CN107262715A - 一种选择性激光烧结机成型缸传动装置 - Google Patents

一种选择性激光烧结机成型缸传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，它的主要特征包括：步进电机、主动齿轮、从动齿轮、推力球轴承、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠套筒、成型缸推板，成型缸、导柱和导柱导轨。步进电机的轴与主动齿轮同心连接，主动齿轮与从动齿轮两侧对称连接，从动齿轮与滚珠丝杠同心相连，从动齿轮带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠套筒套在滚珠丝杠外面，滚珠丝杠转动，从而带动套筒向上运动，从而完成粉末的进给运动。三根导柱均匀分布在成型缸推板下面。本发明不仅缩小了机械结构的体积，保证了烧结机运动过程的精确性，还能保证大型烧结机在长时间连续运行的情况下，机械结构传动过程的稳定性和连续性。

Description

一种选择性激光烧结机成型缸传动装置
技术领域
本发明涉及增材制造的领域，具体是涉及一种大型选择性激光烧结机的成型缸传动装置。
背景技术
选择性激光烧结是RP(Rapid Prototyping)技术中发展起来的又一种全新的增材制造的方法，这种增材制造方法的原理是：首先在制造平面上铺上一层均匀的、薄薄的金属粉末，经预热装置预热到一定温度，计算机根据输入的零件的CAD模型，经过数据处理得到零件的二维切片信息，然后激光对粉末层进行选择性激光烧结，烧结结束，成型缸上升一定高度重新铺粉，再进行新一轮的烧结，周而复始，直至零件成型。
衡量选择性激光烧结成型的零件的主要指标包括致密度，表面粗糙度，尺寸精度等，而这些致密度、表面粗糙度、尺寸精度这些衡量指标与成型缸传动装置密切相关。就一次送粉过程而言，如果整个成型传动过程不稳定，就会造成成型过程的抖动，最终在成型缸铺的一层粉末造成不均匀的后果，就会导致粉末不能均匀地吸收激光能量，从而降低成型零件的质量；如果每一次成型的传动过程不精确，在成型缸上面一层粉末的厚度过小，会造成粉末的过烧结，如果成型缸上面的一层粉末厚度过大，下面的粉末就不能吸收到足够的激光能量完成最后的烧结，导致零件的致密度和零件的力学性能很差，甚至会不能成型零件；就多次成型过程而言，每一次的成型缸基板下降高度误差会在整个传动的过程中累积，就会造成累积误差。所以只有稳定的传动过程，最终在成型缸上面才能铺上一层均匀的粉末，只有精确地传动过程，才能保证尽可能地减小每一次的送粉厚度误差，从而尽可能减小累积误差删除。所以，成型缸传动装置的优劣直接决定了最终成型零件的质量，只有一个精确的、稳定的传动装置才能最终成型一个合格的零件。
目前，成型缸传动装置一般采用的结构是步进电机与滚珠丝杠直接相连，步进电机固定在最下面，滚珠丝杠与步进电机通过联轴器连接，从而步进电机带动滚珠丝杠旋转，但是这种传动装置只能适用于中小型的烧结机，而对于大型的烧结机而言，一方面是承重方面的问题，在承重结构上必须做出改变，但是大型的烧结机本身体积就大，就成型缸500×500×500mm而言，最终高度甚至会超过2m，这就对结构方面有很大的要求，另一方面，这种结构下，烧结机连续性运行方面存在着隐患，对于大型烧结机而言，成型一个大型的零件必须要连续运行很长时间，这就要求烧结机在连续作业下的稳定性和精确性必须有很高的保障。
目前，国内的相关研究很少，在实验室研究与探索杂志中的第32卷第9期中择性激光烧结机设计及其实验文章中虽然采用了通过齿轮传动，但是滚珠丝杠处于悬空状态，在传动过程中的整个作用力全部作用于滚珠丝杠与连接件，不利于大型选择性激光烧结机的连续性传动。
发明内容
针对现有的选择性激光烧结机构存在的问题，本发明的目的在于以下两个方面：一方面要保证整个送粉装置送粉过程的稳定性，精确性，另一方面，在保证第一个方面的的前提下，减小整个装置高度，减少能量消耗，降低成本。
本发明提供的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，它的主要特征包括：
一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，包括成型缸1、导柱导轨2、导柱3、滚珠丝杠套筒4、六角柱螺栓5、弹簧垫圈6、六角螺母7、滚珠丝杠螺母8、滚珠丝杠9、推力球轴承10、从动齿轮11、主动齿轮12、基板13、隔热板14、活塞15；
主动齿轮12与步进电机相连，主动齿轮12与从动齿轮11两侧对称装配，从动齿轮11与滚珠丝杠9同心装配，在从动齿轮11下面同心安装一个推力球轴承10，推力球轴承10安装在底座上面固定；滚珠丝杠螺母8安装在滚珠丝杠9上面，滚珠丝杠螺母8与滚珠丝杠套筒4安装在一起；滚珠丝杠套筒4与成型缸的活塞15连接；成型缸1内里面安装基板13、隔热板14和活塞15，基板13安装在最上面，隔热板14安装在最中间，活塞15安装在最下面并与滚珠丝杠套筒4连接；在活塞的下面安装多个导柱3，导柱3均匀的分布在活塞15的下面，并且让重心在滚珠丝杠套筒4的位置，在导柱3的外面安装了导柱导轨2。
进一步，滚珠丝杠螺母分别通过六角柱螺栓5、六角螺母7、弹簧垫圈6与滚珠丝杠套筒4安装在一起；滚珠丝杠套筒4通过8个六角柱螺栓与成型缸的活塞15连接。
进一步，所述主动齿轮12小于从动齿轮11，且主动齿轮12和从动齿轮11分度圆重合，主动齿轮12和从动齿轮11传动比例0.5。
进一步，所述推力球轴承10与滚珠丝杠9相连，推力球轴承固定在支撑件上。
进一步，所述导柱为三根。
进一步，所述活塞15和隔热板14通过螺钉连接，基板13不与隔热板14连接。
进一步，基板13为网状孔的平面结构。
进一步，所述主动齿轮12和从动齿轮11的中心距120mm，模数2，齿顶高2mm，齿根高2.5mm。
进一步，所述从动齿轮11的分度圆直径200mm，齿数100，齿宽41mm.
