CN108372300B - 一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置及其使用方法,该装置包括成形舱、升降丝杠、螺栓孔、升降平台中心底座、选区熔化漏粉盒和刮刀、固定基板、粉缸和粉缸金属盖板;其中成形舱为嵌套式多尺寸成形舱,成形舱由可拆卸的基板和嵌套式围桶组装而成,基板和围桶的尺寸多样化,成形舱的尺寸根据成形零件尺寸需求进行选择,实现了成形舱粉末填充量随零件尺寸改变而改变,降低了成形过程中支撑填充粉末的需求和成形时间,提高了粉末利用率和成形效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置及其使用方法,属于激光或电子束增材制造技术领域。
背景技术
激光或电子束选区熔化技术是一种将三维数模分层切片并生成扫描轨迹,粉末通过刮刀机械铺陈至固定尺寸的成形平台上,以激光或电子束为热源,激光通过振镜沿着轨迹扫描熔化/烧结粉末,电子束通过偏转线圈沿轨迹扫描熔化/烧结粉末,而后粉末床降低一层高度后铺陈一层新的粉末,重复以上过程材料逐层堆积的净成形工艺。成形过程粉末需要将成形舱深度范围内的全部空间填充满。为了防止金属熔化凝固过程中的氧化和氢脆,成形系统通常在惰性气体环境中,通过惰性气体循环和烟尘过滤系统将成形腔保持为纯净的惰性气氛。可使用的粉末材料包括金属、陶瓷和高分子,使用的粉末材料中值粒径是30-40μm,粉末层厚是20-100μm。
目前对于同一激光或电子束选区熔化设备的粉末成形舱属于固定尺寸,无法随着成形零件的尺寸改变而改变。成形零件的尺寸远小于成形舱固定尺寸时,成形过程中依然需要将成形舱深度范围内的空间全部填充粉末才能进行成形,成形所需粉末和铺粉面积不能随着零件尺寸的变化而改变,粉末使用效率和成形效率较低。
发明内容
针对激光或电子束选区熔化/烧结工艺,本发明提出改变成形舱结构,实现成形舱粉末填充量随零件尺寸改变而改变,以降低成形过程中支撑填充粉末的需求和成形时间,提高粉末利用率。本发明提供了一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置及其使用方法,该装置为内嵌式,其基于激光或电子束选区熔化技术将固定尺寸成形舱改变为内嵌式多尺寸成形舱,在成形过程中,避免固定尺寸成形舱粉末填充量不能随零件尺寸改变而改变。内嵌式多尺寸成形舱可以根据成形零件尺寸需求选用略大于零件尺寸的成形舱,提高粉末利用率,降低成形过程中支撑填充粉末的需求和成形时间,实现激光或电子束选区熔化设备上同一铺粉装置对应多个尺寸成形舱。
为了实现本发明,本发明采用了如下技术方案:
一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置,该装置包括成形舱、升降丝杠、升降平台中心底座、选区熔化漏粉盒和刮刀、固定基板、粉缸和粉缸金属盖板;
所述成形舱安装在激光或电子束选区熔化设备内,为嵌套式多尺寸成形舱,成形舱由可拆卸的基板和嵌套式围桶组装而成,可拆卸的基板和嵌套式围桶的尺寸多样化,成形舱的可拆卸的基板和嵌套式围桶的尺寸根据成形零件尺寸需求进行选择;
成形舱的可拆卸基板固定在升降丝杠上方的升降平台的中心底座上,升降平台中心底座的升降靠丝杠转动来实现,可拆卸的基板能在升降丝杠的作用下沿着嵌套式围桶壁上下移动;嵌套式围桶固定在固定基板上;选区熔化漏粉盒和刮刀位于围桶顶部,水平移动将粉末从粉盒中漏出而后铺陈在可拆卸的基板上。
在一个优选的技术方案中,所述可拆卸的基板和嵌套式围桶为圆形或方形。
在一个优选的技术方案中,所述可拆卸的基板四周包含密封条,防止粉末漏出。
本发明还提供了一种上述装置进行激光或电子束选区熔化分区铺粉的方法,包括如下步骤:
(1)根据成形零件尺寸选用合适尺寸的可拆卸基板与合适尺寸的嵌套式围桶组成的成形舱;
(2)检查选区熔化设备水、电、气是否已经连接,确定各线路连接完好;
(3)打开选区熔化设备控制器电源,通过控制软件调节升降平台高度,将升降平台中心底座的水平高度降低至平行于固定基板,将可拆卸的基板安装在升降平台中心底座上;
