CN106141187B - 一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置及其使用方法，其上部为漏斗，漏斗上有漏斗盖，通过螺钉与漏斗连接，在漏斗的下部出口处固连有一法兰，漏斗通过法兰与滑移导槽相连接，滑移导槽上装有给粉滑块，给粉滑块上装有盛粉槽，滑移导槽的上导轨面上设有上漏粉孔，该上漏粉孔与漏斗底部开口相连通，滑移导槽的下导轨面具有一下漏粉孔，给粉滑块的一个侧面上装有防尘滚动轴承，防尘滚动轴承与贯穿式步进电机的丝杆连接。采用简单的滑块滑移运动实现盛粉槽与两漏粉孔分别连通，实现定量给粉，不易发生粉末间隙泄漏,可通过贯穿式步进电机结合接近开关实现滑移运动的控制，无需使用昂贵的伺服电机，节省了装置构建成本。

Description

一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置及使用方法

技术领域

本发明属于金属零件的增材制造技术领域，涉及一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置及使用方法。

背景技术

当前增材制造技术的研究正进行得如火如荼，实现功能性金属零件的直接增材制造是该研究的重要目标之一。在现有金属零件的增材制造工艺中，选区激光熔化（Selective Laser Melting-SLM）是其中极具发展前景的一种，其工作原理一般可描述如下：成型平台先下降一个层厚，接着给粉装置定量供给金属粉末，然后铺粉装置将定量供给的金属粉末平铺预置到成型平台，最后计算机控制激光束按零件切片图形轮廓选择性熔化预先铺设好的金属粉末，并凝固成为零件的一个实体层片。重复上述成型平台下降、粉末定量供给、粉末平铺预置、熔化选区内粉末的动作过程，即可逐层将整个零件打印出来。

与传统的加工方式相比，SLM可以根据具有几乎任意复杂形状的零件三维模型，快速得到具有完全冶金结合、高精度的近乎致密金属零件，零件稍经打磨抛光即可投入使用。

现有激光选区熔化技术多通过粉缸供给粉末材料。在成型过程中，成型平台先下降一层的高度，粉缸再上升一定的距离，然后铺粉辊或铺粉刮板将粉缸中的粉末平铺到成型平台上，完成新一层的粉末供给及粉末铺设。在这种方案中，激光选区熔化系统的粉末供给量主要是由粉缸的上升量来决定的。这种方案可定量给粉，但是粉缸集成到成型室内，因而造成成型室空间太大，在成型过程中，需消耗更多的保护气体、铺粉行程更长从而降低了成型效率，并且需要采用伺服电机精确控制粉缸的上升量，为防止粉末泄漏，也需复杂的缸与活塞配合设计，因而粉缸给粉还具有制造成本高的缺点。

激光选区熔化技术也可以使用漏斗定量给粉，成型过程中，当成型新一层前，成型平台先下降一层的距离，漏斗下泄定量粉末，随后激光选区熔化设备的铺粉装置将粉末平刮到成型平台上，完成一层粉末的供给及粉末铺设。漏斗除可如粉缸一样内置成型室内给粉外，还可外置于成型室外通过粉末下泄给粉，采用后一种方案则有利于减小成型室空间，降低成型过程成本。当前采用漏斗定量给粉时，多采用转辊的回转运动实现粉末的定量下泄，例如申请号 CN201310667154.1，申请名称为“一种激光选区熔化SLM设备铺粉装置及铺粉方法”的发明专利就采用到这类漏斗，漏斗采用燕尾槽式转辊的大径与漏斗主体的圆弧段相切实现封闭粉末功能；采用燕尾槽定量容纳金属粉末，当燕尾槽式转辊作回转运动时，每个燕尾槽由与漏斗主体上部连通逐渐变成与漏斗主体上部不连通，在与漏斗主体上部连通时，燕尾槽装入定量粉末，在与漏斗上部不连通时，燕尾槽向漏斗外释放定量粉末，漏斗单位时间内漏出的粉末量由燕尾槽式转辊的伺服电机转速、燕尾槽的容积、燕尾槽的数量决定。

