CN107755700B - 一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置 - Google Patents

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Abstract

一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置，包括行星齿轮传动机构、安装在行星齿轮传动机构上的伺服电机、直线电机和3D打印喷头，以及固定在行星架上的滚动机构，通过绕3D打印喷头旋转最终实现路径的跟踪。本发明可增加制件的强度，减少气孔率；本发明引入行星机构，可实现滚动机构绕3D打印喷头的旋转运动，只需一个伺服电机控制其中一个齿轮，即可实现旋功能，结构紧凑，重量轻，而且不影响原有机构的运动和运动精度；只需按照3D喷头的路径即可实现对滚动机构绕喷头旋转的功能，不影响原有喷头的打印精度，通过对电机的转数控制，实现滚子的直线移动距离，进而实现对不同打印形状，不同打印层厚时，所需滚动压力大小的控制。

Description

一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置
技术领域
本发明属于增材制造与激光制造装备领域，特别涉及一种对送粉式激光增材制造制件进行同步改性的装置，以修复制造缺陷，增加制件密实度，提升增材制造制件的力学性能。
背景技术
增材制造也称3D打印，是近几年破茧而出的一种先进制造技术，通常用材料的层层连接来制作物体的工艺，解决了航空航天、医疗及汽车领域等关键零部件的制造难题。它能够同时打印多个部件而不用将零件逐一装配，可大大减少零件数量，降低劳动成本。还可以设计制造出薄壁件，包括复杂的网状结构代替实体结构，不仅减少材料消耗和材料重量，还可以缩短生产周期，具有制造复杂形状和结构的独特能力。
近年来随着增材制造技术的不断创新，在金属粉末加工领域，越来越多的激光增材制造技术，如激光固化、选区激光烧结、选区激光熔化、激光熔覆式成型等，能够制造出高密度的金属部件，在这几种基本技术中，激光熔覆式成型技术与选区激光烧结、选区激光熔化等不同的是，金属粉末在喷嘴中即已处于加热熔融状态，特别适于高熔点金属的激光快速成形，可直接精密制造航空航天、军事装备领域的复杂形状高熔点金属零部件，由于其通过调节送粉装置、逐渐改变粉末成分，可在同一零件的不同位置实现材料成分的连续变化，因此激光熔覆式成型在加工异质材料方面具有独特优势。但是由于零件凝固成形过程中容易产生复杂的残余应力，导致零件产生变形，甚至在成形件中产生裂纹，降低制件质量和强度，这是激光熔覆式成型技术面临的主要困境。
目前也有很多人致力于增加增材制造制件强度的研究，解决以上技术问题。目前存在的增加制件强度和消除孔隙的方法主要有：再熔融技术，如CN103173760A，利用第一道激光使合金粉末形成打印层，再利用第二道激光按第一道激光轨迹进行重溶，减少孔洞和交界面开裂等缺陷，提高3D打印金属件的致密性，此方法虽然一定程度上提高产品强度，但工艺复杂影响加工效率。通过改变后处理方法，提高3D打印金属件性能，如CN104087729A，通过对制件进行深冷处理，减小孔隙，提高产品致密度，提高金属件的力学性能，但经过4次处理，过程复杂，效率较低。因此研究一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置来提高制件强度，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明提供一种对送粉式激光增材制造制件进行同步改性的装置，以修复制造缺陷，增加制件密实度，提升增材制造制件的力学性能。
本发明包括行星齿轮传动机构、安装在行星齿轮传动机构上的伺服电机、直线电机和3D打印喷头、固定在行星架上的滚动机构，通过绕3D打印喷头旋转最终实现路径的跟踪。
所述的行星齿轮传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、齿轮内圈、第一轴承、第二轴承、第三轴承，第四轴承、第五轴承、第六轴承、定位键、电机定位轴、第一定位套筒和行星架所述的滚动机构包括丝杠、丝杠传动套筒、第一定位螺栓、第二定位螺栓、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第二定位套筒、滚子滑动外壳，弹簧、滚子、滚子轴、滚子支架、第三螺栓和滚动固定外壳；
第一轴承与行星架和齿轮内圈采取过盈配合，第三轴承与行星架和齿轮内圈采用过盈配合，第二轴承与第二齿轮采用过盈配合，第五轴承与3D打印喷头和行星架采用过盈配合，第六轴承与电机定位轴和行星架采用过盈配合，电机定位轴与第四齿轮通过定位键固定，伺服电机与电机定位轴制件通过自身结构固定。
通过伺服电机带动第一齿轮转动，齿轮内圈固定，进而带动行星架转动，实现第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮沿齿轮内圈旋转，并绕3D打印喷头转动。
所述的第一角接触球轴承与丝杠传动套筒和滚动固定外壳采用过盈配合，第二角接触球轴承与丝杠传动套筒和滚动固定外壳采用过盈配合。
通过直线电机带动丝杠旋转，进而带动丝杠传动套筒旋转并沿丝杠移动，通过轴承作用实现滚子滑动外壳的上下移动。
所述的滚子滑动外壳两侧设有外滑块，滚动固定外壳对应滑块部位设有内滑道，滚子滑动外壳沿滚子固定外壳的滑道上下移动。
所述的滚动固定外壳通过第一定位螺栓和第二定位螺栓固定在行星架上，滚动固定外壳分为直筒和锥形上下两部分，两部分采用螺纹连接固定。
所述的滚子和滚子支架通过滚子轴连接，两端采用螺栓固定；滚子支架通过第三螺栓固定在滚子滑动外壳上。
