CN109109315B - 一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置 - Google Patents

一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置，在一个供粉缸和成形工作缸的共同水平工作面上设置一个可直线运动的铺粉平台，利用铺粉平台上的可控上下运动的推粉刮刀将粉末均匀铺设在成形缸的载物平台上，铺粉平台上的压粉板向下移动覆盖在成形缸上端口，成形缸中的载物台向上运动，对铺设的单层粉末进行挤压紧实后，铺粉平台回退至供粉缸位置，压粉板向下运动覆盖在供粉缸上端口平面，完成一个单层铺粉和压实工作循环。本发明结构紧凑，铺粉和压实一体化，粉末压实度可由单层铺粉体积和成形缸载物台向上移动行程控制，每次铺设粉层上表面与水平工作面重合一致性精度好，有利于提高烧结件的密实度和机械性能。

Description

一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置
技术领域
本发明属于激光快速成型技术领域，具体涉及一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置。
背景技术
快速原型技术(Rapid Prototyping)是20世纪80年代初开发出来的集CAD/CAM技术、激光应用技术和功能材料科学于一体，能够快速地制造任意复杂的三维的一种新技术。基于其逐层添加制造的原理，近年来也称之为增材制造技术，且随着应用材料的不同发展有主要5种工艺方法：面向液态树脂的光固化的SLA工艺，面向粉末材料的SLS/SLM工艺，面向薄材的LOM工艺，面向熔融线形体的FDM工艺以及利用液滴形物质堆积的3DP工艺。其中，面向粉末材料的选区激光烧结/熔接(SLS/SLM)工艺以其应用材料的广泛性，烧结构件拥有较好力学性能和成形工艺简便等优点，受到工业以及医疗应用等多领域的广泛关注，并已成为该领域的研究重点之一。
对于选区激光烧结来说，通常是在成形缸中的一个具有垂直移动载物台上铺设一个设定层厚的粉末，激光按所需的图形进行扫描烧结，载物台向下移动一个层厚距离后，再铺设一层粉末，再扫描烧结，直至完成一个结构件的逐层叠加烧结成形。但是，对于具有孔隙特征的粉末材料，在铺设一个设定的自然堆积厚度粉末层后的激光熔融凝结过程中容易产生孔洞，伴随着冷却收缩其层厚尺寸误差加大，直接影响烧结件的有效成形制造。现有技术中通常是利用滚粉筒来进行粉末的铺粉和滚动压实，但是由于存在粉末的材料和颗粒度的不同，滚筒与粉末层摩擦推动以及黏贴等，不仅影响有效铺粉与单粉层的压实，还会对粉末层下方的已烧结结构带来不利影响。中国专利CN104043830A通过对铺粉器角度选择和振动压实来进行铺粉与压实，同样存在着难以有效满足对不同颗粒度的粉末以及粉层的平整度和精度的需要。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置，通过在一个储存粉末的供粉缸和成形工作缸的共同水平工作面上设置的一个可直线平移运动的铺粉平台，利用铺粉平台上设置的可上下运动机构带动推粉刮刀的平动，将粉末均匀铺设在成形缸的载物平台上，铺粉平台上的压粉板向下移动覆盖在成形缸上端口工作平面上，成形缸中的载物台向上运动，铺设的单层粉末在成形缸载物台和压粉板之间进行挤压紧实，铺粉平台回退至供粉缸位置，压粉板向下运动覆盖在供粉缸上端口平面，完成一个单层铺粉和压实工作循环，同时，成形缸开口完全敞开后就可以进行激光的选区扫描烧结加工，重复循环即可完成一个三维结构件的烧结制造。
本发明采用的技术方案为：一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的装置，包括一个用来储存粉末的供粉缸和一个用来实现逐层铺粉的成形缸，在供粉缸和成形缸上端的同一水平工作面上设置一个可直线平移运动的铺粉平台，利用设置在其上的可控上下运动机构带动压粉板和推粉刮刀运动，实现推粉刮刀对成形缸的逐层均匀铺粉，压粉板对成形缸中单层粉末的压实。
一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，该方法包括如下步骤：
第一步，储存粉末的供粉缸和逐层铺粉的成形缸的上端口面设置为同一水平的工作平面；
第二步，供粉缸和成形缸的共同水平工作面上设置有一个可控直线平移运动的铺粉平台，其初始位置设定在其上的压粉板覆盖在供粉缸上端口平面上；成形缸中载物台面初始位置与成形缸上端口工作平面在同一水平面；
