CN107160677B - 一种防止在sls成型工艺中工件发生错层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法及装置，其方法是在成型平台内需对工件进行某层的加工时，使供粉平台和成型平台分别上升1.5倍层厚和下降0.5倍层厚的距离，用铺粉辊子正向铺粉后，再分别使供粉平台和成型平台各下降0.5倍层厚的距离，再用铺粉辊子反向铺粉后，开始打印加工，并重复上述各步骤，直至工件加工完成。所述的装置由供粉平台、成型平台、余料暂储平台、主导轨、运动架、两个铺粉辊子、主运动皮带以及电机等构件组成，两个铺粉辊子可根据不同的铺粉的方向并依靠固定电磁块以及滑动配重电磁块之间的相互作用来调节适合的位置。本发明可有效地防止在SLS工艺中层与层之间的错动，提高了加工精度。

Description

一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法
技术领域
本发明属于快速成型制造技术领域，具体涉及一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法及装置。
背景技术
现有的快速成型方法有很多种，各有其特点和优势；激光选区烧结(SelectiveLaser Sintering SLS)成型技术是快速成型制造技术中重要的技术之一，它是以塑形或可粘结的粉末材料作为造型材料，通过铺粉辊子将材料铺平在成型平台上，在计算机控制下使激光束根据预先的分层截面信息进行有选择的烧结，然后在完成一层的制作后，铺粉辊子继续铺粉加工，直至零件烧结结束。在SLS成型技术及装置中，辊子的结构及辊子铺粉方法都是十分重要的。在理想状况下，烧结零件的过程中层与层之间不应发生错层现象，但是在现有技术中，由于采用的铺粉方式均为单向单次的铺粉方式，在铺粉的过程中先加工的烧结层容易受到所铺粉末的推动作用而产生移动，层与层之间的微小移动，累计到最终加工的零件中，从而造成错层现象，影响零件加工的质量；这种现象尤其是在利用密度较小的有机粉末材料加工体积较大的零件时表现的尤为突出。
在以聚苯乙烯粉末或改性过的聚苯乙烯粉末为原材料制作零件时，也发现制作的零件由于层与层之间的细小措动而造成零件的加工质量往往很差。分析原因：亦是由于在加工时铺粉的方式为单向铺粉，致使先烧结出的部分在铺粉时受到粉末的推送作用而产生细小的移动，从而造成了加工零件的错层现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法及装置，以解决在SLS成型工艺中烧结零件的错层现象。
用于实现本发明目的的技术解决方案如下所述。
一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，包括以下的操作步骤：
a、在成型平台内被加工零件的首层或某一层已经加工完成，需要进行下一层的加工时，使供粉平台上升1.5倍层厚的距离，同时使成型平台下降0.5倍层厚的距离；
b、使供粉平台一侧的铺粉辊子沿成型平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多出的粉料推送至余料暂储平台中；
c、使成型平台下降0.5倍层厚的距离，同时使供粉平台下降0.5倍层厚的距离；
d、使成型平台一侧的铺粉辊子沿供粉平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多余的粉料平铺至供粉平台上；
e、结束铺粉过程，开始加工工件；
f、重复步骤a～步骤e，直至结束铺粉，零件加工完成。
上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法中，在加工零件时利用铺粉过程中粉料往返铺粉时的推送作用，对称地对零件已加工部分施加方向相反的力，以防止在SLS成型工艺中可能出现的烧结零件的错层现象。
用于实现上述方法步骤而设计的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置是这样的：该装置包括由沿横向依次并排设置的供粉平台、成型平台和余料暂储平台组成的SLS成型加工平台，在供粉平台和成型平台内均设有可升降的活动板，在SLS成型加工平台上方两侧设有横向主导轨，在主导轨上通过主运动皮带立装有一副可沿主导轨往复运动的运动架，在运动架的上端通过两副呈钝角分布的连杆机构按前后向分别设置有第一铺粉辊子和第二铺粉辊子，两个铺粉辊子可分别在电机带动下交替贴置在SLS成型加工平台的上表面。
