CN107900343A - 一种环形激光选区熔化成形设备及其成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环形激光选区熔化成形设备，包括送粉仓、中空转轴、支架、成形缸、升降器、升降轴和打印头，成形缸为圆环结构，送粉仓、中空转轴和支架位于成形缸中心上方，中空转轴上端与送粉仓相连、下端与支架中部相连，支架的两端分别设置有升降器，升降器上设置有升降轴，升降轴的下端设置有打印头。本发明还公开了一种成形方法，具体按以下步骤：步骤1：将基板置于成形缸内且调平。步骤2：向送粉仓内加入粉末，中空转轴旋转，刮刀将粉末平铺在基板上，同时振镜系统对粉末进行扫描。步骤3：中空转轴旋转180度后打印头上升一个层厚高度，进行第二层粉末铺粉和扫描。步骤4：重复步骤2和3直至完成零件的成形。本发明成形效率高。

Description

一种环形激光选区熔化成形设备及其成形方法
技术领域
本发明属于激光增材制造技术领域，具体的涉及一种环形激光选区熔化成形设备，还涉及采用环形激光选区熔化成形设备进行成形的方法。
背景技术
激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基础发展起来的一种先进激光增材制造技术，其通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，是一种通过逐层铺粉、逐层熔化、凝固堆积的方式制造三维实体零件的方法。激光选区熔化成形技术突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，可根据零件的三维数模，利用金属粉末无需任何工装夹具和模具，直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“ 净成形”的材料加工新理念，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。
目前，现有的激光选区熔化成形设备均采用单向直线铺粉方式，即通过铺粉装置从成形平台一侧运动至另一侧实现粉末层的铺设，之后铺粉装置回程，准备下一层粉末的铺设。采用该种铺粉式，铺粉装置的回程过程极大地造成了成形时间的浪费，降低了成形设备的效率，进而增加了产品的制造成本。
随着激光选区熔化成形技术不断的被市场认可，越来越多的零件开始批量化生产，如何降低成本、提高产能，成为该领域日益激烈的话题。同时，一种低成本、高效率增材制造设备也正在被期待。
发明内容
本发明的目的是提供一种环形激光选区熔化成形设备，该激光选区熔化成形设备能旋转连续铺粉和扫描。
本发明的另一个目的是提供一种环形激光选区熔化成形方法，该成形方法的成形效率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种环形激光选区熔化成形设备，包括送粉仓、中空转轴、支架、成形缸、升降器、升降轴和打印头，成形缸为下部封闭、上部开口的圆环结构，送粉仓、中空转轴和支架位于成形缸中心上方，中空转轴上端与送粉仓相连、下端与支架中部相连，支架的两端分别设置有升降器，升降器上设置有升降轴，升降轴的下端均设置有打印头且升降轴的上升和下降可以使打印头伸出和伸入成形缸内。
本发明的特点还在于，打印头包括打印头基座，打印头基座上部设置有振镜系统和进粉口、下部设置有刮刀和落粉槽，振镜系统和落粉槽分别位于刮刀的两侧，近粉口与升降轴连接且连通。
支架为“一”字型结构，支架中部设置有第一圆孔，支架的两端各设置有一个第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔之间由粉末流道连通。送粉仓底部开孔，中空转轴上端开口、下端封闭，中空转轴的开口端与送粉仓底部开孔连通，中空转轴靠近封闭端侧壁上对称地设置有两个出粉口，中空转轴的封闭端插入支架中部第一圆孔内且出粉口与粉末流道连通。
