CN107876772B - 一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置 - Google Patents

一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，包括：落粉部，所述落粉部由第一落粉部与第二落粉部组成；刮刀组件，所述刮刀组件包括刮刀；所述刮刀固定于刮刀安装架上；毛刷组件，所述毛刷组件包括毛刷；所述毛刷与所述刮刀的延伸方向相互平行；驱动部，所述驱动部固定于所述刮刀安装架的侧壁上，且与所述刮刀组件及所述毛刷组件连接，用于控制所述刮刀与所述毛刷的移动。本发明的双材料铺粉装置，可在有效的保障成型效率的同时，实现两种材料的混合成型。

Description

一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置
技术领域
本发明属于增材制造设备领域，具体涉及一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置。
背景技术
增材制造技术所用的原材料通常有粉料、丝料、化学液体等，而目前工业应用的主流技术都是利用激光或电子束为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如SLM、SLS、LSF、EBM等技术。这些技术采用的原材料均为几十到几百微米的粉末，在成型过程中，通过供粉机构与铺粉机构将粉末均匀平摊在成型表面上，再利用激光等能量源将表面特定几何形状区域的粉末熔化，产生冶金结合，最终使零件立体成型。
对于多种粉末成型技术，目前只有采用LSF设备实现。LSF设备的结构是将装有激光发射与喷吹粉末的熔覆头，在三坐标轴的驱动下进行空间堆积成型。由于其原理是定量送粉，故通过不同的送粉器，将多种不同粉末按需求量送往熔覆头便可实现同一零件的多种粉末熔融成型。多种粉末熔融成型较为常见的用途，为先用一种粉末完成成型件主体结构，再用另一种粉末对主体结构表面熔覆一层性能更为优异的涂层材料，来增加成型件表面的物理、化学、生物等各项性能，同时避免使用单一贵金属粉末而带来的成本浪费。此方法多用于航空航天、医疗、船舶、核电等领域。但上述采用LSF设备成型零件时，存在成型效率低的问题。
现有技术中，激光选区熔化设备(SLM)能直接成型出接近完全致密度的金属零件，是目前较为先进的设备，成型效率远高于LSF设备的成型效率。该设备由成型腔体、成型轴、落粉装置、铺粉装置和收粉装置组成，由于其成型原理是通过铺粉装置在成型轴工作台上逐层平铺粉末来实现累积成型，故每层铺设的粉末必然是同一种材料，因而导致其只能进行单一粉末成型制造，很难像LSF设备一样实现两种材料的混合成型。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的增材制造激光成型设备进行两种粉末成型时成型效率低的问题，进而提供一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置。
本发明所述的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，包括：
落粉部，所述落粉部由第一落粉部与第二落粉部组成，用于存放和/或使不同/相同的粉末下落；
刮刀组件，所述刮刀组件包括刮刀；所述刮刀固定于刮刀安装架上；
毛刷组件，所述毛刷组件包括毛刷；所述毛刷与所述刮刀的延伸方向相互平行；
驱动部，所述驱动部固定于所述刮刀安装架的侧壁上，且与所述刮刀组件及所述毛刷组件连接，用于控制所述刮刀与所述毛刷的移动。
优选地，所述第一落粉部与所述第二落粉部分别设置于所述刮刀安装架的两侧；
进一步优选地，所述第一落粉部与所述第二落粉部为粉槽，以所述刮刀安装架为轴对称设置于所述刮刀安装架的两侧。
优选地，所述刮刀安装架呈长条状，其长度大于或者等于所述刮刀的长度；所述刮刀安装架的横截面呈“T”字形。
优选地，所述驱动部包括刮刀驱动部及毛刷驱动部；所述刮刀驱动部及所述毛刷驱动部分别设置于所述刮刀安装架的两侧，用于分别带动所述刮刀及所述毛刷沿着与所述刮刀安装架长度方向垂直的方向运动；优选地，所述驱动部为气缸。