上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，运动架和第一铺粉辊子之间通过一个直杆状的第一滑轨连接，在第一滑轨的轨槽两端分别固定有第一固定电磁块和第二固定电磁块，在第一滑轨的轨槽中装有一个可在第一滑轨的轨槽内往复运动的第一滑动配重电磁块，所述的第一固定电磁块、第二固定电磁块和第一滑动配重电磁块上均接通有可变相位的电源；运动架和第二铺粉辊子之间通过一个直杆状的第二滑轨连接，在第二滑轨的轨槽两端分别固定有第三固定电磁块和第四固定电磁块，在第二滑轨的轨槽中装有一个可在第二滑轨的轨槽内往复运动的第二滑动配重电磁块，所述的第三固定电磁块、第四固定电磁块和第二滑动配重电磁块上均接通有可变相位的电源。实际工作中，通过调节改变相应电磁块上电源的相位，按照“同相相斥、异相相吸”的原理，即可以改变第一滑动配重电磁块和第二滑动配重电磁块的位置，从而实现相应铺粉辊子的位置调节。
上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，第一铺粉辊子、第二铺粉辊子均固定套装在转轴上，运动架活动套装在转轴上，第一铺粉辊子转轴与运动架转轴之间通过一套由第一副电机驱动的第一齿形皮带传动连接，第二铺粉辊子转轴与运动架转轴之间通过一套由第二副电机驱动的第二齿形皮带传动连接。
上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，置在SLS成型加工平台上方两侧横向主导轨上的主运动皮带分别由第一主电机和第二主电机驱动。
上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，在运动架的下侧边装有用于防止粉料溢出的侧边挡料板。
另外，上述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，在运动架上还安装有定位销，可以简单、准确地控制两铺粉辊子工作时的位置。
相对于现有的铺粉技术，本发明所述的防止在SLS成型工艺中发生错层的方法实现了在铺粉时利用粉料对已加工部分施加方向相反的力，约束了其的微小移动，有效的防止了零件的错层现象，尤其是在密度较小的有机材料加工中表现的尤为突出，极大的提高了零件加工的精度；同时本发明提供的防止在SLS成型工艺中发生错层的装置的原理简单、结构紧凑，在加工零件时能够充分的利用材料，具有很好的经济性和实用性。
附图说明
图1是本发明所述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置的正视图。
图2是该防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置的左视图。
图3是该防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置的俯视图。
图4是本发明装置中铺粉辊子与运动架之间的装配示意图。
图5是图4的左视图。
图6是定位销与运动架在定位时的工作结构示意图。
图7是本发明装置在正向铺粉时的工作原理示意图。
图8是本发明装置在反向铺粉时的工作原理示意图。
图中各数字标记的名称分别是：1－主导轨，2－第一铺粉辊子，3－第一固定电磁块，4－第一滑轨，5－第一齿形皮带，6－第一滑动配重电磁块，7－第二固定电磁块,8－定位销，9－运动架，10－第三固定电磁块，11－第二齿形皮带，12－第二滑动配重电磁块，13－第四固定电磁块，14－第二滑轨，15－第二铺粉辊子，16－侧边挡料板，17－供粉平台，18－成型平台，19－余料暂储平台，20－主运动皮带，21－第二副电机，22－第一副电机，23－第一主电机，24－第二主电机，25－光源。
具体实施方式
本发明所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法的核心是利用在铺粉过程中多余粉料往返的推送作用，对称的对已加工部分施加方向相反的力，正向铺粉与反向铺粉时粉料对已加工部分的影响相互抵消，从而防止了已加工部分的移动，它包括以下操作步骤：
a、在成型平台内被加工零件的首层或某一层已经加工完成，需要进行下一层的加工时，使供粉平台上升1.5倍层厚的距离，同时使成型平台下降0.5倍层厚的距离；
b、使供粉平台一侧的铺粉辊子沿成型平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多出的粉料推送至余料暂储平台中；
