CN109226758B - 一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备 - Google Patents

一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，通过缸体上呈圆周阵列设有多个粉缸，粉缸内设有活塞组件，活塞组件下端连接有伺服电缸；转台上设有够随转台一起转动的缸体；刮刀部件内部为空腔结构，刮刀部件一端上侧设有进料口，一端下侧设有出料口，粉仓下端的出料口与刮刀部件进料口连接，粉料能够通过刮刀部件的下侧出料口进入粉缸内；刮刀部件能够相对多个粉缸以多个粉缸圆心为中心转动，利用缸体转动，刮刀部件静止不动，大大保证了粉料的铺送安全，采用多激光多工位同步作业方式，单点供粉，极坐标旋转铺粉，极大的提高了铺粉和成形效率，采用外部同步实时送粉方式，避免大量粉末储存，节省了能耗，提高了效率。

Description

一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备
技术领域
本发明属于增材制造设备技术领域，具体涉及一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备。
背景技术
增材制造技术融合了新材料、信息与制造等多学科技术，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。金属增材制造技术作为整个增材制造体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。适用于复杂构件的近净成形，采用增材制造技术制造出的成形件具有优异的力学性能，适合多种材料的快速成形，且材料利用率高。
激光选区激光熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）是增材制造的典型代表，它将传统的三维制造工艺转变为平面制造-累积叠加工艺，通过粉末逐层熔化实现三维复杂精密零部件的制造，由于粉末处于静止状态可设计制造辅助支撑结构，因此适合几乎任意复杂形状金属零部件的制造。同时， SLM成形采用的光斑直径小，成形精度高，可以直接成形具有异性流道的复杂薄壁构件，最小壁厚可达到100μm，成形件性能可达到同成分锻件水平，精度远高于精铸工艺。因此，该技术在航空航天、医疗、模具、汽车等领域得到了广泛的应用，被认为是近年来发展最快和最具发展潜力的金属增材制造技术之一。
然而，SLM成形的两件尺寸较小（500 mm以下），成形效率也较低（5-30 cm3/h），制约了增材制造技术的大规模应用。因此，开发高效率的增材制造设备迫在眉睫。国内外相关单位和学者开展的相关探索，如德国EOS、弗朗霍夫研究院、SLM Solution、Concept laser等以及国内华中科技大学、苏州西帝摩等单位，都是通过采用多光束拼接方式实现的，可以有效提高成形效率。但是多光路拼接技术难度大，对控制和软件的要求较高，光路拼接效果对成形质量影响很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，包括缸体、光路系统、粉仓、刮刀部件和转台，缸体上呈圆周阵列设有多个粉缸，粉缸内设有活塞组件，活塞组件下端连接有伺服电缸，伺服电缸固定于缸体下端；缸体固定安装于转台上，缸体能够随转台一起转动，伺服电缸能够随缸体一起转动；刮刀部件内部为空腔结构，刮刀部件一端上侧设有进料口，一端下侧设有出料口，粉仓下端的出料口与刮刀部件进料口连接，刮刀部件下端面与缸体上端面接触，刮刀部件的下侧出料口位于粉缸转动圆周线上，粉料能够通过刮刀部件的下侧出料口进入粉缸内；光路系统固定于粉缸上方，能够随缸体一起转动。
进一步的，还包括用于固定缸体和粉仓的主机架，主机架包括竖向支架和横向支撑架，竖向支架和横向支撑架构成空间支撑结构；粉仓固定于主机架上，刮刀部件固定于粉仓下端，刮刀部件通过刮刀转轴可转动安装于横向支撑架上，刮刀部件以其进料口为转动中心，刮刀部件的进料口与粉仓的出料口对齐设置。
进一步的，缸体上均设有六个粉缸。
进一步的，刮刀部件下端为平面，与缸体上端面接触。
进一步的，缸体上设有凸台，刮刀部件下端设有与缸体凸台配合滑动的凹槽。
进一步的，其中缸体上凸台和刮刀部件下端的凹槽均为圆弧面。
进一步的，还包括用于控制光路系统的控制器，缸体上设有多个用于检测刮刀部件位置的传感器，传感器连接于控制器。
进一步的，粉仓的出料口设有电磁阀；电磁阀连接于控制器。
进一步的，缸体下端设有位于多个粉缸圆周中心的废粉通道，废粉通道下端设有废粉回收桶。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，包括缸体、光路系统、粉仓、刮刀部件和转台，缸体上呈圆周阵列设有多个粉缸，粉缸内设有活塞组件，活塞组件下端连接有伺服电缸，伺服电缸固定于缸体下端；缸体固定安装于转台上，缸体能够随转台一起转动，伺服电缸能够随缸体一起转动；刮刀部件内部为空腔结构，刮刀部件一端上侧设有进料口，一端下侧设有出料口，粉仓下端的出料口与刮刀部件进料口连接，刮刀部件下端面与缸体上端面接触，刮刀部件的下侧出料口位于粉缸转动圆周线上，粉料能够通过刮刀部件的下侧出料口进入粉缸内；光路系统固定于粉缸上方，能够随缸体一起转动，刮刀部件能够相对多个粉缸以多个粉缸圆心为中心转动，利用缸体转动，刮刀部件静止不动，大大保证了粉料的铺送安全，采用多激光多工位同步作业方式，单点供粉，极坐标旋转铺粉，极大的提高了铺粉和成形效率，采用外部同步实时送粉方式，避免大量粉末储存，节省了能耗，提高了效率。
进一步的，还包括用于控制光路系统的控制器，缸体上设有多个用于检测刮刀部件位置的传感器，传感器连接于控制器，实现自动化控制，提高控制精度和工作效率。
进一步的，缸体上设有凸台，刮刀部件下端设有与缸体凸台配合滑动的凹槽，能够有效防止粉料沿缸体径向洒落，避免粉料浪费。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图。
图2为本发明主视图。
图3为图2右视图。
图4为图2俯视图。
图5为缸体和刮刀部件放大结构示意图。
其中，1、主机架；2、转台驱动电机；3、伺服驱动器；4、伺服电缸；5、转台；6、支撑辅助转台；7、圆形光栅；8、支撑板；9、活塞组件；10、缸体；11、横向支撑架；12、刮刀转轴；13、刮刀部件；14、粉仓；15、光路系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图4所示，一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，包括缸体10、光路系统15、粉仓14、刮刀部件13和转台5，缸体10上呈圆周阵列设有多个粉缸，粉缸内设有活塞组件9，活塞组件9下端连接有伺服电缸4，伺服电缸4固定于缸体10下端；缸体10固定安装于转台5上，缸体10能够随转台5一起转动，伺服电缸4能够随缸体10一起转动；刮刀部件13内部为空腔结构，刮刀部件13一端上侧设有进料口，一端下侧设有出料口，粉仓14下端的出料口与刮刀部件13进料口连接，刮刀部件13下端面与缸体10上端面接触，刮刀部件13的下侧出料口位于粉缸转动圆周线上，粉料能够通过刮刀部件13的下侧出料口进入粉缸内；光路系统15固定于粉缸上方，能够随缸体10一起转动；
还包括用于固定缸体10和粉仓14的主机架1，主机架1包括竖向支架和横向支撑架11，竖向支架和横向支撑架11构成空间支撑结构；粉仓14固定于主机架1上，刮刀部件13固定于粉仓14下端，刮刀部件13通过刮刀转轴12可转动安装于横向支撑架11上，刮刀部件13以其进料口为转动中心，刮刀部件13的进料口与粉仓14的出料口对齐设置；
缸体10上均设有六个粉缸；
刮刀部件13下端为平面，与缸体10上端面接触；
如图5所示，缸体10上设有凸台，刮刀部件13下端设有与缸体10凸台配合的凹槽；放置粉料沿缸体10径向洒落；其中缸体10上凸台和刮刀部件13下端的凹槽均为圆弧面；
还包括用于控制光路系统15的控制器，缸体10上设有多个用于检测刮刀部件13位置的传感器，传感器连接于控制器；缸体10下端设有位于多个粉缸圆周中心的废粉通道，废粉通道下端设有废粉回收桶；粉仓14的出料口设有电磁阀；电磁阀连接于控制器；
下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：
成型过程中，缸体10在转台驱动电机2的作用下以一定速度转动，每旋转60°暂停一次，粉料通过刮刀部件13进入粉缸内，此时刮刀部件13绕刮刀转轴12摆动给距离最近的粉缸铺粉，接着旋转缸体继续转动60°，以此类推。在成型过程中，除了需要铺粉的一个圆柱形粉缸对应的扫描装置在环形铺粉时需要暂停工作，其他5套扫描装置始终处于工作状态，大大提高有效作业效率，从而实现了多个工位同时成形。

