CN106623918A - 一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法 - Google Patents

一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法；成型平台平面下方第一粉末回收缸、第一铺粉刷回正槽、成型缸、粉料缸、第二铺粉刷回正槽、第二粉末回收缸沿成型平台的长度方向依次排列；成型平台上方对称设置有为铺粉刷提供导向及支撑定位作用的导轨；当铺粉刷由运动机构带动其运动时，铺粉刷可沿着该导轨的轨迹在第一粉末回收缸、第一铺粉刷回正槽、成型缸、粉料缸、第二铺粉刷回正槽和第二粉末回收缸上方往复运动。本装置不仅保留了目前通用的垂直式铺粉刷的铺粉均匀和铺粉精度高等优点，也极大的降低了后者经常出现的弹粉现象；倾斜式铺粉方式可以使铺粉层更加的均匀和致密，同时也增加了弹性钢片的使用寿命。

Description

一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法
技术领域
本发明涉及应用于激光选区熔化成型设备中的铺粉机构，尤其涉及一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法。
背景技术
激光选区熔化成型过程是一个逐层叠加的加工过程，铺粉装置在成型区域均匀的平铺一层金属粉末，通过激光扫描成型零件的截面区域以使粉末熔化并凝固于上一层截面上，随后成型平面下降一定高度并重复铺粉和激光扫描的过程，就实现了逐层堆积成型三维金属零件的功能。加工过程中，铺粉装置的铺粉质量在很大程度上影响着最终的成型效果。
目前，在激光选区熔化成型设备中常见的铺粉方式有辊子式、弹性钢片式和硅胶条式。辊子式铺粉装置的压实效果较好且不会发生弹粉现象，但是如果成型面有凸起就会造成铺粉不均匀；弹性钢片式铺粉装置具有较好的铺平效果且不易造成铺粉不均匀的现象，另外弹性钢片的使用寿命较长，避免了频繁更换粉刷的麻烦，但是由于铺粉刷与运动方向垂直安装，如果成型面有凸起就容易出现弹粉现象导致弹粉区域成型质量降低，弹粉现象也会污染成型缸和镜片，另外这种垂直安装的铺粉刷不具有压实作用；硅胶条式铺粉装置克服了辊子式铺粉不均匀和弹性钢片式的弹粉问题，同时具有较好的压实效果，缺点是极易磨损，需经常更换。
发明内容
本发明的目的在于克服以上几种铺粉方式的局限性，提供一种铺粉过程中较好的铺平和压实粉末的机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置与方法；具有结构简单、使用寿命较长，克服了现有技术在铺粉过程中容易发生弹粉现象的缺点。
本发明通过下述技术方案实现：
一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，包括成型平台1，设置在成型平台1平面下方的成型缸3和粉料缸4以及成型平台1上方的铺粉刷9的运动机构；所述成型平台1平面下方还设置有第一粉末回收缸2、第二粉末回收缸5、第一铺粉刷回正槽11、第二铺粉刷回正槽11-1；
所述第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1、第二粉末回收缸5沿成型平台1的长度方向依次排列；
所述成型平台1上方的两侧边缘，分别对称设置有为铺粉刷9提供导向及支撑定位作用的导轨10；导轨10的终点位于第一铺粉刷回正槽11和第二铺粉刷回正槽11-1的两侧；
当铺粉刷9由运动机构带动其运动时，铺粉刷9可沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动。
所述运动机构包括依次连接的驱动臂6、固定臂7和转动臂8；所述转动臂8与固定臂7通过转轴13转动连接；所述铺粉刷9安装在转动臂8的下端；
所述转动臂8的两侧分别对称设置有可调节式限位柱15，转动臂8通过该可调节式限位柱15支撑在导轨10上；当运动机构带动转动臂8往复运动时，可调节式限位柱15可沿着导轨的轨迹往复滑动，进而使转动臂8携带铺粉刷9沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动，以完成铺粉动作。
所述转轴13的两端套设有为转动臂8提供双向扭矩的扭簧16，其作用是让转动臂8在初始状态下保持垂直；当转动臂8倾斜时，能为其提供一个往垂直方向转动的力矩。
所述转动臂8的两侧开设有滑槽14，该可调节式限位柱15被限制在该滑槽14内；当可调节式限位柱15处于导轨10上时，通过改变该可调节式限位柱15在滑槽14内的位置，以调节转动臂8相对于水平面的偏转角度，进而改变铺粉刷9与成型平台1平面之间的夹角。