第三步，需要对成形缸进行单层粉末铺粉时，成形缸中载物台向下运动一个设定距离，形成一个待铺粉的空间；
第四步，铺粉平台的上下运动机构带动压粉板向上移动一个设定距离，铺粉平台及设置在其上的压粉板和推粉刮刀一起向设有成形缸的反方向移动一个设定距离，使得供粉缸上端口全部敞开；
第五步，供粉缸中的活塞向上运动一个设定距离，将粉末抬高超出供粉缸上端口平面；
第六步，铺粉平台的上下运动机构再向上运动一个距离，推粉刮刀向下运动使其刮刀口与两缸共同工作平面紧密接触；
第七步，铺粉平台向设有成形缸方向直线平动，铺粉刮刀将粉末均匀铺设在成形缸的载物台上，实现单个层厚粉末的均匀铺设；
第八步，压粉板下运动与成形缸上端口工作平面紧密接触，成形缸载物台向上运动，单层粉末在成形缸载物台和压粉板之间被压实；
第九步，铺粉平台上下机构向上运动带动压粉板和推粉刮刀抬起，铺粉平台回退至供粉缸位置，压粉板向下运动覆盖在供粉缸上端口；
第十步，多次逐层铺粉与压实时，重复第三步至第九步。
其中，所述的储存粉末的供粉缸和逐层铺粉的成形缸的上端口面设置为同一水平的工作平面；供粉缸和成形缸的开口形状是圆形或方形；供粉缸和成形缸的开口直径或边长为50-500mm；供粉缸的开口尺寸为成形缸的开口尺寸的1-2倍；供粉缸中活塞和成形缸中载物台可实现分辨率0.05-0.1mm的上下可控直线移动。
其中，所述的逐层铺粉与压实方法是在供粉缸和成形缸的共同水平工作面上设置有一个可控直线平移运动的铺粉平台，其初始位置设定在安装在其上的压粉板覆盖在供粉缸上端口平面上，成形缸中载物台面的初始位置与成形缸上端口工作平面在同一水平面。
其中，所述的逐层铺粉可控水平移动的铺粉平台由可控行程的上下直线运动结构、压粉板和推粉刮刀构成。
其中，所述的逐层铺粉与压实方法是推粉刮刀推送的单层粉末体积为成形缸中的待铺粉空间体积的1.1-1.5倍。
其中，所述的逐层铺粉与压实方法是成形缸中铺设好一层粉末后，压粉板向下运动覆盖在成形缸上端口，并保持压紧力，成形缸载物台向上运动实现粉末层的挤压紧实。
其中，所述的逐层铺粉的铺粉平台的可控上下直线运动结构中的压粉板和推粉刮刀为联动机构，压粉板向上运动时推粉刮刀向下运动，反之压粉板向下运动时推粉刮刀向上运动。
其中，所述的逐层铺粉的铺粉平台的压粉板为抗静电的隔热板材料制成，其尺寸等于供粉缸和成形缸开口尺寸加上5-10mm。
其中，所述的逐层铺粉的铺粉平台的推粉刮刀为聚四氟乙烯或陶瓷材料制成，其形状为细长矩形、下端设有刀口形状的构件，其上下、左右位置可调。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明的供给粉末的逐层铺粉与压实的方法及装置，粉末的逐层供给量是根据烧结工艺需求的层厚和压粉密实度的要求，可以针对不同粉末材料和不同颗粒度，以及成形缸和供粉缸的尺寸来实现定量推铺粉；每层粉末的压实是利用覆盖在成形缸上端工作面的压粉板和成形缸载物台向上移动一个距离来实现挤压压实，粉末层的压实度可根据单层自然堆积铺粉体积和成形缸载物台的运动行程来进行可调可控；同时，由于压粉板下表面与工作平面重合，能保持在每次的逐层铺粉压实后，铺设粉层上表面与水平工作面重合的精度和一致性好；本发明的粉末的逐层铺粉和压实一体化，具有结构紧凑，所有运动可控可调，适用不同材料粉末、不同颗粒度的粉末的逐层铺粉与压实，可以根据需要对每次铺设粉层的压实来提高烧结件的密实度和机械性能。
附图说明
图1为发明的供给粉末的逐层铺粉压实的方法及装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
实施案例
本发明的一种面向选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉与压实的方法的实现步骤如下：
第一步，一个圆筒形储存粉末的供粉缸8和可逐层铺粉的圆筒形成形缸1的上端口面设置为同一水平的工作平面5；供粉缸8中有一可垂直移动的活塞7，成形缸1中有一可垂直移动的载物台2；
第二步，供粉缸8和成形缸1的共同水平工作面5上设置的一个可控行程的直线平移运动的铺粉平台6，铺粉平台6的可控上下运动机构可以带动其上的压粉板3和推粉刮刀4上下运动。
第三步，供粉平台6的初始位置可以设置在其上的压粉板3覆盖在供粉缸8上端口平面上；需要对成形缸1进行单层粉末铺粉时，成形缸1中载物台2自成形缸上端口工作平面5向下运动一个设定距离，形成一个待铺粉的空间；
第四步，铺粉平台6的上下运动机构带动压粉板3向上移动一个设定距离，铺粉平台6及其上的压粉板3和推粉刮刀4向设有成形缸1的反方向移动一个设定距离，使得供粉缸8上端口全部敞开；
