CN106735206A - 一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构 - Google Patents

一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构 Download PDF

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Abstract

一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，包括成形箱体，成形箱体四周均布有升降传动机构，在成形箱体上还设有测量控制机构，升降传动机构通过丝杠将升降电机及减速器的旋转运动转化为丝杠螺母的升降运动，带动丝杠升降横板的升降，进而将丝杠升降横板的升降运动转化为活塞板的升降运动，测量控制机构通过光栅尺对活塞板升降位移的直接测量，并将活塞板运动位移测量结果反馈控制系统，控制系统对活塞板升降位移进行补偿，实现闭环控制，本发明可以降低提升机构Z轴方向的高度，有效解决粉料泄漏的问题，提高粉床升降机构的结构紧凑性和工艺稳定性。

Description

一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构
技术领域
本发明涉及选择性激光烧结技术领域，尤其涉及一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构。
背景技术
选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering，简称SLS)主要使用高能激光束根据CAD文件逐层扫描粉末床上指定区域的粉末，每一层被扫描到的粉末会熔化烧结在一起，粉床下降一个扫描层厚，然后由机器再铺上一层粉末继续进行激光扫描，直到3D打印对象完成。随着烧结过程的进行，活塞板逐层下降，零件逐层成形，箱体中的粉料逐渐增加。零件成形完毕后，活塞板逐渐上升，同时清理未烧结成形的粉料，得到最终成形的零件。
随着SLS技术在汽车、模具、航空航天等领域中的逐渐成熟，成形零件也逐渐由最初的原型件向功能性零件转变，零件成形尺寸、强度要求也在不断提高。与现有激光选区烧结设备相比，大尺寸成型对选区烧结装备的成形箱体尺寸、结构强度及稳定性提出较高的要求，现有的粉床结构不管从结构紧凑性还是功能稳定性都已无法满足大尺寸激光选区烧结工艺要求。
目前SLS设备中最常用的粉床升降机构为柱塞式升降机构，通过电动缸或电动推杆等顶起装置控制活塞板的升降，进而实现粉床的升降。该机构运动方式简单，可实现高精度闭环控制，是最为常用的粉床升降机构。但是，柱塞式升降机构本身决定了顶起装置的运动行程一定大于Z轴方向成形尺寸，随着零件成形尺寸的不断增大，顶起装置的运动行程也在不断增大，成形幅面的增大造成箱体中的粉料重量增加，成形箱体不得不选用大负载的顶起机构，大负载顶起机构同时又伴随着较大的安装体积，因此，Z轴方向顶起机构所占的空间通常比成形区域所占的空间还要大，面对大尺寸激光选区烧结设备时，柱塞式升降机构的对空间的要求无法让人满意。
另一种常用的粉床升降机构为双侧提升抬轿式机构，该机构在成形箱体两侧开设通槽，通过横梁将活塞板与外部丝杠螺母连接，丝杠转动带动螺母升降运动，进而实现活塞板的升降运动。抬轿式升降机构最大的优点是将箱体底部的顶起机构更换为箱体两侧的提升机构，直接降低了成形箱体Z轴方向的高度，不足之处在于箱体两侧的通槽处采用动态密封，使用过程中会随着活塞板的升降存在粉料泄漏问题。随着设备使用，粉末颗粒对密封元件的磨损逐渐加剧，粉料泄漏现象更为严重，尤其针对大尺寸选区烧结设备，加工周期长，零件尺寸大，粉料泄漏影响零件边缘成形精度，甚至导致成形失败。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，可以降低提升机构Z轴方向的高度，有效解决粉料泄漏的问题，提高粉床升降机构的结构紧凑性和工艺稳定性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，包括成形箱体1，成形箱体1四周均布有升降传动机构2，在成形箱体1上还设有测量控制机构3。
所述的成形箱体1包括箱体侧板4及其内部的活塞板5，活塞板5与箱体侧板4通过毛毡密封，活塞板5上固定有网板6，箱体侧板4的底部外侧连接有成形箱体下横板8，箱体侧板4的上部外侧连接有成形箱体上横板7。