(4)将嵌套式围桶套在可拆卸的基板外侧,将其固定在固定基板上;
(5)使用控制软件将升降台中心底座升高至围桶顶部,调节可拆卸的基板表面与刮板底部的距离,将粉末加入到漏粉盒中,左右移动漏粉盒和刮刀,保证其水平运动正常;
(6)准备成形零件,对零件模型进行处理,确定摆放位置及角度,并做支撑添加、分层处理及扫描路径规划处理;
(7)开启惰性气氛循环系统,成形舱开始洗气;
(8)成形过程中,漏粉盒从左向右移动至围桶右侧位置开始漏粉,而后向左侧移动利用刮刀将粉末平铺在可拆卸的基板上;按照数模生成的分层切片和扫描路径,激光扫描熔化粉末后;升降台降低一层高度30-50μm,而后铺一层新的粉末重复以上过程直到程序结束;
(9)关闭激光器,待冷却一段时间后关闭惰性气体循环系统,打开激选区熔化成形舱门,利用粉末回收装置将成形舱中的粉末吸走,运用运动控制软件提高升降平台高度,卸下可拆卸的基板和成形零件;
(10)关闭激光选区熔化成形设备冷却水和电源。
本发明的技术效果如下:
(1)内嵌式多尺寸成形舱,实现同一铺粉装置对应多个尺寸成形舱,实现粉末的多个尺寸分区铺陈;
(2)激光或电子束选区熔化设备可以根据成形零件尺寸改变成形舱尺寸,选用略大于零件尺寸的成形舱,减少支撑填充粉末量,提高粉末利用率和成形效率。
说明书附图
图1激光或电子束选区熔化内嵌式多尺寸成形舱顶视图;
图2激光或电子束选区熔化内嵌式多尺寸成形舱侧视图;
图3激光或电子束选区熔化内嵌式多尺寸成形舱侧视图;
图4激光或电子束选区熔化内嵌式多尺寸成形舱多尺寸可拆卸基板。
图中,1.升降丝杠,2.螺栓孔,3.升降平台中心底座,4.可拆卸的基板,5.嵌套式围桶,6.嵌套式围桶可选位置,7.选区熔化漏粉盒和刮刀,8.固定基板,9.铺陈的粉末,10.金属盖板,11.送粉缸,12.刮刀,13.送粉缸升降平台。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种激光或电子束选区熔化分区铺粉装置及其使用方法作进一步阐述,但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
实施例1
激光或电子束选区熔化分区铺粉装置的结构如图1-4所示,包括成形舱、升降丝杠、螺栓孔、升降平台中心底座、选区熔化漏粉盒和刮刀、固定基板、粉缸和粉缸金属盖板;
嵌套式多尺寸成形舱安装在激光或电子束选区熔化设备内,代替原有固定尺寸成形舱。激光或电子束选区熔化设备使用原有的激光或电子束系统、扫描系统、机械运动控制系统、粉末供应系统和气氛控制系统。
嵌套式多尺寸成形舱底部安装升降丝杠和升降平台中心底座。平台的升降靠丝杠转动来实现。升降平台中心底座上包含4个螺栓孔用于固定上部的可拆卸基板。
升降平台中心底座与成形舱底部螺栓孔固定基板分离,间距小于0.5mm。固定基板为固定装置不可升降,其表面包含多圈定位螺栓孔。螺栓孔按照圆形或方形排列,圆形排列每90度一个螺栓孔,方形排列每侧2个螺栓孔。螺栓孔用于固定嵌套式围桶。
嵌套式的围桶可以为圆形或方形。围桶底座法兰按照成形舱底部螺栓孔固定基板上的螺栓孔排列方式排列,其通过螺栓与固定基板连接。如采用粉缸刮粉式铺粉,围桶顶部四周使用对应尺寸的金属盖板将外围区域覆盖,保证粉末的刮粉过程,如图3所示。
多尺寸可拆卸的基板中心包含4个螺栓孔,如图4所示,其对应升降平台中心底座四个螺栓孔,通过螺栓将可拆卸基板连接在升降平台中心底座上。根据围桶尺寸选用相应大小的可拆卸基板。基板四周包含密封条,防止粉末漏出。当数模成形位置覆盖螺栓孔位置时,该螺栓孔不安装螺栓,使用同尺寸圆片将其覆盖,但需保证可拆卸基板至少安装2个螺栓。
漏粉盒和刮刀位于围桶顶部水平移动,通过原有选区熔化设备运动控制单元,将粉末从粉盒中漏出而后铺陈在可拆卸基板上,如图2所示。或者通过右侧送粉缸升降平台升高,将送粉缸中的粉末推出后,通过刮刀将粉末铺陈在可拆卸基板上,如图3所示。