第五步，供粉缸8中的活塞7向上运动一个设定距离，将已粉末9抬高超出供粉缸上端工作平面5；
第六步，铺粉平台6的上下运动机构再向上运动一个距离，推粉刮刀4向下运动使其刮刀口与两缸共同工作平面5紧密接触；
第七步，铺粉平台6向设有成形缸1方向平动，推粉刮刀4将粉末均匀铺设在成形缸的载物台2上，实现单个层厚粉末的均匀铺设；
第八步，压粉板3向下运动与成形缸1上端工作平面5紧密接触，成形缸载物台2向上运动，单层粉末在成形缸载物台2和压粉板3之间被压实；
第九步，铺粉平台6上下机构向上运动，压粉板3和推粉刮刀4抬起，铺粉平台6回退至供粉缸8位置，压粉板3向下运动覆盖在供粉缸7上端工作平面上，成形缸开口完全敞开后就可以进行激光的选区扫描烧结加工。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
第一步，储存粉末的供粉缸和逐层铺粉的成形缸的上端口面设置为同一水平的工作平面；
第二步，供粉缸和成形缸的共同水平工作面上设置有一个可控直线平移运动的铺粉平台，其初始位置设定在其上的压粉板覆盖在供粉缸上端口平面上；成形缸中载物台面初始位置与成形缸上端口工作平面在同一水平面；
第三步，需要对成形缸进行单层粉末铺粉时，成形缸中载物台向下运动一个设定距离，形成一个待铺粉的空间；
第四步，铺粉平台的上下运动机构带动压粉板向上移动一个设定距离，铺粉平台及设置在其上的压粉板和推粉刮刀一起向设有成形缸的反方向移动一个设定距离，使得供粉缸上端口全部敞开；
第五步，供粉缸中的活塞向上运动一个设定距离，将粉末抬高超出供粉缸上端口平面；
第六步，铺粉平台的上下运动机构再向上运动一个距离，推粉刮刀向下运动使其刮刀口与两缸共同工作平面紧密接触；
第七步，铺粉平台向设有成形缸方向直线平动，铺粉刮刀将粉末均匀铺设在成形缸的载物台上，实现单个层厚粉末的均匀铺设；
第八步，压粉板下运动与成形缸上端口工作平面紧密接触，成形缸载物台向上运动，单层粉末在成形缸载物台和压粉板之间被压实；
第九步，铺粉平台的上下运动机构向上运动带动压粉板和推粉刮刀抬起，铺粉平台回退至供粉缸位置，压粉板向下运动覆盖在供粉缸上端口；
第十步，多次逐层铺粉与压实时，重复第三步至第九步。
2.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的储存粉末的供粉缸和逐层铺粉的成形缸的上端口面设置为同一水平的工作平面；供粉缸和成形缸的开口形状是圆形或方形；供粉缸和成形缸的开口直径或边长为50-500mm；供粉缸的开口尺寸为成形缸的开口尺寸的1-2倍；供粉缸中活塞和成形缸中载物台可实现分辨率0.05-0.1mm的上下可控直线移动。
3.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉与压实方法是在供粉缸和成形缸的共同水平工作面上设置有一个可控直线平移运动的铺粉平台，其初始位置设定在安装在其上的压粉板覆盖在供粉缸上端口平面上，成形缸中载物台面的初始位置与成形缸上端口工作平面在同一水平面。
4.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉可控水平移动的铺粉平台由可控形成的上下直线运动结构、压粉板和推粉刮刀构成。
5.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉与压实方法是推粉刮刀推送的单层粉末体积为成形缸中的待铺粉空间体积的1.1-1.5倍。
6.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉与压实方法是成形缸中铺设好一层粉末后，压粉板向下运动覆盖在成形缸上端口，并保持压紧力，成形缸载物台向上运动实现粉末层的挤压紧实。
7.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉的铺粉平台的上下运动机构中的压粉板和推粉刮刀为联动机构，压粉板向上运动时推粉刮刀向下运动，反之压粉板向下运动时推粉刮刀向上运动。
8.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉的铺粉平台的压粉板为抗静电的隔热板材料制成，其尺寸等于供粉缸和成形缸开口尺寸加上5-10mm。
9.根据权利要求1所述的选区激光烧结的供给粉末的逐层铺粉压实的方法，其特征是：所述的逐层铺粉的铺粉平台的推粉刮刀为聚四氟乙烯或陶瓷材料制成，其形状为细长矩形、下端设有刀口形状的构件，其上下、左右位置可调。
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