所述的升降传动机构2包括固定在成形箱体下横板8上的升降电机及减速器9，升降电机及减速器9的输出和丝杠10的一端连接，丝杠10的另一端连接在成形箱体上横板7上，和丝杠10配合的丝杠螺母12上连接有丝杠升降横板11，丝杠升降横板11上表面和第一升降链条13的一端连接，第一升降链条13的另一端通过第一升降链轮14导向后和活塞板5的上表面连接，第一升降链轮14固定在箱体侧板4的顶部；丝杠升降横板11下表面和第二升降链条15的一端连接，第二升降链条15的另一端通过第二升降链轮16导向后和活塞板5的下表面连接，第二升降链轮16固定在箱体侧板4的底部。
所述的测量控制机构3包括测量链条19，测量链条19的一端连接在活塞板5的下表面，测量链条19的另一端依次经过第一测量链轮20、第二测量链轮21导向后和光栅尺17上的光栅尺读数头18连接，第一测量链轮20连接在箱体侧板4的底端，第二测量链轮21连接在成形箱体上横板7上。
所述的光栅尺读数头18下端悬挂重块22。
所述的重块22连接在导向杆23上，导向杆23连接在成形箱体上横板7和成形箱体下横板8之间。
所述的光栅尺17将活塞板5运动位移测量结果反馈控制系统，系统对活塞板5升降位移进行补偿，实现闭环控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)缩短了Z轴方向尺寸：本发明通过成型箱体1四周的升降传动机构2实现活塞板5的升降，取代柱塞式升降机构中的顶起装置，最大限度的节省成形箱体Z轴方向的空间，大大降低激光选区烧结设备的整体高度，进而降低安装调试及维修的要求。
(2)避免了成形箱体两侧的粉料泄漏问题：与现有的抬轿式升降结构相比，成形箱体1的箱体侧板4无需开通槽，安装调试过程中不需要考虑箱体侧板4的密封问题，降低了安装调试的难度同时也提高了设备的工艺稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为升降传动机构2的结构示意图。
图3为测量控制机构3的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
参照图1，一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，包括成形箱体1，成形箱体1四周均布有升降传动机构2，保证升降过程的稳定性，在成形箱体1上还设有测量控制机构3，保证升降过程的位移精度。
如图2所示，所述的成形箱体1包括箱体侧板4及其内部的活塞板5，活塞板5与箱体侧板4通过毛毡密封，活塞板5上固定有网板6，箱体侧板4的底部外侧连接有成形箱体下横板8，箱体侧板4的上部外侧连接有成形箱体上横板7。
所述的升降传动机构2包括固定在成形箱体下横板8上的升降电机及减速器9，升降电机及减速器9的输出和丝杠10的一端连接，丝杠10的另一端连接在成形箱体上横板7上，和丝杠10配合的丝杠螺母12上连接有丝杠升降横板11，丝杠升降横板11上表面和第一升降链条13的一端连接，第一升降链条13的另一端通过第一升降链轮14导向后和活塞板5的上表面连接，第一升降链轮14固定在箱体侧板4的顶部；丝杠升降横板11下表面和第二升降链条15的一端连接，第二升降链条15的另一端通过第二升降链轮16导向后和活塞板5的下表面连接，第二升降链轮16固定在箱体侧板4的底部，通过丝杠10将升降电机及减速器9的旋转运动转化为丝杠螺母12的升降运动，带动丝杠升降横板11的升降，进而将丝杠升降横板11的升降运动转化为活塞板5的升降运动。
如图3所示，所述的测量控制机构3包括测量链条19，测量链条19的一端连接在活塞板5的下表面，测量链条19的另一端依次经过第一测量链轮20、第二测量链轮21导向后和光栅尺17上的光栅尺读数头18连接，第一测量链轮20连接在箱体侧板4的底端，第二测量链轮21连接在成形箱体上横板7上，为避免活塞板5下降过程中光栅尺读数头18仅依靠自重无法顺利下降，光栅尺读数头18下端悬挂重块22，为避免下降过程中重块22摆动影响光栅尺17测量精度，重块22连接在导向杆23上，导向杆23连接在成形箱体上横板7和成形箱体下横板8之间，实现光栅尺17对活塞板5升降位移的直接测量。
所述的光栅尺17将活塞板5运动位移测量结果反馈控制系统，控制系统对活塞板5升降位移进行补偿，实现闭环控制。
本发明的工作原理为：升降电机及减速器9接收到运动信号后转动一定角度，丝杠螺母12沿丝杠10上升一个层厚，丝杠升降横板11上升，带动第二升降链条15拉动活塞板5，活塞板5带动网板6下降一个层厚，第一升降链条13保证活塞板5的水平，升降运动完成后，进行当前层的铺粉和烧结，当前层烧结完成后，活塞板5继续下降一个层厚，完成后续零件的烧结；当零件制作完成后，成形箱体1整体移出至清粉区域，升降电机及减速器9反向转动，带动丝杠螺母9和丝杠升降横板11下降，第一升降链条13将活塞板5提升一定高度，方便零件取出。
活塞板5升降过程中，光栅尺读数头18直接测量活塞板5升降位移，并将测量结果反馈控制系统，反馈控制系统，控制系统对活塞板5升降位移进行补偿，提高活塞板5升降运动的精度。