优选地，所述刮刀组件还包括刮刀安装块及刮刀压板，所述刮刀安装块与所述刮刀压板扣合形成适于紧密贴合所述刮刀的凹槽。
进一步优选地，所述刮刀安装块构成凹槽的一侧内槽壁及内槽底，所述刮刀压板构成凹槽的另一侧内槽壁。
进一步优选地，所述刮刀安装块与所述刮刀驱动部固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述刮刀驱动部嵌设于所述刮刀安装架与所述刮刀组件形成的凹槽内。
优选地，所述毛刷组件还包括毛刷安装块及毛刷压板，所述毛刷安装块与所述毛刷压板扣合形成适于紧密贴合所述毛刷的凹槽。
进一步优选地，所述毛刷安装块构成凹槽的一侧槽壁及槽底，所述毛刷压板构成凹槽的另一侧槽壁。
进一步优选地，所述毛刷安装块与所述毛刷驱动部固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述毛刷驱动部嵌设于所述刮刀安装架与所述毛刷组件形成的凹槽内。
优选地，所述刮刀安装架及所述驱动部外壁设有防护壳，适于将落粉部与所述刮刀组件、所述毛刷组件、所述驱动部、所述刮刀安装架隔离；
进一步优选地，所述防护壳呈“U”字形，扣设于所述刮刀安装架及所述驱动部外部。
优选地，所述刮刀组件和/或所述毛刷组件上还设置有调平顶丝，用于对所述刮刀和/或所述毛刷进行调平。
优选地，所述落粉部的外壁套设有刮刀架外壳，所述刮刀架外壳上设置有1个或者1个以上的气管进出孔。
本发明还提供一种增材制造激光成型设备，包括所述的双材料铺粉装置。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，具有两个落粉部，可用于存放和/或使不同/相同的粉末下落，同时，与所述刮刀组件、所述毛刷组件、所述驱动部构成一体结构，不仅可实现两种材料的混合成型；更为重要的是，该装置应用于SLM增材制造设备上时，可实现将两种材料在成型轴工作台上根据需要逐层平铺粉末，进而实现累积成型，在有效的保障成型效率的同时，实现两种材料的混合成型；
(2)本发明的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，所述刮刀安装架的结构为长条状，其横截面呈“T”字形，可将所述驱动部嵌入其中，有效的利用了空间，结构更为紧凑合理；
(3)本发明的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，所述刮刀组件及所述毛刷组件的结构均包括安装块及压板，组件的各个组成部分为可拆卸的连接，便于所述刮刀、所述毛刷的更换、维修；
(4)本发明的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，所述刮刀安装架及所述驱动部外壁设有防护壳，不仅便于粉末与铺粉结构相隔离，且防护壳呈“U”字形，便于粉末沿所述防护壳外壁下落。
附图说明
图1为实施例所述的双材料铺粉装置的结构安装示意图；
图2为实施例所述的双材料铺粉装置在铺粉状态下沿图1的右视方向的剖面图；
图3为实施例所述的双材料铺粉装置在扫粉状态下沿图1的右视方向的剖面图；
图4为实施例所述的增材制造激光成型设备的工作原理示意图；其中，图4a、4b、4c、4d、4e为工作各步骤示意图；
图5为实施例所述的增材制造激光成型设备成型得到的部件的剖面图；
附图标记：1a-第一落粉部；1b-第二落粉部；2-刮刀组件；2a-刮刀；2b-刮刀安装块；2c-刮刀压板；3-毛刷组件；3a-毛刷；3b-毛刷安装块；3c-毛刷压板；4-驱动部；4a-刮刀驱动部；4b-毛刷驱动部；5-刮刀安装架；6-防护壳；7-调平顶丝；8-刮刀架外壳；9-气管进出孔；10-第一成型件；11-第二成型件；12-成型平台；13-成型轴；14-成型腔体；15a-第一收粉部；15b-第二收粉部。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
实施例1
本实施例的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，如图1-3所示，包括：
