置成型粉末，当三维物体烧结成型时，成型基板1-3自加热基板1-2上取下，基板基台可上下沿垂直方向移动，带动加热基板1-2和成型基板1-3共同垂直移动；
垂直运动控制系统包括同步驱动装置和液压平衡控制装置，同步驱动装置包括两套分设在移动基台1-1两侧并可同步工作驱动移动基台1-1垂直运动的分驱动机构2，液压平衡控制装置包括平衡油缸3和与平衡油缸3内油液相通并可对自身内气体压缩的蓄能器4，所述平衡油缸3的活塞杆承压于工作平台1的底部；其中，分驱动机构2设置两组，移动基台1-1为门字形结构，每一组分驱动机构2对应移动基台1-1的一侧侧板设置，另外，蓄能器4可为弹簧式蓄能器4、气囊式蓄能器4或活塞式蓄能器4，当工作平台1下降重量增加时，平衡油缸3内油压升高，油液被压入蓄能器4，蓄能器4内气体被压缩，通过此过程，可有效的衰减油液形成的脉动，使整体工作平台1平稳的下降。
本实施例中，每一分驱动机构2均为滚珠丝杠传动机构，包括滚珠丝杠2-1、螺母滑块2-2和驱动电机，螺母滑块2-2固定连接于移动基台1-1；其中，滚珠丝杠2-1可绕自身轴线转动，滚珠丝杠2-1上下两端通过轴承安装，驱动电机为伺服电机，用于驱动滚珠丝杠2-1转动，滚珠丝杠2-1与螺母滑块2-2螺纹转动配合。
本实施例中，工作台还包括至少两组设置在加热基板1-2上用于成型基板1-3顶升取件的顶升机构5，如图所示，加热基板1-2上设置有用于安装顶升机构5的安装槽5-1，顶升机构5包括上楔块5-2、下楔块5-3、设置在上楔块5-2上的顶升件5-4和可驱动下楔块5-3前后移动的驱动组件，顶升件5-4设置至少一个，上楔块5-2与所述下楔块5-3的结合面形成锯齿形斜面结构；在选择性激光熔化成型后的零件和成型基板1-3烧结在一起，对于大面积成型零件重量高达数吨，取件很不方便，通过设置的顶升机构5，可实现大型成型零件的快速取件，顶升机构5设置两组，当烧结进行时，成型基板1-3与加热基板1-2贴合，当烧结完成后，通过驱动组件驱动下楔块5-3前后移动，上楔块5-2与下楔块5-3通过斜面接触，实现上下移动，安装于上楔块5-2上的顶升件5-4随上楔块5-2上下移动，将成型基板1-3顶起，使之脱离加热基板1-2；另外，上楔块5-2与下楔块5-3采用锯齿形斜面结构，在保证上、下楔块5-3自锁角度的情况下，实现上、下楔块5-3大面积接触，提高了承载能力；另外，顶升机构5还包括底板5-8、前挡板5-9和后挡板5-10，前挡板和后挡板分别设置在底板前后两端。
本实施例中，驱动组件包括牵引件5-5和与牵引件5-5螺纹旋动配合并可绕自身轴线转动的方式设置的顶升旋动件5-6，下楔块5-3与所述牵引件5-5固定连接；其中，牵引件5-5为圆柱螺母，上设螺纹孔，顶升旋动件5-6为顶升螺钉，当旋动顶升螺钉时，带动圆柱螺母前后移动，从而带动下楔块5-3同步前后移动；另外，顶升机构还包括一导向销5-11。
本实施例中，顶升件5-4为重载万向滚珠；可变滑动摩擦为滚动摩擦，大大减小了取件时的摩擦力，另外，成型基板1-3的底侧对应每一顶升件5-4设置有V形槽5-7。
本实施例中，工作台还包括用于对工作平台1水平度调整的调平装置6，加热基板1-2内布置至少一个调平触点7，每一调平触点7安装一个所述调平装置6；基于选择性激光熔化逐层加工的工艺特点，工作平台1的平面度直接影响到铺粉的均匀性，进而影响到零件成型质量，而且成型面积越大，平面度越难以保证；通过多调平触点7布置，实现大平面的平面度多点调整，进而达到大平面较好的平面度。
本实施例中，调平装置6包括调平螺钉6-1、连接加热基板1-2与移动基台1-1的紧固螺钉6-2和设置在连接螺钉的螺头与加热基板1-2之间的蝶形弹簧6-3，调平螺钉6-1下端穿过加热基板1-2并可紧紧抵靠于移动基台1-1上，蝶形弹簧6-3包括至少一个蝶形簧片；其中，蝶形弹簧6-3为小变形大弹力蝶形弹簧6-3，调平螺钉6-1和小变形大弹力蝶形弹簧6-3实现单触点加热基板1-2高度的微量变化，进而与其他触点组合实现大型工作平台1平面度的调整。
本实施例中，工作平台1还包括设置在加热基板1-2底部用于粉尘密封的密封毛毡1-4；密封毛毡外侧与工作台的挡粉板贴合，用于防止粉尘泄漏。