c、使成型平台下降0.5倍层厚的距离，同时使供粉平台下降0.5倍层厚的距离；
d、使成型平台一侧的铺粉辊子沿供粉平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多余的粉料平铺至供粉平台上；
e、结束铺粉过程，利用光源的照射开始固化加工打印工件；
f、若当前层打印完毕且不是最后一层，则下一层的铺粉工作继续从步骤a开始执行，即重复步骤a～步骤e；若当前层已是最后一层，则结束铺粉工作，零件加工打印完成。
本发明提供的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置如附图所示，由供粉平台17、成型平台18、余料暂储平台19、主导轨1、运动架9、第一铺粉辊子2、第二铺粉辊子15、主运动皮带20、第一主电机23、第二主电机24、第一副电机22、第二副电机21等构件组成。供粉平台17、成型平台18和余料暂储平台19组成SLS成型加工平台，其中在供粉平台17和成型平台18内均设有由PC机系统控制的可升降的活动板(图7)。主导轨1对称设在SLS成型加工平台上方两侧，两个可做同步运动的运动架9分别通过一副主运动皮带20立装在两侧的主导轨1上，并可分别在第一主电机23和第二主电机24驱动下沿主导轨1做往复运动。在运动架9的上端通过两副呈钝角分布的连杆机构按前后向分别设置有第一铺粉辊子2和第二铺粉辊子15，两个铺粉辊子可分别在第一副电机22和第二副电机21带动下交替贴置在SLS成型加工平台的上表面。在运动架9的下侧边装有侧边挡料板16，可有效防止铺粉时因粉料从两侧溢出而造成的浪费。在运动架9上还安装有定位销8(图6)，简单而准确地控制了两铺粉辊子工作时的位置。
本发明装置中两个铺粉辊子与运动架的连接结构如图1和图4所示。运动架9和第一铺粉辊子2之间通过第一滑轨4连接，在第一滑轨4的轨槽两端分别固定有第一固定电磁块3和第二固定电磁块7，在第一滑轨4的轨槽中装有可在第一滑轨4的轨槽内往复运动的第一滑动配重电磁块6，在上述各电磁块上均接通有可变相位的电源。工作时第一铺粉辊子2下落或上升的位置可以通过设置在第一滑轨4上的第一固定电磁块3、第一滑动配重电磁块6和第二固定电磁块7进行调节，即通过调节改变相应电磁块上电源的相位，利用两固定电磁块之间的相互吸引和相互排斥的作用推动第一滑动配重电磁块6，进而利用它们的重心位置变化来调节第一铺粉辊子2的位置。运动架9和第二铺粉辊子15之间通过第二滑轨14连接，在第二滑轨14的轨槽两端分别固定有第三固定电磁块10和第四固定电磁块13，在第二滑轨14的轨槽中装有可在第二滑轨14的轨槽内往复运动的第二滑动配重电磁块12，在上述各电磁块上均接通有可变相位的电源。工作时第二铺粉辊子15下落或上升的位置可以通过设置在第二滑轨14上的第三固定电磁块10、第二滑动配重电磁块12和第四固定电磁块13进行调节，即通过调节改变相应电磁块上电源的相位，利用两固定电磁块之间的相互吸引和相互排斥的作用推动第二滑动配重电磁块12，进而利用它们的重心位置变化来调节第二铺粉辊子15的位置。传动方式设计中，第一铺粉辊子2、第二铺粉辊子15均固定套装在转轴上，运动架9活动套装在转轴上，第一铺粉辊子2转轴与运动架9转轴之间通过由第一副电机22驱动的第一齿形皮带5传动连接，第二铺粉辊子15转轴与运动架9转轴之间通过由第二副电机21驱动的第二齿形皮带11传动连接。
实际工作中，在进行如图7所示的正向(由右往左方向)铺粉时，第二铺粉辊子15在第一固定电磁块3、第一滑动配重电磁块6、第二固定电磁块7和第三固定电磁块10、第二滑动配重电磁块12、第四固定电磁块13以及定位销8的调节和控制下，使得第二铺粉辊子15的下表面紧贴在供粉平台18的上表面；然后在第一主电机23和第二主电机24的驱动下，主运动皮带20带动运动架9进行正向运动；与此同时，安装在运动架上9的第二副电机21开始工作，并由第二齿形皮带11驱动第二铺粉辊子15进行旋转运动，开始铺粉。在正向铺粉结束的同时反向(图8所示的由左往右方向)铺粉开始，第一铺粉辊子2在第一固定电磁块3、第一滑动配重电磁块6、第二固定电磁块7和第三固定电磁块10、第二滑动配重电磁块12、第四固定电磁块13以及定位销8的调节和控制下，使得第一铺粉辊子2的下表面紧贴余料暂储平台19的上表面，然后在第一主电机23和第二主电机24的驱动下，主运动皮带20带动运动架9进行反向运动；与此同时，安装在运动架9上的第一副电机22开始工作，并由第一齿形皮带5驱动第一铺粉辊子2进行旋转运动，开始铺粉。本发明通过上述的铺粉装置，可以有效地防止在SLS工艺中层与层之间的错动，从而避免了加工的零件出现错层的现象，提高了加工精度，同时也提高了原材料的利用率，节约了材料。

