CN107350471B - 一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统，包括工作台、送粉装置、铺粉装置、直线电机、滑块、基板、导轨、Z向伺服电机、丝杠、丝杠螺母、升降板、连接杆、成形缸、加热板、电阻丝加热装置；工作台中心设置成形缸通孔，导轨设置于工作台上，滑块设置于导轨上，铺粉装置设置于滑块上，直线电机设置于导轨右侧且驱动铺粉装置沿导轨做直线运动，送粉装置设置于工作台上且位于导轨右侧，成形缸设置于成形缸通孔内，成形缸上端面设置加热槽，升降板固定于丝杠上的丝杠螺母上，丝杠与Z向伺服电机旋转轴连接，连接杆设置于升降板上且上端穿过成形缸底面，加热板设置于连接杆上端，基板固定于加热板上，电阻丝加热装置设置于加热板内。

Description

一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统
技术领域
本发明涉及一种增材制造技术，特别是一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统。
背景技术
激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)技术发展迅速，已经在全球范围内开始金属SLM产业化推进。该技术基于快速成形的基本思想，即分层制造、逐层叠加的制造方式，根据三维CAD模型直接成形具有特定几何形状的零件，成形过程不受零件复杂程度的限制，具有成形精度高、组织致密、工序简单等技术优势。
现有的工业SLM成形设备的铺粉系统主要由送粉装置、成形装置、回收装置、铺粉装置及相应的支架组成，用于金属粉末成形。随着SLM技术快速发展，陶瓷、钨、金属基复合材料等新材料SLM研发与推进已经成为必然趋势，而现有铺粉系统难于支持陶瓷、钨等新材料的开发。一方面，现有铺粉系统采用与成形缸等高平行放置的送粉缸来实现送粉，存在成形过程中粉末不可添加、粉末回收不便等问题。专利申请号为211310667164.1及211521759859.9的发明分别介绍了叶轮供料式SLS成形铺粉系统及齿轮供料式SLM成形双向铺粉系统，但存在着送粉量不易控制、密封困难等问题。另一方面，目前的SLM铺粉系统往往只采用刮刀或铺粉辊一种铺粉装置，未见可更换铺粉装置SLM设备的报道，设备难于支持多种材料的成形加工。本发明提出一种用于SLM成形的自上而下送粉、可更换铺粉装置、可预热的新型铺粉系统，创新送粉方式、铺粉装置，以支持陶瓷等新材料的SLM技术研发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统，包括工作台、送粉装置、铺粉装置、直线电机、滑块、基板、导轨、Z向伺服电机、丝杠、丝杠螺母、升降板、连接杆、成形缸、加热板、电阻丝加热装置；其中工作台中心设置成形缸通孔，导轨设置于工作台上，滑块设置于导轨上，铺粉装置设置于滑块上，直线电机设置于导轨右侧且驱动铺粉装置沿导轨做直线运动，送粉装置设置于工作台上且位于导轨右侧，成形缸设置于成形缸通孔内且上端面与工作台上端面共面，成形缸上端面设置加热槽，升降板固定于丝杠螺母上，丝杠螺母与丝杠配合，丝杠与Z向伺服电机旋转轴固定连接，连接杆竖直的设置于升降板上且上端穿过成形缸底面，加热板设置于连接杆上端且在Z向伺服电机的驱动下在竖直方向做直线运动，基板固定于加热板上，电阻丝加热装置设置于加热板内。
本发明与现有技术相比，其显著特点有：(1)本发明采用自上而下送粉方式，通过带有凹槽的送粉辊转动实现送粉，避免普通的双缸升料式送粉方式一次性粉末放入过多，减少粉末回收量；(2)本发明在送粉机构下端安装粉末保护橡胶，区别于难以密封的叶轮、齿轮送粉方式，可隔绝空气，保护性储放送粉缸内加工剩余粉末；(3)本发明采用铺粉辊或刮刀可更换式铺粉装置，区别于一种铺粉装置的设备，铺粉辊或刮刀通过螺钉与铺粉轴连接固定，方便更换，以满足陶瓷、金属复合材料等不同材料的不同铺粉需求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明总体结构的主视图。