所述的在滚子滑动外壳和滚动固定外壳之间设有弹簧，弹簧套在滚子滑动外壳上。
本发明的有益效果：
可增加制件的强度，减少气孔率，结构新颖，使用过程安全性和稳定性好，运动过程中驱动力矩小，整体结构紧凑。
1、可增加制件的强度，减少气孔率。本发明充分利用滚动机构施加压力的特点，对制件进行压实，减小气孔率，增加制件致密性，增加制件强度。
2、结构新颖。本发明引入行星机构，可实现滚动机构绕3D打印喷头的旋转运动，只需一个伺服电机控制其中一个齿轮，即可实现旋功能，结构紧凑，重量轻，而且不影响原有机构的运动和运动精度。
3、安全稳定性好，驱动力矩小。本发明利用行星齿轮传动机构，齿轮尺寸小，只需实现旋转运动，传动力矩小，而且齿轮运动传动精度高，运动平稳。
4、操控简单。只需按照3D喷头的路径即可实现对滚动机构绕喷头旋转的功能，不影响原有喷头的打印精度，通过对电机的转数控制，实现滚子的直线移动距离，进而实现对不同打印形状，不同打印层厚时，所需滚动压力大小的控制。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明的行星机构立体示意图。
图3是本发明的行星机构剖视图。
图4是本发明滚子机构立体示意图。
图5是本发明的剖视图。
图中，1—直线电机，1a—伺服电机，2—行星齿轮传动机构，3—3D打印喷头、4—滚动机构，201—第一轴承、202—第一齿轮、203—第二轴承，204—第二齿轮，205—第三齿轮，206-第三轴承，207—第四齿轮，208—定位键，209—电机定位轴，210—齿轮内圈，211—定位套筒，212—第四轴承，213—第五轴承，214—第六轴承，215—行星架，401—丝杠，402—第一定位螺栓，402a—第二定位螺栓，403—滚动固定外壳，404—滚子支架，405—滚子,406—丝杠传动套筒，407—第一角接触球轴承，408—第二角接触球轴承，409—第二定位套筒，410—滚子滑动外壳，411—弹簧，412—第三螺栓，413—滚子轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括行星齿轮传动机构2、安装在行星齿轮传动机构2上的伺服电机1a、直线电机1和3D打印喷头3、固定在行星架215上的滚动机构4，通过绕3D打印喷头旋转最终实现路径的跟踪。
如图2、图3所示，所述的行星齿轮传动机构2包括：第一齿轮202、第二齿轮204、第三齿轮205、第四齿轮207、齿轮内圈210、第一轴承201、第二轴承203、第三轴承206、第四轴承212、第五轴承213、第六轴承214、定位键208、电机定位轴209、第一定位套筒211、行星架215。
如图4、图5所示，所述的滚动机构4包括丝杠401、丝杠传动套筒406、第一定位螺栓402、第二定位螺栓402a、第一角接触球轴承407、第二角接触球轴承408、第二定位套筒409、滚子滑动外壳410，弹簧411、滚子405、滚子轴413、滚子支架404、第三螺栓412，滚动固定外壳403。
如图2、图3所示，所述的第一轴承201与行星架215和齿轮内圈210采取过盈配合，第三轴承206与行星架215和齿轮内圈210采用过盈配合，第二轴承203与第二齿轮204采用过盈配合，第五轴承213与3D打印喷头3和行星架215采用过盈配合，第六轴承214与电机定位轴209和行星架215采用过盈配合，电机定位轴209与第四齿轮207通过定位键208固定，伺服电机1a与电机定位轴209制件通过自身结构固定。
如图1、图2、图3所示，通过伺服电机1a带动第一齿轮202转动，齿轮内圈210固定，进而带动行星架215转动，实现第二齿轮204、第三齿轮205、第四齿轮207沿齿轮内圈旋转，并绕3D打印喷头3转动。
如图5所示，所述的第一角接触球轴承407与丝杠传动套筒406和滚动固定外壳403采用过盈配合，第二角接触球轴承408与丝杠传动套筒406和滚动固定外壳403采用过盈配合。
如图5所示，通过直线电机1带动丝杠401旋转，进而带动丝杠传动套筒406旋转并沿丝杠移动，通过轴承作用实现滚子滑动外壳410的上下移动。
如图4、图5所示，所述的滚子滑动外壳410两侧设有外滑块，滚动固定外壳403对应滑块部位设有内滑道，滚子滑动外壳410沿滚动固定外壳403的滑道上下移动，滚动固定外壳403通过第一定位螺栓402和第二定位螺栓402a固定在行星架215上，滚动固定外壳403分为直筒和锥形上下两部分，两部分采用螺纹连接固定。
如图4、图5所示，所述的滚子405和滚子支架404通过滚子轴413连接，两端采用螺栓固定；滚子支架404通过第三螺栓412固定在滚子滑动外壳410上。
如图5所示，所述的在滚子滑动外壳410和滚动固定外壳403之间设有弹簧411，弹簧411套在滚子滑动外壳410上。
本发明的工作原理和工作过程如下：
当伺服电机1a带动第一齿轮202转动，齿轮内圈210固定，进而带动行星架215转动，实现第二齿轮204、第三齿轮205、第四齿轮207沿齿轮内圈旋转，实现滚动机构4绕3D打印喷头3的旋转运动，进而实现特定路径的跟随功能。同时通过对直线电机1的控制，实现滚子405不同的移动距离，进而控制滚子滚压力的大小。在无压力状态松弛状态下，弹簧411与滚子滑动外壳410和滚动固定外壳403之间无压力接触，在工作状态下，直线电机1带动丝杠401旋转，通过对丝杠传动套筒406的力传递，使丝杠传动套筒406旋转并下降，通过第一角接触球轴承407和第二角接触球轴承408的作用，使得滚子滑动外壳410沿着滚动固定外壳403内部的滑道向下做直线运动，电机旋转的转数不同，滚子向下移动的距离不同，即通过对电机转数的控制实现对压力大小的控制，同时在工作时，压动弹簧411起到缓冲和保护作用。