中空转轴与成形缸同轴，且中空转轴可以绕该轴旋转，刮刀和落粉槽沿成形缸的径向方向布置。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种环形激光选区熔化成形方法，包括以下步骤。
步骤1：将环形基板置于成形缸内且调整水平。
步骤2：向送粉仓内加入粉末，粉末经过中空转轴、支架、升降轴进入到打印头内，中空转轴旋转，支架两端的打印头上的落粉槽同时落粉且由两处的刮刀将粉末平铺在基板上，中空转轴旋转铺粉的过程中振镜系统同时对所铺粉末进行扫描。
步骤3：中空转轴旋转180°完成第一层铺粉和扫描，支架两端的升降轴同时上升一个层厚高度，落粉槽开始第二层粉末落粉、刮刀进行第二层粉末铺粉、振镜系统进行第二层粉末扫描。步骤4：重复步骤2和步骤3直至完成所有零件的成形。
本发明的有益效果是：一种环形激光选区熔化成形设备，能旋转铺粉，极大节约了成形时间，提高了成形设备的效率，进而降低了产品的制造成本。一种成形的方法，采用一种环形激光选区熔化成形设备，同时实现连续铺粉和连续扫描，实现高效率、批量化零件成形，一种环形激光选区熔化成形方法，该成形的方法的成形效率高。
附图说明
图1是本发明一种环形激光选区熔化成形设备结构局部剖视图。
图2是本发明一种环形激光选区熔化成形设备中打印头结构示意图。
图3是本发明一种环形激光选区熔化成形设备中成形缸结构剖视图。
图4是本发明一种环形激光选区熔化成形设备中送粉仓和中空转轴结构剖视图。
图5是本发明一种环形激光选区熔化成形设备中支架结构剖视图。
图中，1、送粉仓，2、中空转轴，3、支架，4、成形缸，5、升降器，6、升降轴，7、打印头，8、粉末，21、出粉口，31、第一圆孔，32、粉末流道，33、第二圆孔，71、打印头基座，72、振镜系统，73、进粉口，74、刮刀，75、落粉槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种环形激光选区熔化成形设备，如图1和图3所示，包括送粉仓1、中空转轴2、支架3、成形缸4、升降器5、升降轴6和打印头7，成形缸4为下部封闭、上部开口的圆环结构，送粉仓1、中空转轴2和支架3位于成形缸4中心上方，中空转轴3上端与送粉仓1相连、下端与支架3中部相连，支架3的两端分别设置有升降器5，升降器5上设置有升降轴6，升降轴6的下端均设置有打印头7且升降轴6的上升和下降可以使打印头伸出和伸入成形缸4内，,中空转轴2与成形缸4同轴，且中空转轴2可以绕该轴旋转。
其中，如图2所示，打印头7包括打印头基座71，打印头基座71上部设置有振镜系统72和进粉口73、下部设置有刮刀74和落粉槽75，振镜系统72和落粉槽75分别位于刮刀74的两侧，近粉口73与升降轴6连接且连通，刮刀74和落粉槽75沿成形缸4的径向方向布置。
如图4所示，送粉仓1底部开孔，中空转轴2上端开口、下端封闭，中空转轴2的开口端与送粉仓1底部开孔连通，中空转轴2靠近封闭端侧壁上对称地设置有两个出粉口21，中空转轴2的封闭端插入支架3中部第一圆孔31内且出粉口2）与粉末流道（32）连通。
如图5所示，支架3为“一”字型结构，支架3中部设置有第一圆孔31，支架3的两端各设置有一个第二圆孔33，第一圆孔31和第二圆孔33之间由粉末流道32连通。
具有上述结构的环形激光选区熔化成形设备在进行零件成形时，两个打印头7负责铺粉和扫描，在铺粉的同时即进行扫描，中空转轴2旋转180度后完成第一层铺粉和扫描，然后两个打印头7在升降轴6的作用下提升一个层厚的距离，接着中空转轴2继续旋转，刮刀74继续进行铺粉，振镜系统72继续进行扫描，相较于单向铺粉设备，无需回程，缩短了铺粉时间，提高了成形效率。
一种环形激光选区熔化成形方法，采用一种环形激光选区熔化成形设备，包括以下步骤。
步骤1：将环形基板置于成形缸4内且调整水平。
步骤2：向送粉仓1内加入粉末，粉末经过中空转轴2、支架3、升降轴6进入到打印头7内，中空转轴2旋转，支架两端的打印头7上的落粉槽75同时落粉且由两处的刮刀74将粉末平铺在基板上，中空转轴2旋转铺粉的过程中振镜系统72同时对所铺粉末进行扫描。