图2是本发明总体结构的俯视图。
图3是本发明总体结构的三维图
图4是本发明送粉装置三维图。
图5是本发明送粉机构剖面图。
图6是本发明铺粉装置三维图。
图7是本发明刮刀三维图。
图8是本发明送粉辊三维图。
具体实施方式
一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统，包括送粉装置1、支架2、铺粉装置3、直线电机4、滑块5、基板6、加热板7、隔热板8、密封橡胶9、过渡板10、成形缸底板11、连接杆12、丝杠13、Z向伺服电机14、底座15、支撑框架16、丝杠螺母17、升降板18、丝杠护罩19、电阻丝加热装置20、成形缸21、回收仓22、回收管23、连接框架24、导轨25、回收挡板26、工作台27。
结合图1和图2，四个支撑框架16安装在四个底座15上，底座15固定安装在地面，再以连接框架24将四个支撑框架16连接固定，工作台27水平安装固定在连接的框架之上。导轨25平行固定在工作台27的两个侧面，其上设有相应的滑块5，两个滑块5之间放置与导轨25垂直并与滑块5固连的铺粉装置3。所述直线电机4安装在导轨25靠近送粉装置1一端，驱动铺粉装置3在导轨25上做直线运动。送粉装置1安装在铺粉装置3靠近直线电机4一端极限位置处上方，通过支架2与工作台27固连。所述成形缸21位于工作台27中间处，由四块板材竖直放置固连组成，板材顶端与工作台27上表面保持水平等高，底端则与成形缸底板11固连。所述基板6位于成形缸21内部最顶端，加热板7安装在基板6下方，加热板7内部安装有电阻丝加热装置20，从加热板7向下依次是隔热板8及过渡板10，在过渡板10与成形缸21内壁接触边界处环绕一圈密封橡胶9并与过渡板10粘结，以上四块板材均固连在一起。所述连接杆12顶端与过渡板10固连，底端与升降板18相固连，丝杠螺母17则与升降板18固连并与丝杠13相配合。丝杠13顶部(即超出丝杠螺母17部分)安放有丝杠护罩19，环绕在丝杠13周围，丝杆13底部则安装Z向伺服电机14。所述回收管23安装在工作台27远离送粉装置1一端下方并与工作台27固连，回收挡板26安放在回收管23顶部与工作台27上表面等高处，回收仓22与回收管23底端固连，用于储放回收粉末。
结合图1、图4及图5，送粉装置1包括送粉管A-1、送粉缸顶板A-2、送粉缸A-3、送粉机构A-4、挡板A-5及带轮A-6，整体安装在工作台27靠近直线电机4端上方，顶板A-2安装在送粉缸A-3上方，送粉缸顶板A-2通过螺钉固定在送粉缸A-3顶部，送粉管A-1安装在送粉缸顶板A-2中间处上方，便于将粉末直接送入送粉缸A-3。送粉缸A-3与送粉机构A-4上下固连，粉末可在重力作用下直接在从内部进入送粉机构A-4。送粉机构A-4内部剖面结构如图5所示，送粉机构A-4包括送粉机构腔体B-1、送粉辊B-2、粉末保护橡胶B-3及保护刮刀B-4。送粉辊B-2与送粉机构腔体B-1之间用轴承配合进行连接，粉末保护橡胶B-3粘结在腔体内壁与送粉辊B-2接触界面的最下端，防止不受控制的漏粉，保护刮刀B-4则用来固定粉末保护橡胶B-3。挡板A-5固定在送粉机构A-4的两侧，防止送粉辊B-2的轴向移动。结合图8，送粉辊B-2表面带有四个均匀分布的凹槽，送粉量的多少由送粉辊B-2上凹槽的容积决定，可实现精确控制。送粉辊B-2与带轮A-6固连，由伺服电机驱动控制，每转动1/4圈，实现一次送粉，通过控制伺服电机每次驱动带轮A-6的转数，即可实现每层送粉量多少的控制。最后，送粉装置1整体通过支架2安装在工作台27上。带轮A-6与外部的伺服电机连接，由伺服电机驱动带动送粉辊B-2转动。