Claims (1)

1.一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置，其特征在于：包括行星齿轮传动机构(2)、安装在行星齿轮传动机构(2)上的伺服电机(1a)、直线电机(1)和3D打印喷头(3)、固定在行星架(215)上的滚动机构(4)；
所述的行星齿轮传动机构(2)包括第一齿轮(202)、第二齿轮(204)、第三齿轮(205)、第四齿轮(207)、齿轮内圈(210)、第一轴承(201)、第二轴承(203)、第三轴承(206)，第四轴承(212)、第五轴承(213)、第六轴承(214)、定位键(208)、电机定位轴(209)、第一定位套筒(211)和行星架(215)；
所述的滚动机构(4)包括丝杠(401)、丝杠传动套筒(406)、第一定位螺栓(402)、第二定位螺栓(402a)、第一角接触球轴承(407)、第二角接触球轴承(408)、第二定位套筒(409)、滚子滑动外壳(410)，弹簧(411)、滚子(405)、滚子轴(413)、滚子支架(404)、第三螺栓(412)和滚动固定外壳(403)；
第一轴承(201)与行星架(215)和齿轮内圈(210)采取过盈配合，第三轴承(206)与行星架(215)和齿轮内圈(210)采用过盈配合，第二轴承(203)与第二齿轮(204)采用过盈配合，第五轴承(213)与3D打印喷头(3)和行星架(215)采用过盈配合，第六轴承(214)与电机定位轴(209)和行星架(215)采用过盈配合，电机定位轴(209)与第四齿轮(207)通过定位键(208)固定，伺服电机(1a)与电机定位轴(209)制件通过自身结构固定；
通过伺服电机(1a)带动第一齿轮(202)转动，齿轮内圈(210)固定，进而带动行星架(215)转动，实现第二齿轮(204)、第三齿轮(205)、第四齿轮(207)沿齿轮内圈旋转，并绕3D打印喷头(3)转动；
所述的第一角接触球轴承(407)与丝杠传动套筒(406)和滚子固定外壳(403)采用过盈配合，第二角接触球轴承(408)与丝杠传动套筒(406)和滚子固定外壳(403)采用过盈配合；
通过直线电机(1)带动丝杠(401)旋转，进而带动丝杠传动套筒(406)旋转并沿丝杠移动，通过轴承作用实现滚子滑动外壳(410)的上下移动；
所述的滚子滑动外壳(410)两侧设有外滑块，滚动固定外壳(403)对应外滑块部位设有内滑道，滚子滑动外壳(410)沿滚动固定外壳(403)的滑道上下移动；
所述的滚动固定外壳(403)通过第一定位螺栓(402)和第二定位螺栓(402a)固定在行星架(215)上，滚动固定外壳(403)分为直筒和锥形上下两部分，两部分采用螺纹连接固定；
所述的滚子(405)和滚子支架(404)通过滚子轴(413)连接，两端采用螺栓固定；滚子支架(404)通过第三螺栓(412)固定在滚子滑动外壳(410)上；
在滚子滑动外壳(410)和滚动固定外壳(403)之间设有弹簧(411)，弹簧(411)套在滚子滑动外壳(410)上。
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