CN108372301B - 一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法 - Google Patents

一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了本发明一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法，该装置包括粉末悬浮液料盒、刮刀、烘干装置、排气装置及成形料舱，所述刮刀的一侧设有粉末悬浮液料盒，所述粉末悬浮液料盒包括壳体、搅拌器和电动旋转漏料开关，所述搅拌器的搅拌部置于壳体内部，所述漏料开关置于壳体底部，所述漏料开关为一为可变速的电动旋转机构，通过控制其转动速度和角度控制来实现漏料速度和漏料量，所述成形料舱内设有升降平台基板。本技术方案针对激光选区熔化/烧结工艺，提出一种中值粒径20μm以下的粉末悬浮液新型机械铺陈方法，提高了激光选区熔化/烧结成形零件的表面质量；解决成形工艺中20μm以下粉末材料流动性差而无法机械铺陈的问题。

Description

一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法
技术领域
本发明涉及激光增材制造领域，具体地说是一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法。
背景技术
激光选区熔化/烧结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成形平台上，以激光为热源，激光通过振镜沿着轨迹扫描熔化/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。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。
现有的激光选区熔化/烧结工艺使用的粉末材料中值粒径是30-40μm，成形后的零件内外表面粗糙度只能达到Ra＝6.3-12.5。外表面可以通过机械加工和抛光的方式提高表面质量，但是复杂外表面和内流道表面就难以通过后续加工的方法实现粗糙度的降低，只能维持激光选区熔化/烧结原始成形状态的表面质量，过低的表面质量难以达到零件的设计要求。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种激光选区熔化的粉末铺陈装置及方法，提高激光选区熔化/烧结成形零件的表面质量，降低复杂外表面和内表面粗糙度。
为解决上述技术问题，本发明一种激光选区熔化的粉末铺陈装置，包括刮刀及成形料舱，所述刮刀的一侧设有粉末悬浮液料盒，用于盛装中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液，所述刮刀的另一侧安装有辐射加热灯管、排气装置和排气管，所述粉末悬浮液料盒包括壳体、搅拌器和电动旋转漏料开关，所述搅拌器的搅拌部置于壳体内部，所述漏料开关置于壳体底部，所述漏料开关为一为可变速的电动旋转机构，通过控制其转动速度和角度控制来实现漏料速度和漏料量，所述成形料舱内设有升降平台基板，从所述粉末悬浮液料盒中漏出悬浮液，悬浮液中的溶剂在辐射加热灯管的加热下挥发，通过排气装置和排气管从成形料舱中排出。
优选地，所述升降平台基板由升降丝杠驱动。
本发明还涉及一种激光选区熔化的粉末铺陈方法，基于上述粉末铺陈装置实现铺陈过程，包括以下步骤：
使用搅拌器将中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮等易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液；
将粉末悬浮液加入上述粉末悬浮液料盒，搅拌器的搅拌防止粉末悬浮液沉淀，保证粉末悬浮液的均匀性，电动旋转漏料开关的转动使粉末悬浮液从料盒中漏出，通过控制电动旋转漏料开关转动速度和转动角度来实现漏料速度和漏料量；
当粉末悬浮液到升降平台基板左侧后，电动旋转的漏料开关开始漏料，然后悬浮液料盒开始从左向右移动，通过悬浮液料盒旁的刮刀将漏出的悬浮液铺平，悬浮液料盒和刮刀在成形料舱顶部同步左右往复移动；
刮刀后侧安装辐射加热灯管、排气装置和排气管；当电动旋转漏料开关转动前，辐射加热灯管和排气装置开启；辐射加热灯管、排气装置和排气管随着悬浮液料盒沿着成形料舱顶部同步左右往复移动；其中，铺陈的悬浮液厚度在10-20μm，悬浮液中的易挥发溶剂在辐射加热灯管的加热下快速挥发，通过排气装置和排气管从成形料舱中排出，通过过滤系统将其过滤；整体系统运行在惰性气体保护环境下，过滤后的气体通过惰性气氛循环系统重新回到成形舱；
当监测仪氧含量和水含量达到500PPM以下时，激光选区熔化烧结的激光扫描过程开启，按照数模切片生成的扫描路径将粉末熔化，未扫描区域还是粉末状态；然后升降平台基板降低一层高度10-20μm，重新铺一层粉末悬浮液，重复以上过程直到零件加工完成。