在这类方案中，一般需采用较昂贵的伺服电机对转辊的转角进行精确定位，并且转辊与漏斗之间的配合间隙及安装要求十分苛刻，由于激光选区熔化多采用200目～500目细微粉末作为成型材料，因此要求配合间隙过大则很容易使细小的粉末颗粒从配合间隙处泄漏掉，如配合间隙太小，则很容易使转辊卡死在漏斗间，因此给粉装置零件的加工甚为困难，也增加了制造成本。另一方面，由于转辊上同时存在多个燕尾槽，则转辊上用于密封粉末的每段圆弧配合长度太短，当转辊静止时，需要密封住漏斗主体上部的粉末，但在重力作用下，粉末却易于从有倾斜角度的配合间隙中泄露；此外，在实际应用中，所采用的金属粉末中除200目～500目粉末外，常常还混合有大于500目的更细小粉末，这样，更难保证转辊式定量给粉方法不发生粉末泄漏。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置及使用方法，它在激光选区熔化过程中可定量供给每一层粉末，并具有简单易行、成本低廉、粉末不易发生泄漏的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其上部为漏斗，漏斗上有漏斗盖，通过螺钉与漏斗连接，以防止粉末漏出漏斗时空气进入漏斗，在漏斗的下部出口处固连有一法兰，漏斗通过法兰与滑移导槽相连接，滑移导槽上装有给粉滑块，滑移导槽具有上下左右四个导轨面，其中上、下两导轨面，左右两导轨面相互平行，在上导轨面上设有上漏粉孔，该上漏粉孔与漏斗底部开口相连通，下导轨面具有一下漏粉孔，给粉滑块的一个侧面上装有防尘滚动轴承，防尘滚动轴承与贯穿式步进电机的丝杆连接。

所述漏斗的一个剖面呈V型，以便粉末在重力作用下自由向下汇聚到漏斗底部开口处。

在所述给粉滑块中设置有盛粉槽安装座，盛粉槽安装座用于安装盛粉槽，盛粉槽的容积为一次泄粉的容积，盛粉槽为一个可拆卸的零件，盛粉槽安装座及盛粉槽的一剖面的上部呈方形，下部呈V型，因而只要将有不同容积的盛粉槽插入盛粉槽安装座内，即可使盛粉槽定位在盛粉槽安装座上，并改变一次漏粉的量。

所述下漏粉孔与上漏粉孔在水平面上的投影中心的距离即为给粉滑块每给粉一次所行走的距离的一半。

所述贯穿式步进电机通过电机主体上的安装孔安装到步进电机安装座上；步进电机安装座再通过螺钉安装到滑移导槽的一个开口端面上。

在所述给粉滑块两侧还装有防尘圈，从而保证良好防尘效果，给粉滑块与滑移导槽配合安装后，应使一个防尘圈位于上漏粉孔的左侧，另一个防尘圈位于下漏粉孔的右侧，并且使当给粉滑块在左限位时，右侧的防尘圈不能穿越下漏粉孔，当给粉滑块在右限位时，左侧的防尘圈不能穿越上漏粉孔，给粉滑块运动的左、右限位分别通过安装在步进电机安装座及导槽端盖上的接近开关实现。

所述给粉滑块采用铁磁性材料制成，从而使接近开关能无接触地感应到给粉滑块的接近。

一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置的使用方法，其使用步骤如下：

定量给粉装置的给粉滑块初始位置在滑移导槽左限位，这时盛粉槽与滑移导槽的上漏粉孔及漏斗相连通，给粉滑块将滑移导槽的下漏粉孔封闭，因而定量给粉装置处于装粉状态。打开漏斗盖，装入所需的粉末后，定量给粉装置即可用于激光选区熔化成型过程的定量给粉，在激光选区熔化每一层粉末成型前，处于初始位置的盛粉槽已自动装满粉末；当贯穿式步进电机旋转时，丝杆带动给粉滑块向前沿滑移导槽水平滑移，使盛粉槽位于滑移导槽的下漏粉孔上方，与滑移导槽的下漏粉孔相连通，同时此时给粉滑块的位置也将漏斗内的粉末封闭起来，这时，定量给粉装置处于给粉状态：盛粉槽内的粉末全部在重力作用下漏出供给当前层的激光选区熔化成型使用，如一次给粉量不够，可多次往复运动定量给粉滑块，实现更多的粉末供给，如需改变一次给粉量，可通过更换不同容积的盛粉槽零件实现。

本发明的积极效果是：

1.采用滑块在导槽中水平滑移方式实现粉末定量供给，滑块与导槽配合间隙较长，且为水平运动，在重力作用下给粉滑块天然具有与滑移导槽下导轨面贴合的趋势，加上滑块与导槽还采用了防尘圈密封，不易发生粉末间隙泄漏；