Claims (7)

1.一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，包括成形箱体(1)，其特征在于：成形箱体(1)四周均布有升降传动机构(2)，在成形箱体(1)上还设有测量控制机构(3)。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的成形箱体(1)包括箱体侧板(4)及其内部的活塞板(5)，活塞板(5)与箱体侧板(4)通过毛毡密封，活塞板(5)上固定有网板(6)，箱体侧板(4)的底部外侧连接有成形箱体下横板(8)，箱体侧板(4)的上部外侧连接有成形箱体上横板(7)。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的升降传动机构(2)包括固定在成形箱体下横板(8)上的升降电机及减速器(9)，升降电机及减速器(9)的输出和丝杠(10)的一端连接，丝杠(10)的另一端连接在成形箱体上横板(7)上，和丝杠(10)配合的丝杠螺母(12)上连接有丝杠升降横板(11)，丝杠升降横板(11)上表面和第一升降链条(13)的一端连接，第一升降链条(13)的另一端通过第一升降链轮(14)导向后和活塞板(5)的上表面连接，第一升降链轮(14)固定在箱体侧板(4)的顶部；丝杠升降横板(11)下表面和第二升降链条(15)的一端连接，第二升降链条(15)的另一端通过第二升降链轮(16)导向后和活塞板(5)的下表面连接，第二升降链轮(16)固定在箱体侧板(4)的底部。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的测量控制机构(3)包括测量链条(19)，测量链条(19)的一端连接在活塞板(5)的下表面，测量链条(19)的另一端依次经过第一测量链轮(20)、第二测量链轮(21)导向后和光栅尺(17)上的光栅尺读数头(18)连接，第一测量链轮(20)连接在箱体侧板(4)的底端，第二测量链轮(21)连接在成形箱体上横板(7)上。
5.根据权利要求4所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的光栅尺读数头(18)下端悬挂重块(22)。
6.根据权利要求5所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的重块(22)连接在导向杆(23)上，导向杆(23)连接在成形箱体上横板(7)和成形箱体下横板(8)之间。
7.根据权利要求5所述的一种大尺寸激光选区烧结粉床升降机构，其特征在于：所述的光栅尺(17)将活塞板(5)运动位移测量结果反馈控制系统，控制系统对活塞板(5)升降位移进行补偿，实现闭环控制。
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