CN108327257B - 一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及实施方法 - Google Patents

一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及实施方法，其特征在于包括铺粉辊筒、纤维辊筒和外壳，铺粉辊筒和纤维辊筒分别布置于工作台两侧，纤维辊筒安装于所述外壳中。其实施方法是：工作时，用于烧结的粉末材料和纤维分开铺设，首先铺粉辊筒在工作平面上铺设一层粉末，随后通过纤维辊筒和外壳的共同作用，在铺好的粉末层上铺设定向排布的纤维并进行烧结，重复上述步骤，直至所有的烧结层均完成烧结。本发明结构简单，与现有技术在烧结粉末中混杂无序的纤维相比，本发明能有效的控制纤维在试样烧结层中按照设计方向排布，有效的解决目前纤维复合粉末材料烧结试样各向异性的问题。

Description

一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及 实施方法
技术领域
本发明属于选择性激光烧结领域，具体涉及一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及实施方法。
背景技术
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）是目前被广泛应用的快速成型技术，其成型工艺原理是：首先建立目标零件的计算机三维模型，然后用分层软件对三维模型进行切片分割，计算机控制激光束根据切片层面数据信息对预热过的可热熔的粉末材料逐层扫描烧结，直到完成最后截面层的扫描成形完毕为止。该技术有着制造工艺简单，柔性度高，材料选择范围广、利用率高，成本低，成型速度快等特点，正在受到越来越广泛的重视。
目前SLS技术选材较为广泛，包括：高分子材料、金属、陶瓷粉末、覆膜砂等。以应用最广泛的尼龙粉末材料为例，经过激光烧结以后，成型件的强度较低，主要原因是其质地疏松、密度较低。为改善成型件的强度，研究者采用粉末中加入线状纤维等增强体来提高成型件的强度。但现有技术和方法尚不能有效控制纤维材料在粉末中的取向排布，进而表现在制件的力学性能上具有各向异性，从而限制了纤维增强材料在选择性激光烧结中的进一步应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置及实施方法。
本发明专利采用的技术方案是提供一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置，其特征在于包括铺粉辊筒、纤维辊筒和外壳；铺粉辊筒和纤维辊筒分别布置于工作台两侧，纤维辊筒安装于所述外壳中，与所述外壳间隙配合。
上述的用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置中，所述纤维辊筒（7）包括内筒（71）和外筒（72），内筒（71）和外筒（72）之间为间隙配合，且纤维辊筒（7）的转速可调；
所述内筒（71）表面开设有多排大小相同的矩形孔，每排矩形孔有三种方向，分别为矩形孔的长边与内筒（71）端面呈0°、45°和-45°夹角，且每排不同方向的矩形孔在内筒（71）表面沿轴线方向依次顺序循环排布，不同排之间的相同方向的矩形孔沿圆周方向对齐；
所述外筒（72）表面开设有多排大小相同矩形孔，设置有三种方向，分别为矩形孔的长边与外筒（72）端面呈0°、45°和-45°夹角，每排矩形孔的方向相同，相邻排矩形孔的方向不同且沿圆周方向依次错开；
所述内筒（71）表面的矩形孔长度应大于纤维的最大长度，矩形孔宽度应小于纤维的最小长度；所述内筒（71）表面的矩形孔与所述外筒（72）表面的矩形孔大小相同；
所述外壳（8）底部开设有导槽（81），导槽（81）的宽度为所述矩形孔长度的1.1~1.5倍。
一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向的实施方法，具体步骤如下：
（a）在送粉缸（5）中预设粉末材料（4），内筒（71）中预设纤维（9）；
（b）首先通过铺粉辊筒（3）在工作平面（10）上铺设一层粉层，随后转动纤维辊筒（7）的外筒（72），使外筒（72）上某一方向的矩形孔与内筒（71）表面同一方向的矩形孔重合，然后内筒（71）和外筒（72）在外壳（8）中同步转动，并随外壳（8）一起平移，在铺设好的粉层上铺设定向排布的纤维，并进行激光烧结；
（c）再次铺粉，并通过转动外筒（72）改变内筒（71）上矩形孔的开孔方向进而改变纤维（9）的铺设方向，在粉层上铺设另一方向的纤维（9），实现将烧结粉末中的纤维呈不同方向有序排列，进行下一层烧结；
（d）不断重复步骤（c），直至所有的烧结层均完成烧结，最终获得烧结试样。
附图说明
图1为本发明装置实施过程原理图。
图2为本发明装置纤维定向分布示意图。
图3为本发明装置结构示意图。
图4为图3的横截面剖视图。
图5为内筒和外筒装配示意图。
图6为图5的B处局部放大图。
图中，1-激光装置，2-激光束，3-铺粉辊筒，4-粉末材料，5-供粉缸，6-工作缸，7-纤维辊筒，71-内筒，72-外筒，8-外壳，9-纤维，10-工作平面。
具体实施方式
参见图1，本发明公开的的用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置主要由铺粉辊筒3、纤维辊筒7以及外壳8构成。
所述的纤维辊筒7如图3所示，包括内筒71和外筒72。如图6所示，内筒71表面内筒表面开设有多排大小相同的矩形孔，矩形孔长边分别与内筒端面呈0°、45°和-45°，如图6中矩形孔711、712和713所示方向，且每排不同方向的矩形孔在内筒表面沿轴线方向依次顺序循环排布，不同排之间的相同方向的矩形孔沿圆周方向对齐；外筒72表面设置有多行大小相同的矩形孔；所述外筒72表面的矩形孔设置有三种方向，矩形孔长边分别与外筒72端面呈0°、45°和-45°，如图6中721、722和723矩形孔所示方向，每排矩形孔的方向相同，相邻排矩形孔的方向不同且沿圆周方向依次错开；工作时，所述纤维辊筒7的内筒71和外筒72在外壳8中同方向同转速转动，且纤维辊筒的转速可调。
当所述外筒72旋转至表面721方向矩形孔与内筒71表面711方向矩形孔重合时，所铺设的纤维排布方向如图2中91所示；当所述外筒72旋转至表面722方向矩形孔与内筒71表面712方向矩形孔重合时，所铺设的纤维排布方向如图2中92所示；当所述外筒72旋转至表面723方向矩形孔与内筒71表面713方向矩形孔重合时，所铺设的纤维排布方向如图2中93所示。
所述的外壳8如图4所示，包裹于所述外筒72的下半表面，因此纤维只能从所述外壳8的导槽81中铺设到工作平面10上，防止纤维9从外筒72侧面抛出，影响纤维排布效果。
实施例：参见图1至图6，本发明的用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布装置及实施方法，具体如下：
（1）在送粉缸5中预设粉末材料4，工作缸6下降一定距离，送粉缸5上升一定距离，由铺粉辊筒3在工作平面10上铺设一层粉末材料4；
（2）所述的内筒71与所述的外筒72为间隙配合，工作前先转动外筒72，封闭内筒71上所有矩形孔，然后将纤维9装入内筒71中；
（3）调节所述的外筒72使内筒71上的矩形孔711与外筒72上的矩形孔721重合，然后固定外筒72，使外筒72和内筒71在外壳8中同方向筒转速的转动，纤维9从矩形孔中经由外壳8上的导槽81铺设到工作平面10上，并在外壳8的带动下在预先铺设好的粉层上来回移动，在粉层上铺设出图2中91所示的纤维层，然后利用激光装置1发出的激光束2扫描烧结工作平面10上的粉层和纤维层；
（4）调节所述的外筒72使内筒71上的矩形孔712与外筒72上的矩形孔722重合，然后固定外筒72，使外筒72和内筒71在外壳8中同步转动，纤维9经外壳8上的导槽81铺设到工作平面10上，并在外壳8的带动下在预先铺设好的粉层上来回移动，在粉层上铺设出图2中92所示的纤维层，然后利用激光装置1发出的激光束2扫描烧结工作平面10上的粉层和纤维层；
（5）调节所述的外筒72使内筒71上的矩形孔713与外筒72上的矩形孔723重合，然后固定外筒72，使外筒72和内筒71在外壳8中同步转动，纤维9经由外壳8上的导槽81铺设到工作平面10上，并在外壳8的带动下在预先铺设好的粉层上来回移动，在粉层上铺设出图2中93所示的纤维层，然后利用激光装置1发出的激光束2扫描烧结工作平面10上的粉层和纤维层；
（6）不断重复上述步骤（3）~（5），直至所有的烧结层均完成烧结，最终获得烧结试样。