采用上述方案后，本技术方案针对激光选区熔化/烧结工艺，提出一种中值粒径20μm以下的粉末悬浮液新型机械铺陈方法，提高了激光选区熔化/烧结成形零件的表面质量，降低了复杂外表面和内表面粗糙度；解决成形工艺中20μm以下粉末材料流动性差而无法机械铺陈的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种实施方式中激光选区熔化的粉末悬浮液机械铺陈示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。以下描述仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一种激光选区熔化的粉末铺陈装置，包括刮刀4及成形料舱12，所述刮刀4的一侧设有粉末悬浮液料盒，用于盛装中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮等易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液，所述刮刀4的另一侧安装有辐射加热灯管3、排气装置1和排气管2，所述粉末悬浮液料盒包括壳体8、搅拌器7和电动旋转漏料开关6，所述搅拌器7的搅拌部置于壳体8内部，所述漏料开关6置于壳体8底部，所述漏料开关6为一可变速的电动旋转机构，所述成形料舱12内设有升降平台基板10。已铺粉末9在升降平台基板10上。从所述粉末悬浮液料盒中漏出悬浮液，悬浮液中的溶剂在辐射加热灯管3的加热下挥发，通过排气装置1和排气管2从成形料舱12中排出。
优选地，所述升降平台基板10由升降丝杠11驱动。
本发明还涉及一种激光选区熔化的粉末铺陈方法，基于上述粉末铺陈装置实现铺陈过程，包括以下步骤：
使用搅拌器将中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮等易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液；
将粉末悬浮液加入到权利要求1所述粉末悬浮液料盒，搅拌器7的搅拌防止粉末悬浮液沉淀，保证粉末悬浮液的均匀性，电动旋转漏料开关6的转动使粉末悬浮液从料盒中漏出，通过控制电动旋转漏料开关6转动速度和转动角度来实现漏料速度和漏料量；
当粉末悬浮液到升降平台基板10左侧后，电动旋转的漏料开关6开始漏料，然后悬浮液料盒开始从左向右移动，通过悬浮液料盒旁的刮刀4将漏出的悬浮液铺平，悬浮液料盒和刮刀4在成形料舱12顶部同步左右往复移动；
刮刀后侧安装辐射加热灯管3、排气装置1和排气管2；当电动旋转漏料开关6转动前，辐射加热灯管3和排气装置开启；辐射加热灯管3、排气装置1和排气管2随着悬浮液料盒沿着成形料舱12顶部同步左右往复移动；铺陈的悬浮液厚度在10-20μm，悬浮液中的易挥发溶剂在辐射加热灯管3的加热下快速挥发，通过排气装置1和排气管2从成形料舱12中排出，通过过滤系统将其过滤；整体系统运行在惰性气体保护环境下，过滤后的气体通过惰性气氛循环系统重新回到成形舱；
当监测仪氧含量和水含量达到500PPM以下时，激光选区熔化烧结的激光扫描过程开启，按照数模切片生成的扫描路径将粉末熔化，未扫描区域还是粉末状态；然后升降平台基板10降低一层高度10-20μm，重新铺一层粉末悬浮液，重复以上过程直到零件加工完成。
以上仅为本发明较佳的实施例，并不构成对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则内做出的任何修改、改进及等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光选区熔化的粉末铺陈装置，包括刮刀(4)及成形料舱(12)，其特征在于：所述刮刀(4)的一侧设有粉末悬浮液料盒，用于盛装中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液，所述刮刀(4)的另一侧安装有辐射加热灯管(3)、排气装置(1)和排气管(2)，所述粉末悬浮液料盒包括壳体(8)、搅拌器(7)和电动旋转漏料开关(6)，所述搅拌器(7)的搅拌部置于壳体(8)内部，所述漏料开关(6)置于壳体(8)底部，所述漏料开关(6)为一可变速的电动旋转机构，所述成形料舱(12)内设有升降平台基板(10)，从所述粉末悬浮液料盒中漏出悬浮液，悬浮液中的溶剂在辐射加热灯管(3)的加热下挥发，通过排气装置(1)和排气管(2)从成形料舱(12)中排出。
2.根据权利要求1所述激光选区熔化的粉末铺陈装置，其特征在于：所述升降平台基板(10)由升降丝杠(11)驱动。
3.一种激光选区熔化的粉末铺陈方法，其特征在于应用权利要求1所述的粉末铺陈装置实现铺陈过程，包括以下步骤：
使用搅拌器将中值粒径20μm以下粉末和酒精或丙酮的易挥发溶剂均匀混合制得粉末悬浮液；
将粉末悬浮液加入到权利要求1所述粉末悬浮液料盒，搅拌器(7)的搅拌防止粉末悬浮液沉淀，保证粉末悬浮液的均匀性，电动旋转漏料开关(6)的转动使粉末悬浮液从料盒中漏出，通过控制电动旋转漏料开关(6)转动速度和转动角度来实现漏料速度和漏料量；
当粉末悬浮液到升降平台基板(10)左侧后，电动旋转的漏料开关(6)开始漏料，然后悬浮液料盒开始从左向右移动，通过悬浮液料盒旁的刮刀(4)将漏出的悬浮液铺平，悬浮液料盒和刮刀(4)在成形料舱(12)顶部同步左右往复移动；
刮刀后侧安装辐射加热灯管(3)、排气装置(1)和排气管(2)；当电动旋转漏料开关(6)转动前，辐射加热灯管(3)和排气装置开启；辐射加热灯管(3)、排气装置(1)和排气管(2)随着悬浮液料盒沿着成形料舱(12)顶部同步左右往复移动；铺陈的悬浮液厚度在10-20μm，悬浮液中的易挥发溶剂在辐射加热灯管(3)的加热下快速挥发，通过排气装置(1)和排气管(2)从成形料舱(12)中排出，通过过滤系统将其过滤；整体系统运行在惰性气体保护环境下，过滤后的气体通过惰性气氛循环系统重新回到成形舱；
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