结合图1和图6，铺粉装置3安装在送粉机构A-4下方。两个铺粉轴C-5与轴承C-3内孔配合，轴承C-3外轴与铺粉辊支架C-2的两个孔配合连接，铺粉辊C-1通过螺钉与两个铺粉轴C-5固连，带轮C-4则与较长的铺粉轴C-5固连。铺粉装置3整体通过铺粉辊支架C-2与滑块5固连。直线电机4可驱动滑块5带动铺粉装置3沿导轨25直线运动，通过铺粉装置3直线运动及铺粉辊C-1匀速转动的协调工作，实现粉末铺设及压实。带轮C-4与外部的伺服电机连接，由伺服电机驱动带动铺粉轴C-5转动。除此之外，铺粉辊C-1可更换为图7中的刮刀，即刮刀与两个铺粉轴C-5通过螺钉固连。使用刮刀铺粉时，需要调整刮刀保持竖直并与工作台27上表面平齐。刮刀铺粉与铺粉辊铺粉的运动方式略有区别，刮刀铺粉只需直线电机4运转，驱动铺粉装置3沿导轨25运动，铺粉轴C-5不需要转动。
本发明系统工作过程如下：首先校正基板6基准位置，调整基板6顶面与工作台27上表面平齐。打开电阻丝加热装置20，对加热板7及基板6预热。送粉缸A-3内粉末在自身重力作用下压入送粉机构A-4并填充到送粉辊B-2凹槽内，当基板6预热温度达到工作条件，送粉辊B-2开始转动，使得送粉辊B-2表面填充了粉末的凹槽向下翻转，实现送粉。送粉量达到需求后，直线电机4驱动滑块5带动铺粉装置3整体沿导轨25向前运动。若铺粉装置3上安装刮刀，刮刀需要调整竖直并与工作台27上表面平齐，铺粉时铺粉轴C-5不需转动；若铺粉装置3上安装铺粉辊C-1，铺粉轴C-5带动铺粉辊C-1匀速转动，通过铺粉装置3直线运动及铺粉辊C-1匀速转动协调工作，实现粉末铺设及压实。待铺粉装置3完成粉末在基板6上的铺设，剩余粉末在其推动作用下继续向前运动，直到回收挡板26处，铺粉装置3返回起点。剩余粉末则通过回收挡板26上间隙流入回收管23，并流入粉末回收仓22。铺粉装置3完成铺粉后，电阻丝加热装置20通过热传导，对铺设粉末进行预热。待预热完成后，激光器开始工作，进行该层加工。每完成一层加工，Z向伺服电机14驱动丝杠13转动，带动丝杠螺母17及升降板18向下运动，同时通过连接杆12带动固连的基板6、加热板7、隔热板8及过渡板10向下移动一层粉末高度，为成形缸21内下一层粉末的铺设留出空间。待成形缸21内基板6等下降完成，送粉机构A-4重复送粉动作，待完成送粉后，该系统重复铺粉运动及激光熔化成形，如此重复，实现加工。

Claims (8)

1.一种用于激光选区熔化成形设备的新型铺粉系统，其特征在于，包括工作台(27)、送粉装置(1)、铺粉装置(2)、直线电机(4)、滑块(5)、基板(6)、导轨(25)、Z向伺服电机(14)、丝杠(13)、丝杠螺母(17)、升降板(18)、连接杆(12)、成形缸(21)、加热板(7)、电阻丝加热装置(20)；其中
工作台(27)中心设置成形缸通孔，
导轨(25)设置于工作台(27)上，
滑块(5)设置于导轨(25)上，
铺粉装置(2)设置于滑块(5)上，
直线电机(4)设置于导轨(25)右侧且驱动铺粉装置(2)沿导轨(5)做直线运动，
送粉装置(1)设置于工作台(27)上且位于导轨(25)右侧，
成形缸(21)设置于成形缸通孔内且上端面与工作台(27)上端面共面，
成形缸(21)上端面设置加热槽，
升降板(18)固定于丝杠螺母(17)上，
丝杠螺母(17)与丝杠(13)配合，
丝杠(13)与Z向伺服电机(14)旋转轴固定连接，
连接杆(12)竖直的设置于升降板(18)上且上端穿过成形缸(21)底面，
加热板(7)设置于连接杆(12)上端且在Z向伺服电机(14)的驱动下在竖直方向做直线运动，
基板(6)固定于加热板(7)上，