所述驱动臂6与固定臂7之间采用榫卯式结构嵌合，并通过螺钉12加固。
所述导轨10的末端区域为逐渐向下倾斜，圆滑过度。所述第一铺粉刷回正槽11与第一粉末回收缸2的入口侧齐平；所述第二铺粉刷回正槽11-1与第二粉末回收缸5的入口侧齐平。
一种激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉方法，其包括如下步骤：
运动机构带动转动臂8往复运动时，可调节式限位柱15贴合在导轨10上，并沿着导轨10的轨迹往复滑动，进而使转动臂8携带铺粉刷9沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动，以完成铺粉过程。
所述铺粉过程包括如下步骤：
铺粉过程开始前，初始状态下转动臂8及其可调节式限位柱15远离导轨10，扭簧16未发生扭转变形，此时转动臂8呈自然下垂状态；
铺粉过程开始后，当转动臂8的可调节式限位柱15运行至接触导轨10时，转动臂8开始倾斜，扭簧16产生的扭转力与转动臂8偏转方向相反使得转动臂8能够平稳地以倾斜的方式沿导轨10的轨迹往倾斜方向滑动，进而带动倾斜的铺粉刷9将粉末平铺和压实在零件的成型面上；
当铺粉刷9完成铺粉行程并到达导轨10末端的第一铺粉刷回正槽11或第二铺粉刷回正槽11-1位置时，由于转动臂8及其可调节式限位柱15完全脱离导轨10，此时在扭簧16产生的扭转力作用下，转动臂8由倾斜逐渐恢复至自然下垂状态，在第一铺粉刷回正槽11或第二铺粉刷回正槽11-1对转动臂8回正的同时，铺粉刷9将剩余粉末刮至第一粉末回收缸2或第二粉末回收缸5内储存。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明铺粉刷9的运动机构，由于采用上述技术方案，使得铺粉刷9即可倾斜也可垂直铺粉。因而即保留了传统的垂直式铺粉方式的优势，同时具有传统的垂直式铺粉方式所不具备的优点。
本发明铺粉刷9的运动机构，由于采用上述技术方案，使得铺粉刷9可以实现双向倾斜铺粉方式，极大的提高了铺粉效率。
本发明采用这种倾斜角度可调的转动臂8，使得铺粉刷9能够很好的降低铺粉过程中弹性钢片遇到凸起的障碍时产生的弹粉现象。
这种倾斜式的铺粉结构使铺粉过程中弹性钢片在提供水平推力的同时也能在垂直方向上产生一定的压力，这样在保证铺粉均匀的同时也能够压实铺粉层，使铺粉层更加均匀致密。在铺粉过程中由于受到的水平阻力在铺粉刷9的倾斜方向上被抵消一部分，从而使粉刷沿其垂直方向上受到的阻力小于垂直式粉刷，因此其使用寿命将会高于垂直式铺粉刷；
本发明转动臂8上设计了位置可调的可调节式限位柱15与导轨的组合方式，很好的实现了调整铺粉刷9的倾斜角度问题，可以根据不同的加工条件合理地调整铺粉刷的角度。
本发明通过在转动轴13的两端安装扭簧16，保证了转动臂8在滑过导轨10之后能够自动迅速的回正，并且在铺粉过程中提供了一定的压力使得转动臂8能够在导轨10上平稳的滑动。
本发明铺粉刷9在运行至导轨行程的末端时，可将剩余粉末顺势刮至第一粉末回收缸2或第二粉末回收缸5内，便于粉末的储存、回收利用，节约了材料成本。
附图说明
图1是本发明机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置结构示意图。
图2是图1中固定臂7和转动臂8、转轴13、铺粉刷9、导轨10等局部放大示意图。
图3是图1中固定臂7、转轴13扭簧16的装配结构示意图。
图4是固定臂7带动转动臂8在导轨10上往一个方向直线运动时状态示意图。
图5是固定臂7带动转动臂8在导轨10上往另一个方向直线运动时状态示意图。
图6是转动臂8及可调节式限位柱15完全脱离导轨10，并处于第二铺粉刷回正槽位置时的状态示意图。
图7是转动臂8自然垂直状态下的侧视示意图。
图8是转动臂8自然垂直状态下的另一侧侧视示意图。
图9是转动臂8倾斜时，铺粉刷9弯曲程度示意图。
图10是转动臂8垂直时，铺粉刷9弯曲程度示意图。
图9和图10中附图标记：55为金属粉末，66为凸起，88是铺粉层厚度，77是工件的成型平面；图9中的α小于图10中的β。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至图10所示。本发明公开了一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，包括成型平台1，设置在成型平台1平面下方的成型缸3和粉料缸4以及成型平台1上方的铺粉刷9的运动机构；所述成型平台1平面下方还设置有第一粉末回收缸2、第二粉末回收缸5、第一铺粉刷回正槽11、第二铺粉刷回正槽11-1；