2.水平滑移运动原理及机构简单，采用较大配合间隙也不易发生粉末间隙泄露，降低了装置零件的加工精度要求，节省了装置加工成本；

3.可采用简单的步进电机+接近开关实现滑移运动的往复控制，无需采用成本高昂的伺服电机，节省了装置构建成本。

附图说明

图1为本发明的激光选区熔化增材制造用定量给粉装置处于装粉状态的示意图；

图2为本发明的激光选区熔化增材制造用定量给粉装置处于给粉状态的示意图。

图中：1-给粉滑块 、2-滑移导槽、3-防尘圈、4-防尘滚动轴承、5-步进电机安装座、6-贯穿式步进电机、61-丝杆、62-电机主体、7-接近开关、8-漏斗、81-法兰、9-漏斗盖、10-盛粉槽、11-导槽端盖。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

参见图1和图2，一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其上部为漏斗8，漏斗8上有漏斗盖9，通过螺钉与漏斗8连接，以防止粉末漏出漏斗时空气进入漏斗8，在漏斗8的下部出口处固连有一法兰81，漏斗8通过法兰81与滑移导槽2相连接，滑移导槽2上装有给粉滑块1，滑移导槽2具有上下左右四个导轨面，其中上、下两导轨面，左右两导轨面相互平行，在上导轨面上设有上漏粉孔，该上漏粉孔与漏斗8底部开口相连通，下导轨面具有一下漏粉孔，给粉滑块1的一个侧面上装有防尘滚动轴承4，防尘滚动轴承4与贯穿式步进电机6的丝杆61连接。

所述漏斗8的一个剖面呈V型，以便粉末在重力作用下自由向下汇聚到漏斗8底部开口处。

在所述给粉滑块1中设置有盛粉槽10安装座，盛粉槽10安装座用于安装盛粉槽10，盛粉槽10的容积为一次泄粉的容积，盛粉槽10为一个可拆卸的零件，盛粉槽10安装座及盛粉槽10的一剖面的上部呈方形，下部呈V型，因而只要将有不同容积的盛粉槽10插入盛粉槽10安装座内，即可使盛粉槽10定位在盛粉槽10安装座上，并改变一次漏粉的量。

所述下漏粉孔与上漏粉孔在水平面上的投影中心的距离即为给粉滑块1每给粉一次所行走的距离的一半。

所述贯穿式步进电机6通过电机主体62上的安装孔安装到步进电机安装座5上；步进电机安装座5再通过螺钉安装到滑移导槽2的一个开口端面上。

在所述给粉滑块1两侧还装有防尘圈3，防尘圈3材料优选为羊毛毡，从而保证良好防尘效果，给粉滑块1与滑移导槽2配合安装后，应使一个防尘圈3位于上漏粉孔的左侧，另一个防尘圈3位于下漏粉孔的右侧，并且使当给粉滑块1在左限位时，右侧的防尘圈3不能穿越下漏粉孔，当给粉滑块1在右限位时，左侧的防尘圈3不能穿越上漏粉孔，给粉滑块1运动的左、右限位分别通过安装在步进电机安装座5及导槽端盖11上的接近开关7实现。

所述给粉滑块1采用铁磁性材料制成，优选材料为430不锈钢，从而使接近开关7能无接触地感应到给粉滑块1的接近。

一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置的使用方法，其使用步骤如下：

如图1所示,定量给粉装置的给粉滑块1初始位置在滑移导槽2左限位，这时盛粉槽10与滑移导槽2的上漏粉孔及漏斗8相连通，给粉滑块1将滑移导槽2的下漏粉孔封闭，因而定量给粉装置处于装粉状态。打开漏斗盖9，装入所需的粉末后，定量给粉装置即可用于激光选区熔化成型过程的定量给粉，在激光选区熔化每一层粉末成型前，处于初始位置的盛粉槽10已自动装满粉末；如图2所示,当贯穿式步进电机旋转时，丝杆61带动给粉滑块1向前沿滑移导槽2水平滑移，使盛粉槽10位于滑移导槽2的下漏粉孔上方，与滑移导槽2的下漏粉孔相连通，同时此时给粉滑块1的位置也将漏斗8内的粉末封闭起来，这时，定量给粉装置处于给粉状态：盛粉槽10内的粉末全部在重力作用下漏出供给当前层的激光选区熔化成型使用，如一次给粉量不够，可多次往复运动定量给粉滑块1，实现更多的粉末供给，如需改变一次给粉量，可通过更换不同容积的盛粉槽10零件实现。