落粉部，所述落粉部由第一落粉部1a与第二落粉部1b组成，用于存放和/或使不同/相同的粉末下落；
刮刀组件2，所述刮刀组件2包括刮刀2a；所述刮刀2a固定于刮刀安装架5上；
毛刷组件3，所述毛刷组件3包括毛刷3a；所述毛刷3a与所述刮刀2b的延伸方向相互平行；
驱动部，所述驱动部固定于所述刮刀安装架5的侧壁上，且与所述刮刀组件2及所述毛刷组件3连接，用于控制所述刮刀2a与所述毛刷3a的移动。
其中，所述第一落粉部1a与所述第二落粉部1b的具体结构与具体设置位置并不唯一，作为本实施例的具体的实现方式，所述第一落粉部1a与所述第二落粉部1b分别设置于所述刮刀安装架5的两侧；作为本实施例的优选实现方式，所述第一落粉部1a与所述第二落粉部1b为粉槽，以所述刮刀安装架5为轴对称设置于所述刮刀安装架5的两侧。
对于实现本发明的目的来说，所述刮刀安装架5的具体结构也不唯一，本实施例中，提供一种具体的设计方式，所述刮刀安装架5呈长条状，其长度大于或者等于所述刮刀2a的长度；所述刮刀安装架5的横截面呈“T”字形。
为使所述刮刀2a及所述毛刷3a可根据操作需要分别运动，所述驱动部包括刮刀驱动部4a及毛刷驱动部4b；所述刮刀驱动部4a及所述毛刷驱动部4b分别设置于所述刮刀安装架5的两侧，用于分别带动所述刮刀2a及所述毛刷3a沿着与所述刮刀安装架5长度方向垂直的方向运动；作为本实施例的优选实现方式，所述驱动部为气缸。所述气缸包括但不限于导轨气缸。
需要说明的是，所述刮刀组件2的具体设计方式并不唯一，本实施例中，所述刮刀组件2还包括刮刀安装块2b及刮刀压板2c，所述刮刀安装块2b与所述刮刀压板2c扣合形成适于紧密贴合所述刮刀2a的凹槽。作为本实施例的优选实施方式，所述刮刀安装块2b构成凹槽的一侧内槽壁及内槽底，所述刮刀压板2c构成凹槽的另一侧内槽壁。
为使所述增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置更为紧凑，从而节约空间，所述刮刀安装块2b与所述刮刀驱动部4a固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述刮刀驱动部4a嵌设于所述刮刀安装架5与所述刮刀组件2形成的凹槽内。
同样地，所述毛刷组件3的具体设计方式也不唯一，本实施例中，所述毛刷组件3还包括毛刷安装块3b及毛刷压板3c，所述毛刷安装块3b与所述毛刷压板3c扣合形成适于紧密贴合所述毛刷3a的凹槽。作为本实施例的优选实现方式，所述毛刷安装块2b构成凹槽的一侧槽壁及槽底，所述毛刷压板2c构成凹槽的另一侧槽壁。
为使所述增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置更为紧凑，从而节约空间，所述毛刷安装块3b与所述毛刷驱动部4b固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述毛刷驱动部4b嵌设于所述刮刀安装架5与所述毛刷组件3形成的凹槽内。
为将铺粉结构与粉末隔离，所述刮刀安装架5及所述驱动部外壁设有防护壳6，适于将落粉部与所述刮刀组件2、所述毛刷组件3、所述驱动部、所述刮刀安装架5隔离。
为便于粉末沿所述防护壳6下落，所述防护壳6呈“U”字形，扣设于所述刮刀安装架5及所述驱动部外部。
为使所述刮刀2a与基准工作面保持水平，所述刮刀组件2上还设置有调平顶丝7，用于对所述刮刀2a进行调平。作为本实施例优选的实施方式，所述调平顶丝7设置于所述刮刀安装块2b上。作为本实施例可替换的实施方式，还可在所述毛刷组件3上也设置调平顶丝7。
作为本实施例的优选实施方式，所述落粉部的外壁套设有刮刀架外壳8，所述刮刀架外壳8上设置有2个气管进出孔。所述气管进出孔的个数包括但不限于2个，可以设置1个或者1个以上的任意个。