进一步，所述主动齿轮12的分度圆直径50mm，齿数20，齿宽36mm。
与现有的选择性激光烧结机送粉装置结构相比，本发明专利具有以下优点：
一、结构紧凑，减小了整体的体积，传动稳定，送粉运行时能够精确定位，可以更好地进行铺粉。
二、通过一对齿轮传动，可以有效地减小主动力矩，降低成本
三、通过推力球轴承，滚珠丝杠与底部接触，可以承受更大的重量，对于大型的选择性激光烧结机而言，可以更好地长时间的运转。
附图说明
图1是选择性激光烧结机成型缸传动装置的总体结构示意图。
图2是选择性激光烧结机的内部结构图(省略成型缸)。
图3是基板、隔热板和活塞的装配图
图4是基板的结构图
图5是主动齿轮和从动齿轮装配图。
图中各标号的名称分别是：1、成型缸；2、导柱导轨；3、导柱；4、滚珠丝杠套筒；5、六角柱螺栓；6、弹簧垫圈；7、六角螺母；8、滚珠丝杠螺母；9、滚珠丝杠；10、推力球轴承；11、从动齿轮；12、主动齿轮；13、基板；14、隔热板；15、活塞
具体实施方式
为了可以让本领域技术相关人员更好地理解和实施本发明的相关技术，以下结合相关说明书附图和具体安装操作步骤来做进一步地详细说明。
本选择性激光烧结机的成型缸传动装置主要包括：成型缸1、导柱导轨2、导柱3、滚珠丝杠套筒4、六角柱螺栓5、弹簧垫圈6、六角螺母7、滚珠丝杠螺母8、滚珠丝杠9、推力球轴承10、从动齿轮11、主动齿轮12、基板13、隔热板14、活塞15。如图1所示，主动齿轮12与步进电机(图中未画出)相连，主动齿轮12与从动齿轮11两侧对称装配，从动齿轮11与滚珠丝杠9同心装配，在从动齿轮11下面同心安装一个推力球轴承10，推力球轴承10安装在底座上面，固定。滚珠丝杠螺母8安装在滚珠丝杠9上面，滚珠丝杠螺母通过8个六角柱螺栓5、六角螺母7和弹簧垫圈6与滚珠丝杠套筒4安装在一起。同样的，滚珠丝杠套筒4通过8个六角柱螺栓与成型缸的活塞15连接。如图2所示，成型缸1内里面安装基板13、隔热板14和活塞15，基板13安装在最上面，隔热板14安装在最中间，活塞15安装在最下面，通过六角柱螺栓与滚珠丝杠套筒4连接，具体结构如图3所示。为了防止在选择性激光烧结机工作的时候基板13与成型缸1卡死，所以在活塞的下面安装了三个导柱3，导柱3均匀的分布在活塞15的下面，并且让重心在滚珠丝杠套筒4的位置，为了防止导柱3与成型缸1之间摩擦力太大，在导柱3的外面安装了导柱导轨2。
进一步地，基板13是成型缸的一个重要组成部分，零件的成型都是在基板上进行的，在零件的成型过程中，铺粉装置在铺粉过程中，有很大的可能会对零件造成推动，这样就会造成零件的烧结失败。所以为了防止成型过程中零件的滑移，对基板13的结构进行改进，设计了一种网状孔的平面结构，如图4所示，这样不仅可以解决滑移的问题，还可以释放烧结第一层零件时产生的热应力。
进一步地，传动结构中的一对齿轮是整个传动结构的重要组成部分，如图5所示，这对齿轮的中心距120mm，模数2，齿顶高2mm，齿根高2.5mm，从动齿轮的分度圆直径200mm，齿数100，齿宽41mm，主动齿轮的分度圆直径50mm，齿数20，齿宽36mm。
所述的传动装置还包括六角柱螺栓、弹簧垫圈、六角螺母，滚珠丝杠螺母和套筒各设置八个螺栓孔，螺栓通过螺栓孔使滚珠丝杠螺母与套筒相连，确保滚珠丝杠螺母和套筒能够同步运动。所述主动齿轮小于从动齿轮，传动比例0.5。所述推力球轴承与滚珠丝杠相连，推力球轴承固定在支撑件上。所述滚珠丝杠套筒与滚珠丝杠螺母相连，套在滚珠丝杠外面，套筒与活塞相连。所述三根导柱均匀分布，三根导柱的重心在滚珠丝杠套筒位置。所述活塞在最下面，隔热板在中间，通过螺钉连接，基板在最上面，不与隔热板连接。
选择性激光烧结机的成型缸传动装置安装完成之后，就可以正常工作，该烧结机成型缸传动装置工作原理为：控制系统输出脉冲信号，步进电机转动，主动齿轮12和步进电机相连，主动齿轮12旋转，从而带动从动齿轮11旋转，从动齿轮11连接滚珠丝杠套筒4，从而带动滚珠丝杠螺母8旋转，继而滚珠丝杠9就会上升，步进电机如果反向旋转，最后滚珠丝杠9就会下降，最终成型缸1里的基板13就会上升或者下降一个铺粉层厚。