与传统采用回转运动的漏斗定量给粉方法不同，本技术方案采用简单的滑块滑移运动实现漏斗定量给粉，可通过贯穿式步进电机结合接近开关实现滑移运动的控制，无需使用昂贵的伺服电机，节省了装置构建成本。并且由于滑块采用防尘圈与滑移导槽密封，滑块的滑移运动为水平滑移，在重力作用下给粉滑块天然具有与滑移导槽下导轨面贴合的趋势，因而易于防止粉末发生间隙泄漏，并允许滑移导槽与滑块间可采用稍大的配合间隙，降低了装置零件的加工精度要求，节省了加工成本。

Claims (6)

1.一种激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其特征是：其上部为漏斗，漏斗上有漏斗盖，通过螺钉与漏斗连接，以防止粉末漏出漏斗时空气进入漏斗，在漏斗的下部出口处固连有一法兰，漏斗通过法兰与滑移导槽相连接，滑移导槽上装有给粉滑块，在给粉滑块中设置有盛粉槽安装座，盛粉槽安装座用于安装盛粉槽，盛粉槽的容积为一次泄粉的容积，盛粉槽为一个可拆卸的零件，盛粉槽安装座及盛粉槽的一剖面的上部呈方形，下部呈V型，因而只要将有不同容积的盛粉槽插入盛粉槽安装座内，即可使盛粉槽定位在盛粉槽安装座上，并改变一次漏粉的量,滑移导槽具有上下左右四个导轨面，其中上、下两导轨面，左、右两导轨面相互平行，在上导轨面上设有上漏粉孔，该上漏粉孔与漏斗底部开口相连通，下导轨面具有一下漏粉孔，给粉滑块的一个侧面上装有防尘滚动轴承，防尘滚动轴承与贯穿式步进电机的丝杆连接。

2.如权利要求1所述激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其特征是：所述漏斗的一个剖面呈V型，以便粉末在重力作用下自由向下汇聚到漏斗底部开口处。

3.如权利要求1所述激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其特征是：所述下漏粉孔与上漏粉孔在水平面上的投影中心的距离即为给粉滑块每给粉一次所行走的距离的一半。

4.如权利要求1所述激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其特征是：所述贯穿式步进电机通过电机主体上的安装孔安装到步进电机安装座上；步进电机安装座再通过螺钉安装到滑移导槽的一个开口端面上。

5.如权利要求1或4所述激光选区熔化增材制造用定量给粉装置，其特征是：在所述给粉滑块上端两侧还装有防尘圈，给粉滑块与滑移导槽配合安装后，应使一个防尘圈位于上漏粉孔的左侧，另一个防尘圈位于下漏粉孔的右侧，并且使当给粉滑块在左限位时，右侧的防尘圈不能穿越下漏粉孔，当给粉滑块在右限位时，左侧的防尘圈不能穿越上漏粉孔，给粉滑块运动的左、右限位分别通过安装在步进电机安装座及导槽端盖上的接近开关实现；所述给粉滑块采用铁磁性材料制成，从而使接近开关能无接触地感应到给粉滑块的接近。

6.如权利要求1所述激光选区熔化增材制造用定量给粉装置的使用方法，其使用步骤如下：

定量给粉装置的给粉滑块初始位置在滑移导槽左限位，这时盛粉槽与滑移导槽的上漏粉孔及漏斗相连通，给粉滑块将滑移导槽的下漏粉孔封闭，因而定量给粉装置处于装粉状态；打开漏斗盖，装入所需的粉末后，定量给粉装置即可用于激光选区熔化成型过程的定量给粉，在激光选区熔化每一层粉末成型前，处于初始位置的盛粉槽已自动装满粉末；当贯穿式步进电机旋转时，丝杆带动给粉滑块向前沿滑移导槽水平滑移，使盛粉槽位于滑移导槽的下漏粉孔上方，与滑移导槽的下漏粉孔相连通，同时此时给粉滑块的位置也将漏斗内的粉末封闭起来，这时，定量给粉装置处于给粉状态：盛粉槽内的粉末全部在重力作用下漏出供给当前层的激光选区熔化成型使用，如一次给粉量不够，可多次往复运动定量给粉滑块，实现更多的粉末供给，如需改变一次给粉量，可通过更换不同容积的盛粉槽零件实现。