本实施例所述的双材料铺粉装置安装过程如下：将所述刮刀驱动部4a及毛刷驱动部4b固定于所述刮刀安装架5上，再组装刮刀组件2及毛刷组件3。首先，将所述刮刀安装块2b安装到所述刮刀驱动部4a上，将所述刮刀2a紧密贴合于所述刮刀安装块2b上，并由所述刮刀压板2c固定；同样地，将毛刷安装块3b安装到所述毛刷驱动部4b上，将所述毛刷3a紧密贴合于所述毛刷安装块3b上，并由所述毛刷压板3c固定。然后，将所述刮刀2a进行调平，先将所述双材料铺粉装置运行到基准工作平面上，使所述刮刀驱动部4a运行到工作位(即最低位)上，调节所述调平顶丝7，使所述刮刀与所述基准工作平面保持平行。最后，安装所述防护壳6，再将安装好的结构安装到所述刮刀架外壳8上，并将进出气管沿所述刮刀架外壳8中的所述气管进出孔9拉出。
本实施例所述的双材料铺粉装置工作过程，包括铺粉过程及扫粉过程，具体如下：
如图2所示，为所述双材料铺粉装置在铺粉状态下的剖面图。在铺粉状态下，当所述双材料铺粉装置沿图2箭头所示的方向铺粉时，所述刮刀驱动部4a的气缸通气，使所述刮刀2a处于工作位(即最低位)上，所述毛刷驱动部4b的气缸通入反向气，使所述毛刷3a处于非工作位(即最高位)上，所述第二粉槽1b内的粉末下落，并由所述刮刀2a均匀地将粉末沿图2箭头所示的方向平铺在成型表面上；当所述双材料铺粉装置沿图2箭头所示的相反方向铺粉时，所述刮刀驱动部4a及所述毛刷驱动部4b的控制不变，所述第一粉槽1a内的粉末下落，并由所述刮刀2a均匀地将粉末沿图2箭头所示的相反方向平铺在成型表面上；
如图3所示，为所述双材料铺粉装置在扫粉状态下的剖面图。在扫粉状态下，当所述双材料铺粉装置沿图3箭头所示的方向扫粉时，所述毛刷驱动部4b的气缸通气，使所述毛刷3a处于工作位(即最低位)上，所述刮刀驱动部4a的气缸通入反向气，使所述刮刀2a处于非工作位(即最高位)上，所述毛刷3a沿图3箭头所示的方向在上升一层的成形表面上运动，从而将第一成型件10表面的未成型的粉末扫除，并将扫除的粉末推到成形区域外回收；当所述双材料铺粉装置沿图3箭头所示的相反方向扫粉时，所述刮刀驱动部4a及所述毛刷驱动部4b的控制不变，所述毛刷3a沿图3箭头所示的相反方向在上升一层的成形表面上运动，从而将第一成型件10表面的未成型的粉末扫除，并将扫除的粉末推到成形区域外回收。
实施例2
本实施例的增材制造激光成型设备，包括实施例1中所述的双材料铺粉装置，至少还包括成型平台12、用于带动所述成型平台12运动的成型轴13及成型腔体14。
作为本实施例的优选实施方式，所述增材制造激光成型设备还包括第一收粉部15a及第二收粉部15b，用于收集铺粉时多余的粉末。
对于实现本发明的目的来说，所述增材制造激光成型设备的组成部件、结构设计并不唯一，只要能够实现与实施例1中所述的双材料铺粉装置配合，进行激光成型即可，本实施例仅提供一种最简结构用以说明本发明的技术方案。
如图4所示为本实施例所述的增材制造激光成型设备发工作过程，具体如下：
在所述成型腔体14内的所述成型平台12上成型第二成型件11，所述第一落粉部1a及所述第二落粉部1b内根据需要分别储放不同的粉末，如图4a所示，在铺粉状态下，当所述双材料铺粉装置沿图4a箭头所示的方向铺粉时，所述成型轴13带动所述成型平台12下降一个厚度，并使所述第二落粉部1b内的粉末平铺在成型表面上；
如图4b所示，所述双材料铺粉装置将多余的粉末推入所述第一收粉部15a中，并开启激光，通过激光熔融当前层主体，使成型表面成型；
如图4c所示，在扫粉状态下，当所述双材料铺粉装置沿图4c箭头所示的方向扫粉时，所述成型轴13带动所述成型平台12上升一个厚度，所述毛刷3a沿图4c箭头所示的方向运动，将所述第二成型件11上当前一层未被激光熔融部分的粉末推入所述第二收粉部15b内；如图4d所示，当所述毛刷3a运动至所述第二收粉部15b开口处时，控制所述毛刷驱动部4b，使所述毛刷3a在工作位与非工作位上高频反复运动若干次，将所述毛刷3a所沾粘的粉末通过机械振动落入所述第二收粉部15b中；
重复扫粉过程，保持所述成型轴13不动，使所述毛刷3a沿图4c箭头所示的相反方向运动，将所述第二成型件11上当前一层未被激光熔融部分的粉末推入所述第一收粉部15a内；当所述毛刷3a运动至所述第一收粉部15a开口处时，控制所述毛刷驱动部4b，使所述毛刷3a在工作位与非工作位上高频反复运动若干次，将所述毛刷3a所沾粘的粉末通过机械振动落入所述第一收粉部15a中；