综上，本发明的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，它的主要特征包括：步进电机、主动齿轮、从动齿轮、推力球轴承、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠套筒、成型缸推板，成型缸、导柱和导柱导轨。步进电机的轴与主动齿轮同心连接，主动齿轮与从动齿轮两侧对称连接，从动齿轮与滚珠丝杠同心相连，从动齿轮带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠套筒套在滚珠丝杠外面，滚珠丝杠转动，从而带动套筒向上运动，从而完成铺粉。三根导柱均匀分布在成型缸推板下面。本发明专利不仅缩小了机械结构的体积，保证了烧结机运动过程的精确性，还能保证大型烧结机在长时间连续运行的情况下，机械结构传动过程的稳定性和连续性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，包括成型缸(1)、导柱导轨(2)、导柱(3)、滚珠丝杠套筒(4)、六角柱螺栓(5)、弹簧垫圈(6)、六角螺母(7)、滚珠丝杠螺母(8)、滚珠丝杠(9)、推力球轴承(10)、从动齿轮(11)、主动齿轮(12)、基板(13)、隔热板(14)、活塞(15)；
主动齿轮(12)与步进电机相连，主动齿轮(12)与从动齿轮(11)两侧对称装配，从动齿轮(11)与滚珠丝杠(9)同心装配，在从动齿轮(11)下面同心安装一个推力球轴承(10)，推力球轴承(10)安装在底座上面固定；滚珠丝杠螺母(8)安装在滚珠丝杠(9)上面，滚珠丝杠螺母(8)与滚珠丝杠套筒(4)安装在一起；滚珠丝杠套筒(4)与成型缸的活塞(15)连接；成型缸(1)内里面安装基板(13)、隔热板(14)和活塞(15)，基板(13)安装在最上面，隔热板(14)安装在最中间，活塞(15)安装在最下面并与滚珠丝杠套筒(4)连接；在活塞的下面安装多个导柱(3)，导柱(3)均匀的分布在活塞(15)的下面，并且让重心在滚珠丝杠套筒(4)的位置，在导柱(3)的外面安装了导柱导轨(2)。
2.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，滚珠丝杠螺母分别通过六角柱螺栓(5)、六角螺母(7)、弹簧垫圈(6)与滚珠丝杠套筒(4)安装在一起；滚珠丝杠套筒(4)通过8个六角柱螺栓与成型缸的活塞(15)连接。
3.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述主动齿轮(12)小于从动齿轮(11)，且主动齿轮(12)和从动齿轮(11)分度圆重合，主动齿轮(12)和从动齿轮(11)传动比例0.5。
4.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述推力球轴承(10)与滚珠丝杠(9)相连，推力球轴承固定在支撑件上。
5.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述导柱为三根。
6.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述活塞(15)和隔热板(14)通过螺钉连接，基板(13)不与隔热板(14)连接。
7.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，基板(13)为网状孔的平面结构。
8.根据权利要求1或3所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述主动齿轮(12)和从动齿轮(11)的中心距120mm，模数2，齿顶高2mm，齿根高2.5mm。
9.根据权利要求1或3所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述从动齿轮(11)的分度圆直径200mm，齿数100，齿宽41mm。
10.根据权利要求1或3所述的一种选择性激光烧结机成型缸传动装置，其特征在于，所述主动齿轮(12)的分度圆直径50mm，齿数20，齿宽36mm。
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