所述第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1、第二粉末回收缸5沿成型平台1的长度方向依次排列；
所述成型平台1上方的两侧边缘，分别对称设置有为铺粉刷9提供导向及支撑定位作用的导轨10；导轨10的终点位于第一铺粉刷回正槽11和第二铺粉刷回正槽11-1的两侧；所述铺粉刷9采用弹性钢片式铺粉刷或者硅胶条式铺粉刷。
当铺粉刷9由运动机构带动其运动时，铺粉刷9可沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动。
所述运动机构包括依次连接的驱动臂6、固定臂7和转动臂8；所述转动臂8与固定臂7通过转轴13转动连接；所述铺粉刷9安装在转动臂8的下端；
所述转动臂8的两侧分别对称设置有可调节式限位柱15，转动臂8通过该可调节式限位柱15支撑在导轨10上；当运动机构带动转动臂8往复运动时，可调节式限位柱15可沿着导轨的轨迹往复滑动，进而使转动臂8携带铺粉刷9沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动，以完成铺粉动作。
所述转轴13的两端套设有为转动臂8提供双向扭矩的扭簧16，其作用是让转动臂8在初始状态下保持垂直；当转动臂8倾斜时，能为其提供一个往垂直方向转动的力矩。铺粉过程中铺粉刷9的下端部与成型平面不接触(预留一定间隙)，可减小9的磨损；
所述转动臂8的两侧开设有滑槽14，该可调节式限位柱15被限制在该滑槽14内；当可调节式限位柱15处于导轨10上时，通过改变该可调节式限位柱15在滑槽14内的位置，以调节转动臂8相对于水平面的偏转角度(或倾斜角度)，进而改变铺粉刷9与成型平台1平面之间的夹角。
所述驱动臂6与固定臂7之间采用榫卯式结构嵌合，并通过螺钉12加固。
所述导轨10的末端区域为逐渐向下倾斜，圆滑过度。所述第一铺粉刷回正槽11与第一粉末回收缸2的入口侧齐平；所述第二铺粉刷回正槽11-1与第二粉末回收缸5的入口侧齐平。
如图9和图10可以看出，倾斜后的铺粉刷，在铺粉过程中既能够使金属粉末均匀平铺在成型平面77上，也能够提供一定的压紧力使铺粉层的金属粉末具有更好的压实效果；同时当铺粉过程中遇到凸起66时，这种倾斜的铺粉方式能很好的减小弹性钢片的弯曲程度，从而达到减小弹粉和保护粉刷的目的。
本发明激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉方法，可通过如下方案实现：
运动机构带动转动臂8往复运动时，可调节式限位柱15贴合在导轨10上，并沿着导轨10的轨迹往复滑动，进而使转动臂8携带铺粉刷9沿着该导轨10的轨迹在第一粉末回收缸2、第一铺粉刷回正槽11、成型缸3、粉料缸4、第二铺粉刷回正槽11-1和第二粉末回收缸5上方往复运动，以完成铺粉过程。
所述铺粉过程可通过如下步骤实现：
铺粉过程开始前，初始状态下转动臂8及其可调节式限位柱15远离导轨10，扭簧16未发生扭转变形，此时转动臂8呈自然下垂状态；
铺粉过程开始后，当转动臂8的可调节式限位柱15运行至接触导轨10时，转动臂8开始倾斜，扭簧16产生的扭转力与转动臂8偏转方向相反使得转动臂8能够平稳地以倾斜的方式沿导轨10的轨迹往倾斜方向滑动，进而带动倾斜的铺粉刷9将粉末平铺和压实在零件的成型面上；
当铺粉刷9完成铺粉行程并到达导轨10末端的第一铺粉刷回正槽11或第二铺粉刷回正槽11-1位置时，由于转动臂8及其可调节式限位柱15完全脱离导轨10，此时在扭簧16产生的扭转力作用下，转动臂8由倾斜逐渐恢复至自然下垂状态，在第一铺粉刷回正槽11或第二铺粉刷回正槽11-1对转动臂8回正的同时，铺粉刷9将剩余粉末刮至第一粉末回收缸2或第二粉末回收缸5内储存。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，包括成型平台(1)、设置在成型平台(1)平面下方的成型缸(3)和粉料缸(4)以及成型平台(1)上方的铺粉刷(9)的运动机构；其特征在于：
所述成型平台(1)平面下方还设置有第一粉末回收缸(2)、第二粉末回收缸(5)、第一铺粉刷回正槽(11)、第二铺粉刷回正槽(11-1)；
所述第一粉末回收缸(2)、第一铺粉刷回正槽(11)、成型缸(3)、粉料缸(4)、第二铺粉刷回正槽(11-1)、第二粉末回收缸(5)沿成型平台(1)的长度方向依次排列；
所述成型平台(1)上方的两侧边缘，分别对称设置有为铺粉刷(9)提供导向及支撑定位作用的导轨(10)；导轨(10)的终点位于第一铺粉刷回正槽(11)和第二铺粉刷回正槽(11-1)的两侧；
当铺粉刷(9)由运动机构带动其运动时，铺粉刷(9)可沿着该导轨(10)的轨迹在第一粉末回收缸(2)、第一铺粉刷回正槽(11)、成型缸(3)、粉料缸(4)、第二铺粉刷回正槽(11-1)和第二粉末回收缸(5)上方往复运动。
