CN108188391A - 一种可提高激光选区熔化成形效率的设备及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，包括成形单元、粉末供应单元、粉末回收单元、激光控制单元；所述成形单元用于承载成形零件(3)、未成形粉末紧固层(5)和未成形的粉末；所述粉末供应单元根据待成形面内成形零件(3)的截面的形状进行粉末铺设；同时形成未成形粉末紧固层(5)；所述粉末回收单元用于承载未成形的粉末；所述激光控制单元按照成形零件(3)的由零件截面信息生成的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件(3)的一部分。本发明还包括一种可提高激光选区熔化成形效率设备的使用方法。

Description

一种可提高激光选区熔化成形效率的设备及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种可提高激光选区熔化成形效率的设备及其使用方法，属于增材制造技术领域。
背景技术
激光选区熔化成形技术因其相较于其它增材制造技术而言具有的高精度、高性能等优点，成为增材制造领域内一支弥补传统加工方法不足的重要力量。虽然该技术与传统加工技术相比，零件的成形周期已有了很大程度的缩减，但进一步提高其成形效率仍是相关工作人员的一项重要工作内容。为此，人们相继开发出路径优化、变速刮刀、双向铺粉、多振镜等可提升激光选区熔化成形技术成形效率的方法及技术，尽管如此，该技术高效率成形的潜力并没有得到完全释放。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可提高激光选区熔化成形效率的设备及其使用方法，通过成形单元、粉末供应单元、粉末回收单元和激光控制单元，能够有效提高激光选区熔化成形效率。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，包括成形单元、粉末供应单元、粉末回收单元、激光控制单元；
所述成形单元用于承载成形零件、未成形粉末紧固层和未成形的粉末；
所述粉末供应单元根据待成形面内成形零件的截面的形状进行粉末铺设；同时形成未成形粉末紧固层；
所述粉末回收单元用于承载未成形的粉末；
所述激光控制单元按照成形零件的由零件截面信息生成的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件的一部分。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述可提高激光选区熔化成形效率的设备还包括循环清理单元，循环清理单元将零件成形过程中产生的大颗粒清除。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述可提高激光选区熔化成形效率的设备还包括环境监控调节单元，环境监控调节单元用于监控并反馈零件成形过程中的气氛、压力、温度及设备各单元的位置和状态。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述成形单元包括成形舱、零件成形平台；成形舱用于承载零件成形平台，零件成形平台用于承载成形零件、未成形粉末紧固层和未成形的粉末；零件成形平台能够在成形舱内上下移动。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述粉末供应单元包括粉末送进铺平系统；粉末送进铺平系统根据待成形面内成形零件的截面的形状进行粉末铺设；同时在所铺设粉末的边界形成未成形粉末紧固层，并将多余的粉末清除。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述粉末送进铺平系统包括刮刀、边界粉末紧固装置、粉末收集装置、载粉气流入口接头、载粉气流出口接头、粉末缓冲装置、粉末供给开关；粉末由经载粉气流入口接头送入粉末收集装置，在粉末缓冲装置的作用下被粉末收集装置收集，装载粉末的载粉气流经载粉气流出口接头由软管输出粉末收集装置。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述未成形粉末紧固层与待成形面内成形零件截面边缘的间距为：20mm～50mm。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备，所述粉末回收单元包括粉末回收舱、粉末回收托板，粉末回收舱、粉末回收托板共同承载未成形的粉末。
一种可提高激光选区熔化成形效率的设备的使用方法，包括如下步骤：
步骤一、根据待成形面内成形零件的截面的形状，粉末供应单元从待成形面内成形零件的截面的一端向另一端铺设粉末；同时在待成形面内成形零件的截面边缘形成未成形粉末紧固层；
步骤二、激光控制单元按照成形零件的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件的一部分；
步骤三、成形单元承载成形零件向下平移，为成形零件的下一待成形面内粉末的铺设准备空间。
上述可提高激光选区熔化成形效率的设备的使用方法，所述未成形粉末紧固层与待成形面内成形零件的截面边缘的间距为：20mm～50mm。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明的粉末送进铺平系统采用气流载粉，借助柔性管道在成形舱内任意位置进行粉末供应，使刮刀不用退回原始位置，直接在刮刀当前停留处就能完成粉末的补给，节省进行粉末补给时刮刀A的运行时间；