Claims (6)

1.一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于包括以下的操作步骤：
a、构建一种防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置，该装置包括由沿横向依次并排设置的供粉平台(17)、成型平台(18)和余料暂储平台(19)组成的SLS成型加工平台，在供粉平台(17)和成型平台(18)内均设有可升降的活动板，在SLS成型加工平台上方两侧设有横向主导轨(1)，在主导轨(1)上通过主运动皮带(20)立装有一副可沿主导轨(1)往复运动的运动架(9)，在运动架(9)的上端通过两副呈钝角分布的连杆机构按前后向分别设置有第一铺粉辊子(2)和第二铺粉辊子(15)，两个铺粉辊子可分别在电机带动下交替贴置在SLS成型加工平台的上表面；
b、在成型平台内被加工零件的首层或某一层已经加工完成，需要进行下一层的加工时，使供粉平台上升1.5倍层厚的距离，同时使成型平台下降0.5倍层厚的距离；
c、使供粉平台一侧的铺粉辊子沿成型平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多出的粉料推送至余料暂储平台中；
d、使成型平台下降0.5倍层厚的距离，同时使供粉平台下降0.5倍层厚的距离；
e、使成型平台一侧的铺粉辊子沿供粉平台方向运动，对成型平台进行铺粉，并将多余的粉料平铺至供粉平台上；
f、结束铺粉过程，开始加工工件；
g、重复步骤b～步骤f，直至结束铺粉，零件加工完成。
2.根据权利要求1所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于：在加工零件时利用铺粉过程中粉料往返铺粉时的推送作用，对称地对零件已加工部分施加方向相反的力。
3.根据权利要求1所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于：所述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，运动架(9)和第一铺粉辊子(2)之间通过一个直杆状的第一滑轨(4)连接，在第一滑轨(4)的轨槽两端分别固定有第一固定电磁块(3)和第二固定电磁块(7)，在第一滑轨(4)的轨槽中装有一个可在第一滑轨(4)的轨槽内往复运动的第一滑动配重电磁块(6)，所述的第一固定电磁块(3)、第二固定电磁块(7)和第一滑动配重电磁块(6)上均接通有可变相位的电源；运动架(9)和第二铺粉辊子(15)之间通过一个直杆状的第二滑轨(14)连接，在第二滑轨(14)的轨槽两端分别固定有第三固定电磁块(10)和第四固定电磁块(13)，在第二滑轨(14)的轨槽中装有一个可在第二滑轨(14)的轨槽内往复运动的第二滑动配重电磁块(12)，所述的第三固定电磁块(10)、第四固定电磁块(13)和第二滑动配重电磁块(12)上均接通有可变相位的电源。
4.根据权利要求1所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于：所述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，第一铺粉辊子(2)、第二铺粉辊子(15)均固定套装在转轴上，运动架(9)活动套装在转轴上，第一铺粉辊子(2)转轴与运动架(9)转轴之间通过一套由第一副电机(22)驱动的第一齿形皮带(5)传动连接，第二铺粉辊子(15)转轴与运动架(9)转轴之间通过一套由第二副电机(21)驱动的第二齿形皮带(11)传动连接。
5.根据权利要求1所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于：所述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，设置在SLS成型加工平台上方两侧横向主导轨(1)上的主运动皮带(20)分别由第一主电机(23)和第二主电机(24)驱动。
6.根据权利要求1所述的防止在SLS成型工艺中工件发生错层的方法，其特征在于：所述防止在SLS成型工艺中工件发生错层的装置中，在运动架(9)的下侧边装有用于防止粉料溢出的侧边挡料板(16)。
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