步骤3：中空转轴2旋转180°完成第一层铺粉和扫描，支架3两端的升降轴6同时上升一个层厚高度，落粉槽75开始第二层粉末落粉、刮刀74进行第二层粉末铺粉、振镜系统72进行第二层粉末扫描。
步骤4：重复步骤2和步骤3直至完成所有零件的成形。
本发明一种环形激光选区熔化成形设备，采用旋转铺粉、连续扫描，极大节约了成形时间，提高了成形设备的效率，进而降低了产品的制造成本。一种成形的方法，采用一种环形激光选区熔化成形设备，同时实现连续铺粉和连续扫描，实现高效率、批量化零件成形，一种环形激光选区熔化成形方法，该成形的方法的成形效率高。

Claims (7)

1.一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：包括送粉仓（1）、中空转轴（2）、支架（3）、成形缸（4）、升降器（5）、升降轴（6）和打印头（7），成形缸（4）为下部封闭、上部开口的圆环结构，送粉仓（1）、中空转轴（2）和支架（3）位于成形缸（4）中心上方，中空转轴（3）上端与送粉仓（1）相连、下端与支架（3）中部相连，支架（3）的两端分别设置有升降器（5），升降器（5）上设置有升降轴（6），升降轴（6）的下端均设置有打印头（7）且升降轴（6）的上升和下降可以使打印头伸出和伸入成形缸（4）内。
2.根据权利要求1所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述打印头（7）包括打印头基座（71），打印头基座（71）上部设置有振镜系统（72）和进粉口（73）、下部设置有刮刀（74）和落粉槽（75），振镜系统（72）和落粉槽（75）分别位于刮刀（74）的两侧，近粉口（73）与升降轴（6）连接且连通。
3.根据权利要求1至2所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述支架（3）为“一”字型结构，支架（3）中部设置有第一圆孔（31），支架（3）的两端各设置有一个第二圆孔（33），第一圆孔（31）和第二圆孔（33）之间由粉末流道（32）连通。
4.根据利利要求1至3所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述送粉仓（1）底部开孔，中空转轴（2）上端开口、下端封闭，中空转轴（2）的开口端与送粉仓（1）底部开孔连通，中空转轴（2）靠近封闭端侧壁上对称地设置有两个出粉口（21），中空转轴（2）的封闭端插入支架（3）中部第一圆孔（31）内且出粉口（21）与粉末流道（32）连通。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述中空转轴（2）与成形缸（4）同轴，且中空转轴（2）可以绕该轴旋转。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于：所述刮刀（74）和落粉槽（75）沿成形缸（4）的径向方向布置。
7.一种环形激光选区熔化成形方法，采用权利要求1至6所述的一种环形激光选区熔化成形设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将环形基板置于成形缸（4）内且调整水平；
步骤2：向送粉仓（1）内加入粉末，粉末经过中空转轴（2）、支架（3）、升降轴（6）进入到打印头（7）内，中空转轴（2）旋转，支架两端的打印头（7）上的落粉槽（75）同时落粉且由两处的刮刀（74）将粉末平铺在基板上，中空转轴（2）旋转铺粉的过程中振镜系统（72）同时对所铺粉末进行扫描；
步骤3：中空转轴（2）旋转180°完成第一层铺粉和扫描，支架（3）两端的升降轴（6）同时上升一个层厚高度，落粉槽（75）开始第二层粉末落粉、刮刀（74）进行第二层粉末铺粉、振镜系统（72）进行第二层粉末扫描；
步骤4：重复步骤2和步骤3直至完成所有零件的成形。
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