(2)本发明的粉末送进铺平系统依据待成形面内成形零件截面的大小自适应调整粉末铺设的范围，不用每次都将零件成形平台上方待成形面所在平面全部铺满，从而减少刮刀的运动距离，节省刮刀的运行时间；
(3)本发明的粉末送进铺平系统依据待成形面内成形零件截面的大小自适应调整粉末铺设的范围，减少了未成形粉末的铺设量，降低了零件成形前粉末的准备量与成形后粉末清理量，节省零件成形周期内粉末处理时间；
(4)本发明在粉末送进铺平系统内设置有粉末收集装置及粉末缓冲装置，用于截住粉末并排出气流，同时供应铺平待成形面所需的用粉量；
(5)本发明在粉末送进铺平系统内设置有边界粉末紧固装置，用于在所铺设粉末的边界形成结实的未成形粉末紧固层，以防止成形区域内粉末的崩塌；
(6)本发明在未成形粉末紧固层与成形零件的边界有一定的间隔，这一间隔的设置值能保障未成形粉末紧固层处的温度低于所用高分子材料的软化温度，保证由高分子材料连接形成的未成形粉末紧固层不会因热量传导、辐射而变形坍塌。
附图说明
图1为本发明一种可提高激光选区熔化成形效率的设备示意图；
图2为粉末送进铺平系统的组件示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，包括成形单元、粉末供应单元、粉末回收单元、循环清理单元、激光控制单元、环境监控调节单元，如图1所示。
其中成形单元包括成形舱1、零件成形平台2；成形舱1用于承载零件成形平台2，零件成形平台2用于承载成形零件3、第一区未成形的粉末4、未成形粉末紧固层5、第二区未成形的粉末6。零件成形平台2能够在成形舱1内上下移动。
粉末供应单元包括粉末送进铺平系统13。在激光进行扫描前，粉末送进铺平系统13根据待成形面内成形零件3的截面的形状进行粉末铺设，将适量的粉末铺设到待成形面内；同时在所铺设粉末的边界形成结实的未成形粉末紧固层5，以防止成形区域内粉末的崩塌，在铺设完成后将多余的粉末送至未成形粉末紧固层外的成形平台2或粉末回收舱7，即成为第二区未成形的粉末6和第三区未成形的粉末9。
粉末送进铺平系统13包括刮刀A、边界粉末紧固装置B、粉末收集装置C、载粉气流入口接头D、载粉气流出口接头E、粉末缓冲装置F、粉末供给开关G，如图2所示。粉末送进铺平系统13具体的工作过程为：粉末由软管经载粉气流入口接头D送入粉末收集装置C，在粉末缓冲装置F的作用下被粉末收集装置C收集，装载粉末的载粉气流经载粉气流出口接头D由软管输出粉末收集装置C；当刮刀A需要供给粉末时，粉末供给开关G运动，将适量的粉末输入刮刀A；在刮刀A结束运动前，位于刮刀两侧的边界粉末紧固装置B分别在两侧未成形粉末边缘形成未成形粉末紧固层5。未成形粉末紧固层5与待成形面内成形零件3截面边缘的间距为：20mm～50mm。本实施例中，未成形粉末紧固层1与待成形面内成形零件3截面边缘的间距为30mm。
粉末回收单元包括粉末回收舱7、粉末回收托板8；粉末回收舱7和粉末回收托板8用于承载第三区未成形的粉末9。
循环清理单元是清理成形过程中产生的大颗粒的循环清理系统10；在整个成形过程中，循环清理系统10一直处于工作状态，将成形过程中产生的大颗粒清除出待成形面，并完成分离与收集。
激光控制单元包括激光发射传输调节系统11；激光发射传输调节系统11按照由零件截面生成的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使一定厚度的粉末按需熔化成形为零件的一部分。待前一层成形完成后，零件成形平台2下降一个分层厚度的距离，为下一待成形面内粉末的铺设准备空间。
环境监控调节单元包括反馈调节系统12，反馈调节系统12用于监控成形室内气氛、压力、温度及各工作组件的位置与状态，并将监控信息反馈以保证整个成形过程的稳定。当出现异常状况时，反馈调节系统12会做出警报、暂停或结束成形等结果。
本发明一种可提高激光选区熔化成形效率的设备的使用方法为：
步骤一、根据待成形面内成形零件3截面的形状，粉末供应单元从待成形面内成形零件3截面的一端向另一端铺设粉末；同时在待成形面内成形零件3截面的边缘形成未成形粉末紧固层5；即粉末送进铺平系统13通过从待成形面内成形零件3截面的一端向另一端的运动，将适量的粉末铺设到待成形面内，与一般激光选区熔化成形设备将整个成形面铺满的方式不同，本方法依据待成形面内成形零件3截面的形状大小自适应调整粉末铺设的范围，同时在所铺设粉末的边界形成结实的未成形粉末紧固层5，以防止待成形面内粉末的崩塌，在铺设完成后将多余的粉末送至未成形粉末紧固层5外，落入未成形粉末紧固层5外的零件成形平台2或粉末回收舱7。
步骤二、激光控制单元按照成形零件3的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件3的零件的一部分。
步骤三、成形单元承载成形零件3向下平移，本实施例中，成形单元承载成形零件3下移，为成形零件3的下一待成形面内粉末的铺设准备空间，然后转入步骤一，直至完成整个零件3的成形。
在整个成形过程中，反馈调节系统12一直收集并处理从成形室内采集到的信息，当出现异常状况时，会根据具体情况做出警报、暂停或结束成形等决策；同时，在整个成形过程中，循环清理系统10一直处于工作状态，将熔化成形过程中产生的大颗粒清除出待成形面，并完成分离与收集。
本发明的粉末送进铺平系统13采用气流载粉，借助柔性管道在成形舱1内任意位置对粉末送进铺平系统13的刮刀A进行粉末供应，使刮刀A不用退回到原始位置，直接在刮刀当前停留处就能完成粉末的补给，节省粉末补给时刮刀A的运行时间。