Claims (7)

1.一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，包括缸体(10)、光路系统(15)、粉仓(14)、刮刀部件(13)和转台(5)，缸体(10)上呈圆周阵列设有多个粉缸，粉缸内设有活塞组件(9)，活塞组件(9)下端连接有伺服电缸(4)，伺服电缸(4)固定于缸体(10)下端；缸体(10)固定安装于转台(5)上，缸体(10)能够随转台(5)一起转动，伺服电缸(4)能够随缸体(10)一起转动；刮刀部件(13)内部为空腔结构，刮刀部件(13)一端上侧设有进料口，一端下侧设有出料口，粉仓(14)下端的出料口与刮刀部件(13)进料口连接，刮刀部件(13)下端面与缸体(10)上端面接触，刮刀部件(13)的下侧出料口位于粉缸转动圆周线上，粉料能够通过刮刀部件(13)的下侧出料口进入粉缸内；光路系统(15)固定于粉缸上方，能够随缸体(10)一起转动，还包括用于固定缸体(10)和粉仓(14)的主机架(1)，主机架(1)包括竖向支架和横向支撑架(11)，竖向支架和横向支撑架(11)构成空间支撑结构；粉仓(14)固定于主机架(1)上，刮刀部件(13)固定于粉仓(14)下端，刮刀部件(13)通过刮刀转轴(12)可转动安装于横向支撑架(11)上，刮刀部件(13)以其进料口为转动中心，刮刀部件(13)的进料口与粉仓(14)的出料口对齐设置，缸体(10)上设有凸台，刮刀部件(13)下端设有与缸体(10)凸台配合滑动的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，缸体(10)上均设有六个粉缸。
3.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，刮刀部件(13)下端为平面，与缸体(10)上端面接触。
4.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，其中缸体(10)上凸台和刮刀部件(13)下端的凹槽均为圆弧面。
5.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，还包括用于控制光路系统(15)的控制器，缸体(10)上设有多个用于检测刮刀部件(13)位置的传感器，传感器连接于控制器。
6.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，粉仓(14)的出料口设有电磁阀；电磁阀连接于控制器。
7.根据权利要求1所述的一种缸体旋转式多工位环形铺粉激光选区熔化成型设备，其特征在于，缸体(10)下端设有位于多个粉缸圆周中心的废粉通道，废粉通道下端设有废粉回收桶。
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