Claims (3)

1.一种用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向排布的辊筒装置，其特征在于包括铺粉辊筒(3)、纤维辊筒(7)和外壳(8)；所述铺粉辊筒(3)和所述纤维辊筒(7)分别布置于工作台的两侧，所述纤维辊筒(7)置于所述外壳(8)中，与所述外壳(8)间隙配合；
所述纤维辊筒(7)包括内筒(71)和外筒(72)，内筒(71)和外筒(72)之间为间隙配合；
所述的内筒(71)表面开设有多排大小相同的矩形孔，每排矩形孔有三种方向，分别为矩形孔的长边与内筒(71)端面呈0°、45°和-45°夹角，且每排不同方向的矩形孔在内筒(71)表面沿轴线方向依次顺序循环排布，不同排之间的相同方向的矩形孔沿圆周方向对齐；
所述外筒(72)表面开设有多排大小相同矩形孔，设置有三种方向，分别为矩形孔的长边与外筒(72)端面呈0°、45°和-45°夹角，每排矩形孔的方向相同，相邻排矩形孔的方向不同且沿圆周方向依次错开；
所述内筒(71)表面的矩形孔长度应大于纤维的最大长度，矩形孔宽度应小于纤维的最小长度；所述内筒(71)表面的矩形孔与所述外筒(72)表面的矩形孔大小相同；
所述外壳(8)底部开设有导槽(81)，导槽(81)的宽度为所述矩形孔长度的1.1～1.5倍。
2.一种根据利要求1所述辊筒装置用于选择性激光烧结铺粉中纤维定向的实施方法，具体步骤如下：
(a)在送粉缸(5)中预设粉末材料(4)，内筒(71)中预设纤维(9)；
(b)首先通过铺粉辊筒(3)在工作平面(10)上铺设一层粉层，随后转动纤维辊筒(7)的外筒(72)，使外筒(72)上某一方向的矩形孔与内筒(71)表面同一方向的矩形孔重合，然后内筒(71)和外筒(72)在外壳(8)中同步转动，并随外壳(8)一起平移，在铺设好的粉层上铺设定向排布的纤维，并进行激光烧结；
(c)再次铺粉，并通过转动外筒(72)改变内筒(71)上矩形孔的开孔方向进而改变纤维(9)的铺设方向，在粉层上铺设另一方向的纤维(9)，实现将烧结粉末中的纤维呈不同方向有序排列，进行下一层烧结；
(d)不断重复步骤(c)，直至所有的烧结层均完成烧结，最终获得烧结试样。
3.根据权利要求2所述的实施方法，其特征是，纤维辊筒(7)的转速可调。
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