本发明的粉末送进铺平系统13依据待成形面内成形零件3截面的大小自适应调整粉末铺设的范围，不用每次都将零件成形平台2上方待成形面所在平面全部铺满，从而减少粉末送进铺平系统13的刮刀A的运动距离，节省粉末铺设时刮刀A的运行时间。
本发明的粉末送进铺平系统13依据待成形面内成形零件3截面的大小自适应调整粉末铺设的范围，减少了未成形粉末的铺设量，降低了零件成形前粉末的准备量与成形后粉末清理量，节省零件成形周期内粉末处理时间。
本发明在粉末送进铺平系统13内刮刀A的上方设置有粉末收集装置C及粉末缓冲装置F，粉末收集装置C及粉末缓冲装置F能够将经柔性导管输送进来的粉末与气流分离，截住粉末并排出气流，同时在粉末铺设前向刮刀A内供应铺平待成形面所需的用粉量。
本发明在粉末送进铺平系统13内刮刀A的两侧设置有边界粉末紧固装置B，边界粉末紧固装置B能够在所铺设粉末的边界形成结实的未成形粉末紧固层51，以防止成形区域内粉末的崩塌。
本发明的边界粉末紧固装置B能够挤出或喷射热固性高分子材料，并使其固化，借助高分子材料物理或化学固化作用将边界粉末连接成结实的未成形粉末紧固层5。
本发明在未成形粉末紧固层5与成形零件3的边界有一定的间隔，这一间隔的设置值能保障未成形粉末紧固层5处的温度低于所用高分子材料的软化温度，保证由高分子材料连接形成的未成形粉末紧固层5不会因热量传导、辐射而变形坍塌。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：包括成形单元、粉末供应单元、粉末回收单元、激光控制单元；
所述成形单元用于承载成形零件(3)、未成形粉末紧固层(5)和未成形的粉末；
所述粉末供应单元根据待成形面内成形零件(3)的截面的形状进行粉末铺设；同时形成未成形粉末紧固层(5)；
所述粉末回收单元用于承载未成形的粉末；
所述激光控制单元按照成形零件(3)的由零件截面信息生成的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件(3)的一部分。
2.根据权利要求1所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述可提高激光选区熔化成形效率的设备还包括循环清理单元，循环清理单元将零件成形过程中产生的大颗粒清除。
3.根据权利要求1所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述可提高激光选区熔化成形效率的设备还包括环境监控调节单元，环境监控调节单元用于监控并反馈零件成形过程中的气氛、压力、温度及设备各单元的位置和状态。
4.根据权利要求1所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述成形单元包括成形舱(1)、零件成形平台(2)；成形舱(1)用于承载零件成形平台(2)，零件成形平台(2)用于承载成形零件(3)、未成形粉末紧固层(5)和未成形的粉末；零件成形平台(2)能够在成形舱(1)内上下移动。
5.根据权利要求1所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述粉末供应单元包括粉末送进铺平系统(13)；粉末送进铺平系统(13)根据待成形面内成形零件(3)的截面的形状进行粉末铺设；同时在所铺设粉末的边界形成未成形粉末紧固层(5)，并将多余的粉末清除。
6.根据权利要求5所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述粉末送进铺平系统(13)包括刮刀(A)、边界粉末紧固装置(B)、粉末收集装置(C)、载粉气流入口接头(D)、载粉气流出口接头(E)、粉末缓冲装置(F)、粉末供给开关(G)；粉末由经载粉气流入口接头(D)送入粉末收集装置(C)，在粉末缓冲装置(F)的作用下被粉末收集装置(C)收集，装载粉末的载粉气流经载粉气流出口接头(D)由软管输出粉末收集装置(C)。
7.根据权利要求5所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述未成形粉末紧固层(5)与待成形面内成形零件(3)截面边缘的间距为：20mm～50mm。
8.根据权利要求1所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备，其特征在于：所述粉末回收单元包括粉末回收舱(7)、粉末回收托板(8)，粉末回收舱(7)、粉末回收托板(8)共同承载未成形的粉末。
9.一种可提高激光选区熔化成形效率的设备的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、根据待成形面内成形零件(3)的截面的形状，粉末供应单元从待成形面内成形零件(3)的截面的一端向另一端铺设粉末；同时在待成形面内成形零件(3)的截面边缘形成未成形粉末紧固层(5)；
步骤二、激光控制单元按照成形零件(3)的扫描路径对待成形面内的粉末进行扫描，使铺设的粉末熔化为成形零件(3)的一部分；
步骤三、成形单元承载成形零件(3)向下平移，为成形零件(3)的下一待成形面内粉末的铺设准备空间。
10.根据权利要求9所述的一种可提高激光选区熔化成形效率的设备的使用方法，其特征在于：所述未成形粉末紧固层(5)与待成形面内成形零件(3)的截面边缘的间距为：20mm～50mm。
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