电阻丝加热装置(20)设置于加热板(7)内。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，送粉装置(1)包括送粉管(A-1)、送粉缸顶板(A-2)、送粉缸(A-3)、送粉机构(A-4)、带轮(A-6)，送粉机构(A-4)包括送粉机构腔体(B-1)、送粉辊(B-2)；其中
送粉缸顶板(A-2)设置于送粉缸(A-3)的上端口处且设置送粉管通孔，
送粉管(A-1)设置于送粉管通孔处的送粉缸顶板(A-2)上，
送粉机构腔体(B-1)与送粉缸(A-3)的下端口固定连接，
送粉机构腔体(B-1)底面呈弧形且设置出粉口，
送粉辊(B-2)设置于送粉机构腔体(B-1)内且沿送粉辊(B-2)周向均匀设置四个凹槽，
送粉辊(B-2)的外径与送粉机构腔体(B-1)弧形底面的内径相同，
带轮(A-6)设置于送粉机构腔体(B-1)外部且与送粉辊(B-2)转轴处连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，铺粉装置(2)包括铺粉辊(C-1)、铺粉辊支架(C-2)、两个铺粉轴(C-5)、带轮(C-4)；其中
铺粉辊支架(C-2)下端设置于滑块(5)上且下端面设置铺粉槽，
铺粉辊支架(C-2)上端面设置与送粉机构腔体(B-1)出粉口匹配的进粉口，
铺粉轴(C-5)设置两个且分别通过相应的轴承(C-3)设置于铺粉辊支架(C-2)的侧壁上，
铺粉辊(C-1)的两端分别与两个铺粉轴(C-5)转动连接，
带轮(C-4)设置于铺粉辊支架(C-2)侧壁上且与其中一个铺粉轴(C-5)固定连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，铺粉装置(2)包括刮刀、铺粉辊支架(C-2)、两个铺粉轴(C-5)、带轮(C-4)；其中
铺粉辊支架(C-2)下端设置于滑块(5)上且下端面设置铺粉槽，
铺粉辊支架(C-2)上端面设置与送粉机构腔体(B-1)出粉口匹配的进粉口，
铺粉轴(C-5)设置两个且分别通过相应的轴承(C-3)设置于铺粉辊支架(C-2)的侧壁上，
刮刀的两端分别与两个铺粉轴(C-5)固定连接，
带轮(C-4)设置于铺粉辊支架(C-2)侧壁上且与其中一个铺粉轴(C-5)固定连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还包括回收装置，该回收装置包括回收仓(22)、回收管(23)、回收挡板(26)；其中
工作台(27)成形缸通孔的左侧设置回收口，
回收挡板(26)设置于回收口左侧边缘的工作台(27)上，
回收管(23)固定于工作台(27)下端面回收口处，
回收仓(22)与回收管(23)下端口连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括设置于加热板(7)和连接杆(12)之间的隔热板(8)，密封橡胶(9)，过渡板(10)；其中
隔热板(8)固定于加热板(7)的下端面，
过渡板(10)固定于隔热板(8)的下端面，
沿过渡板(10)周向且在过渡板(10)和成形缸(21)内壁之间设置一圈密封橡胶(9)。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，送粉机构(A-4)还包括粉末保护橡胶(B-3)、保护刮刀(B-4)；其中
粉末保护橡胶(B-3)呈环状且沿送粉机构腔体(B-1)的出粉口周向设置，
粉末保护橡胶(B-3)上端面呈弧形且半径与送粉机构腔体(B-1)弧形底面的半径相同，
保护刮刀(B-4)固定于出粉口内壁上且承载粉末保护橡胶(B-3)。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，丝杠(13)超出丝杠螺母(17)的部分沿周向设置丝杠护罩(19)。
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