2.根据权利要求1所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述运动机构包括依次连接的驱动臂(6)、固定臂(7)和转动臂(8)；所述转动臂(8)与固定臂(7)通过转轴(13)转动连接；所述铺粉刷(9)安装在转动臂(8)的下端；
所述转动臂(8)的两侧分别对称设置有可调节式限位柱(15)，转动臂(8)通过该可调节式限位柱(15)支撑在导轨(10)上；当运动机构带动转动臂(8)往复运动时，可调节式限位柱(15)可沿着导轨的轨迹往复滑动，进而使转动臂(8)携带铺粉刷(9)沿着该导轨(10)的轨迹在第一粉末回收缸(2)、第一铺粉刷回正槽(11)、成型缸(3)、粉料缸(4)、第二铺粉刷回正槽(11-1)和第二粉末回收缸(5)上方往复运动，以完成铺粉动作。
3.根据权利要求2所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述转轴(13)的两端套设有为转动臂(8)提供双向扭矩的扭簧(16)，其作用是让转动臂(8)在初始状态下保持垂直；当转动臂(8)倾斜时，能为其提供一个往垂直方向转动的力矩。
4.根据权利要求2所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述转动臂(8)的两侧开设有滑槽(14)，该可调节式限位柱(15)被限制在该滑槽(14)内；
当可调节式限位柱(15)处于导轨(10)上时，通过改变该可调节式限位柱(15)在滑槽(14)内的位置，以调节转动臂(8)相对于水平面的偏转角度，进而改变铺粉刷(9)与成型平台(1)平面之间的夹角。
5.根据权利要求2所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述驱动臂(6)与固定臂(7)之间采用榫卯式结构嵌合，并通过螺钉(12)加固。
6.根据权利要求2所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述导轨(10)的末端区域为逐渐向下倾斜，圆滑过度。
7.根据权利要求2所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置，其特征在于：所述第一铺粉刷回正槽(11)与第一粉末回收缸(2)的入口侧齐平；所述第二铺粉刷回正槽(11-1)与第二粉末回收缸(5)的入口侧齐平。
8.一种激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉方法，其特征在于采用权利要求1至7中任一项所述机械式激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉装置实现，其包括如下步骤：
运动机构带动转动臂(8)往复运动时，可调节式限位柱(15)贴合在导轨(10)上，并沿着导轨(10)的轨迹往复滑动，进而使转动臂(8)携带铺粉刷(9)沿着该导轨(10)的轨迹在第一粉末回收缸(2)、第一铺粉刷回正槽(11)、成型缸(3)、粉料缸(4)、第二铺粉刷回正槽(11-1)和第二粉末回收缸(5)上方往复运动，以完成铺粉过程。
9.根据权利要求8所述激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉方法，其特征在于：所述铺粉过程包括如下步骤：
铺粉过程开始前，初始状态下转动臂(8)及其可调节式限位柱(15)远离导轨(10)，扭簧(16)未发生扭转变形，此时转动臂(8)呈自然下垂状态；
铺粉过程开始后，当转动臂(8)的可调节式限位柱(15)运行至接触导轨(10)时，转动臂(8)开始倾斜，扭簧(16)产生的扭转力与转动臂(8)偏转方向相反使得转动臂(8)能够平稳地以倾斜的方式沿导轨(10)的轨迹往倾斜方向滑动，进而带动倾斜的铺粉刷(9)将粉末平铺和压实在零件的成型面上；
当铺粉刷(9)完成铺粉行程并到达导轨(10)末端的第一铺粉刷回正槽(11)或第二铺粉刷回正槽(11-1)位置时，由于转动臂(8)及其可调节式限位柱(15)完全脱离导轨(10)，此时在扭簧(16)产生的扭转力作用下，转动臂(8)由倾斜逐渐恢复至自然下垂状态，在第一铺粉刷回正槽(11)或第二铺粉刷回正槽(11-1)对转动臂(8)回正的同时，铺粉刷(9)将剩余粉末刮至第一粉末回收缸(2)或第二粉末回收缸(5)内储存。
10.根据权利要求9所述激光选区熔化自动换向倾斜式铺粉方法，其特征在于：所述铺粉刷(9)采用弹性钢片式铺粉刷或者硅胶条式铺粉刷。
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