如图4e所示，将所述双材料铺粉装置切换至铺粉状态下，使所述双材料铺粉装置沿图4e箭头所示的方向铺粉，所述成型轴13带动所述成型平台12下降一个厚度，并使所述第一落粉部1a内的粉末平铺在成型表面上，并将多余的粉末推入所述第二收粉部15b中，并开启激光，通过激光熔融当前层涂层，使成型表面轮廓区域成型。
如图5所示为本实施例所述的增材制造激光成型设备通过上述方法制备得到的部件，其内部主体为所述第二落粉部1b内的粉末熔融后形成，其表面涂层为所述第一落粉部1a内的粉末熔融后形成。
需要说明的是，上述铺粉、扫粉、激光熔融等过程，本领域技术人员可根据实际部件及实际工况进行多次重复、部分步骤重复、步骤调换，并不影响本发明目的和技术效果的实现。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，其特征在于，包括：
落粉部，所述落粉部由第一落粉部(1a)与第二落粉部(1b)组成，用于存放和/或使不同/相同的粉末下落；
刮刀组件(2)，所述刮刀组件(2)包括刮刀(2a)；所述刮刀(2a)固定于刮刀安装架(5)上；
毛刷组件(3)，所述毛刷组件(3)包括毛刷(3a)；所述毛刷(3a)与所述刮刀(2a)的延伸方向相互平行；
驱动部，所述驱动部固定于所述刮刀安装架(5)的侧壁上，且与所述刮刀组件(2)及所述毛刷组件(3)连接，用于控制所述刮刀(2a)与所述毛刷(3a)的移动；
所述第一落粉部(1a)与所述第二落粉部(1b)分别设置于所述刮刀安装架(5)的两侧；所述第一落粉部(1a)与所述第二落粉部(1b)为粉槽，以所述刮刀安装架(5)为轴对称设置于所述刮刀安装架(5)的两侧；
所述刮刀安装架(5)呈长条状，其长度大于或者等于所述刮刀(2a)的长度；所述刮刀安装架(5)的横截面呈“T”字形；
所述驱动部包括刮刀驱动部(4a)及毛刷驱动部(4b)；所述刮刀驱动部(4a)及所述毛刷驱动部(4b)分别设置于所述刮刀安装架(5)的两侧，用于分别带动所述刮刀(2a)及所述毛刷(3a)沿着与所述刮刀安装架(5)长度方向垂直的方向运动；
所述刮刀组件(2)还包括刮刀安装块(2b)及刮刀压板(2c)，所述刮刀安装块(2b)与所述刮刀压板(2c)扣合形成适于紧密贴合所述刮刀(2a)的凹槽；所述刮刀安装块(2b)构成凹槽的一侧内槽壁及内槽底，所述刮刀压板(2c)构成凹槽的另一侧内槽壁；所述刮刀安装块(2b)与所述刮刀驱动部(4a)固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述刮刀驱动部(4a)嵌设于所述刮刀安装架(5)与所述刮刀组件(2)形成的凹槽内；
所述毛刷组件(3)还包括毛刷安装块(3b)及毛刷压板(3c)，所述毛刷安装块(3b)与所述毛刷压板(3c)扣合形成适于紧密贴合所述毛刷(3a)的凹槽；所述毛刷安装块(3b)构成凹槽的一侧槽壁及槽底，所述毛刷压板(3c)构成凹槽的另一侧槽壁；所述毛刷安装块(3b)与所述毛刷驱动部(4b)固定，适于在所述双材料铺粉装置非工作状态下，所述毛刷驱动部(4b)嵌设于所述刮刀安装架(5)与所述毛刷组件(3)形成的凹槽内；
所述刮刀安装架(5)及所述驱动部外壁设有防护壳(6)，适于将落粉部与所述刮刀组件(2)、所述毛刷组件(3)、所述驱动部、所述刮刀安装架(5)隔离；所述防护壳(6)呈“U”字形，扣设于所述刮刀安装架(5)及所述驱动部外部。
2.根据权利要求1所述的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，其特征在于，所述刮刀组件(2)和/或所述毛刷组件(3)上还设置有调平顶丝(7)，用于对所述刮刀(2a)和/或所述毛刷(3a)进行调平。
3.根据权利要求2所述的增材制造激光成型设备的双材料铺粉装置，其特征在于，所述落粉部的外壁套设有刮刀架外壳(8)，所述刮刀架外壳(8)上设置有1个或者1个以上的气管进出孔(9)。
4.一种增材制造激光成型设备，其特征在于，包括权利要求1-3中任意一项所述的双材料铺粉装置。
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