本实施例中，工作台还包括安装在移动基台1-1上的粉末防护装置8，粉末防护装置包括刮屑板8-1和与刮屑板8-1固定连接的收粉槽8-2，刮屑板8-1与工作台的挡粉板9紧密贴合并可相对运动；整个成型工作台在粉末挡板组成的密封腔内垂直运动，虽然在粉末挡板和移动工作平台1之前有密封毛毡作底仓和成型仓的粉末密封，但是不可避免有金属粉末下漏到传动机构，如果不在传动机构上加装防护，必然会加快分驱动机构2的磨损，降低使用寿命，而现有的防滑罩体积庞大占用空间；因此，设置粉末防护装置，在相对运动的过程中，刮屑板8-1可将粘在粉末挡板9上的金属粉末刮落到收粉槽8-2中，同时可将下漏的粉末回收到收粉槽8-2中；将传统防护罩被动防护方式为清理收集主动防护方式，且结构紧凑，节省安装空间；另外，刮屑板8-1与粉末挡板间还设置有刮粉舌板8-3。
本实施例中，蓄能器4为囊式蓄能器。
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 (8)

1.一种选择性激光熔化多功能成型工作台，包括工作平台和用于驱动工作平台垂直运动并作液压平衡的垂直运动控制系统；
所述工作平台包括自下而上依次设置的移动基台、加热基板和成型基板；
所述垂直运动控制系统包括同步驱动装置和液压平衡控制装置；所述工作台还包括至少两组设置在加热基板上用于成型基板顶升取件的顶升机构，所述工作台还包括用于对工作平台水平度调整的调平装置，所述加热基板内布置至少一个调平触点，每一调平触点安装一个所述调平装置，其特征在于：
所述同步驱动装置包括两套分设在移动基台两侧并可同步工作驱动移动基台垂直运动的分驱动机构，所述液压平衡控制装置包括平衡油缸和与平衡油缸内油液相通并可对自身内气体压缩的蓄能器，所述平衡油缸的活塞杆承压于工作平台的底部；
所述顶升机构包括上楔块、下楔块、设置在上楔块上的顶升件和可驱动下楔块前后移动的驱动组件，顶升件设置至少两个，所述上楔块与所述下楔块的结合面形成锯齿形斜面结构，驱动组件驱动下楔块前后移动，上楔块通过斜面接触实现上下移动，顶升件随上楔块上下移动用于将成型基板顶起。
2.根据权利要求1所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：每一所述分驱动机构均为滚珠丝杠传动机构，包括滚珠丝杠、螺母滑块和驱动电机，所述螺母滑块固定连接于移动基台。
3.根据权利要求2所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述驱动组件包括牵引件和与牵引件螺纹旋动配合并可绕自身轴线转动的方式设置的顶升旋动件，所述下楔块与所述牵引件固定连接。
4.根据权利要求3所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述顶升件为重载万向滚珠。
5.根据权利要求4所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述调平装置包括调平螺钉、连接加热基板与移动基台的紧固螺钉和设置在连接螺钉的螺头与加热基板之间的蝶形弹簧，所述调平螺钉下端穿过加热基板并可紧紧抵靠于移动基台上，所述蝶形弹簧包括至少一个蝶形簧片。
6.根据权利要求5所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述工作平台还包括设置在加热基板底部用于粉尘密封的密封毛毡。
7.根据权利要求6所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述工作台还包括安装在移动基台上的粉末防护装置，所述粉末防护装置包括刮屑板和与刮屑板固定连接的收粉槽，所述刮屑板与工作台的挡粉板紧密贴合并可相对运动。
8.根据权利要求7所述的选择性激光熔化多功能成型工作台，其特征在于：所述蓄能器为囊式蓄能器。
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