成形前根据成形零件的最大尺寸选用略大于其最大尺寸的围桶,将其安装在成形舱底部螺栓孔固定基板上。
采用该装置进行不同尺寸不锈钢点阵零件的激光选区熔化成形为例,其具体的实现过程是:
(1)按照不锈钢点阵结构的三维数模确定其XYZ方向最大成形尺寸,即75mm*75mm*85mm。
(2)根据XY方向最大成形尺寸需求,选用80mm*80mm的成形舱,包括80mm*80mm的可拆卸不锈钢基板和80mm*80mm的方形围桶。
(3)检查激光选区熔化设备水、电、气是否已经连接,确定各线路连接完好;
(4)打开激光选区熔化设备控制器电源,通过控制软件调节升降平台高度。将升降平台中心底座的水平高度降低至平行于成形舱底部螺栓孔固定基板,使用四个螺栓将80mm*80mm的可拆卸不锈钢基板安装在升降平台中心底座上。
(5)选用80mm*80mm的方形围桶作为本次成形的舱室,将围桶套在80mm*80mm的可拆卸不锈钢基板外侧,使用螺栓将其固定在成形舱底部螺栓孔固定基板。
(6)使用控制软件将升降台中心底座升高至围桶顶部,确保成形基板表面与刮板底部的距离为0.01-0.05mm。将粉末加入到漏粉盒或送粉缸中,左右移动漏粉盒和刮刀,保证其水平运动正常。
(7)准备成形文件,对零件模型进行处理,确定摆放位置及角度,并做支撑添加、分层处理及扫描路径规划处理。
(8)开启惰性气氛循环系统,成形舱开始洗气,当氧含量低于0.05%,开启冷却水、激光器和成形自动控制软件。
(9)成形过程中,粉盒从左向右移动至围桶右侧位置开始漏粉,而后向左侧移动利用刮刀将粉末平铺在可拆卸基板上。按照数模生成的分层切片和扫描路径,激光扫描熔化粉末后,升降台降低一层高度30-50μm,而后铺一层新的粉末重复以上过程直到程序结束。
(10)关闭激光器,待冷却30min后关闭惰性气体循环系统,打开激光选区熔化成形舱门,利用粉末回收装置将成形舱中的粉末吸走。运用运动控制软件提高升降平台高度,卸下固定螺栓去下可拆卸基板和点阵结构零件。
(11)关闭激光选区熔化成形设备冷却水和电源。
Claims (4)
1.一种激光或电子束选区熔化内嵌式分区铺粉装置,其特征在于:该装置包括成形舱、升降丝杠、升降平台中心底座、选区熔化漏粉盒和刮刀、固定基板、粉缸和粉缸金属盖板;
所述成形舱安装在激光或电子束选区熔化设备内,为嵌套式多尺寸成形舱,成形舱由可拆卸的基板和嵌套式围桶组装而成,可拆卸的基板和嵌套式围桶的尺寸多样化,成形舱的可拆卸的基板和嵌套式围桶的尺寸根据成形零件尺寸需求进行选择;
成形舱的可拆卸基板固定在升降丝杠上方的升降平台的中心底座上,升降平台中心底座的升降靠丝杠转动来实现,可拆卸的基板能在升降丝杠的作用下沿着嵌套式围桶壁上下移动;嵌套式围桶固定在固定基板上;选区熔化漏粉盒和刮刀位于围桶顶部,水平移动将粉末从粉盒中漏出而后铺陈在可拆卸的基板上。
2.根据权利要求1所述的激光或电子束选区熔化内嵌式分区铺粉装置,其特征在于,所述可拆卸的基板和嵌套式围桶为圆形或方形。
3.根据权利要求1所述的激光或电子束选区熔化内嵌式分区铺粉装置,其特征在于,所述可拆卸的基板四周包含密封条,防止粉末漏出。
4.使用权利要求1所述的装置进行激光或电子束选区熔化分区铺粉的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)根据成形零件尺寸选用合适尺寸的可拆卸基板与合适尺寸的嵌套式围桶组成的成形舱;
(2)检查选区熔化设备水、电、气是否已经连接,确定各线路连接完好;
(3)打开选区熔化设备控制器电源,通过控制软件调节升降平台高度,将升降平台中心底座的水平高度降低至平行于固定基板,将可拆卸的基板安装在升降平台中心底座上;
(4)将嵌套式围桶套在可拆卸的基板外侧,将其固定在固定基板上;
(5)使用控制软件将升降台中心底座升高至围桶顶部,调节可拆卸的基板表面与刮板底部的距离,将粉末加入到漏粉盒中,左右移动漏粉盒和刮刀,保证其水平运动正常;
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