CN110076991A - 激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法。该送粉设备至少包括：升降式成形工作台、送粉装置和补粉装置，成形工作台设在成形舱室内，送粉装置设在成形工作台的一侧，补粉装置设在送粉装置的上方，位于成形舱室外部；其中，送粉装置包括送粉缸体、缸体活塞、第一驱动组件、铺粉刮刀和第一位置反馈元件，第一驱动组件设在缸体活塞底部，用于驱动缸体活塞沿送粉缸体上下移动，铺粉刮刀可移动地设在送粉缸体的顶端，用于将粉料推铺在成形工作台上；补粉装置包括储粉罐和粉料输送单元，粉料输送单元设在储粉罐和送粉缸体之间，用于将储粉罐内的粉料输送至送粉缸体内；第一位置反馈元件监测缸体活塞的移动距离。

Description

激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法

技术领域

本发明涉及增材制造设备技术领域，特别是涉及一种激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法。

背景技术

目前，激光选区熔化设备主要采用上方送粉和下方送粉两种送粉形式，对应的送粉装置分别为上送粉装置和下送粉装置。这两种方式各有其优缺点：从结构上来说，上送粉装置的结构比下送粉装置复杂，每次送粉量的精确性比下送粉装置差，送粉量的调整比下送粉装置困难，但采用下送粉装置的设备铺粉行程大于采用上送粉装置的设备，导致铺粉时间长。基于以上原因，小型精密激光选区熔化设备通常首选下送粉方式。

随着技术的不断发展，可加工零件尺寸规格增大，加工时间变长。激光选区熔化设备向着大型化和精密化方向前进的步伐越走越快。为了提高加工效率，减少加工时间，一方面要尽可能减少铺粉行程，从而减少铺粉时间，并增加铺粉刮刀的使用寿命，这就要求送粉装置所占的空间尽可能小；另一方面，送粉量的精确性的提高可以减少辅助生产时间，提高生产效率。

因此，发明人提供了一种激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光选区熔化成形的送粉设备和送粉方法，采用上方补给粉料和下方精确送粉相结合的方式，解决了现有送粉方式效率低、设备占用空间大的问题。

第一方面，本发明的实施例提出了一种激光选区熔化成形的送粉设备，该设备包括：升降式成形工作台、送粉装置和补粉装置，所述成形工作台设在成形舱室内，所述送粉装置设在所述成形工作台的一侧，用于将粉料送至所述成形工作台上，所述补粉装置设在所述送粉装置的上方，位于成形舱室外部，用于对所述送粉装置补给粉料；其中，

所述送粉装置包括送粉缸体、缸体活塞、第一驱动组件、铺粉刮刀和第一位置反馈元件，所述第一驱动组件设在所述缸体活塞底部，用于驱动所述缸体活塞沿所述送粉缸体上下移动，所述铺粉刮刀可移动地设在所述送粉缸体的顶端，用于将粉料推铺在所述成形工作台上；

所述补粉装置包括储粉罐和粉料输送单元，所述粉料输送单元设在所述储粉罐和所述送粉缸体之间，用于将所述储粉罐内的粉料输送至所述送粉缸体内；

需要对所述送粉缸体补给粉料时，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞向下移动，所述补粉装置将粉料输送入所述送粉缸体内；需要将所述送粉缸体内预定量的粉料输送至所述成形工作台时，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞向上移动相应的距离，将粉料从送粉缸体中推出，通过所述第一位置反馈元件监测所述缸体活塞的移动距离。

进一步地，所述储粉罐的出粉口为上宽下窄的锥形口，在所述出粉口设有开关阀。

进一步地，所述粉料输送单元包括粉料输送接合器和动力驱动机构，所述粉料输送接合器的输入端连接所述储粉罐的出粉口，所述动力驱动机构用于驱动所述粉料输送结合器上下移动，使所述粉料输送接合器的输出端与所述送粉缸体缸口接合或断开。

进一步地，在所述缸体活塞和所述送粉缸体之间设有活塞导向组件，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞沿所述活塞导向组件上下移动。

进一步地，所述成形工作台安装在成形缸体中，所述成形工作台和所述成形缸体之间设有升降导轨组件，所述成形工作台的底部安装有第二驱动组件，所述第二驱动组件用于驱动所述成形工作台沿所述升降导轨组件上下移动，在所述成形缸体的底部设有第二位置反馈元件，用于监测所述成形工作台的移动距离。

进一步地，所述第一驱动组件和/或所述第二驱动组件包括在动力传递方向相连接的电机和滚珠丝杠。

进一步地，在所述成形工作台的另一侧还设有粉料回收箱，用于回收所述成形工作台上的多余粉料。

第二方面，提供了一种激光选区熔化成形的送粉方法，采用第一方面的送粉设备，所述送粉方法包括：

精确送粉，所述送粉装置的第一驱动组件驱动缸体活塞向上移动预定距离，将送粉缸体内预定量的粉料推出，所述铺粉刮刀从送粉装置的顶端水平移动到成形工作台上，将粉料均匀推铺在所述成形工作台上用于激光熔化成形；

补给粉料，所述送粉缸体内的粉料不足时，所述第一驱动组件驱动缸体活塞向下移动，开启所述补粉装置的储粉罐开关阀，通过所述粉料输送单元将所述储粉罐内的粉料输送至所述送粉缸体内。

进一步地，在所述精确送粉的步骤中，基于所述送粉缸体的尺寸规格，通过所述送粉装置的第一位置反馈元件监测所述缸体活塞的移动距离，获得预定量的输送粉料。

进一步地，在所述成形工作台上的粉料熔化成形后，将所述成形工作台下降一定的高度，下降的该高度与已成形的零件高度相当。

综上，本发明的有益效果如下：

1、在成形工作台的同侧设置了送粉装置和补粉装置，采用下方精确送粉和上方补给粉料相结合的方式，具有粉料供给量精确度高、铺粉行程短、自动补粉及时等特点，从而有效提高成形零件的生产效率及制造精度。

2、送粉装置和补粉装置设置外成形台的同一侧，且上下位设置，使成形舱内部空间尺寸得以优化，节省了加工辅助时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种激光选区熔化成形的送粉设备精确送粉时的结构示意图。

图2是粉料补给时粉料输送单元与送粉缸体接合时的结构示意图。

图3是粉料补给完成时的结构示意图。

图4是粉料补给完成后回到精确送粉初始时的结构示意图。

图中：

1-激光打印器；2-储粉罐；3-开关阀；4-粉料输送接合器；5-动力驱动机构；6-铺粉刮刀；7-送粉缸体；8-缸体活塞；9-活塞导向组件；10-第一驱动组件；11-第一位置反馈元件；12-成形缸体；13-成形工作台；14-升降导轨组件；15-第二驱动组件；16-第二位置反馈元件；17-粉料回收箱；18-成形舱室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1～图4分别是本发明实施例的一种激光选区熔化成形的送粉设备的在不同操作阶段的结构示意图。该设备至少包括了升降式成形工作台13、送粉装置和补粉装置，该成形工作台13设在成形舱室18内，该送粉装置设在所述成形工作台13的一侧，用于将粉料送至所述成形工作台13上，所述补粉装置设在所述送粉装置的上方，优选两者竖向对中设置，且将补粉装置设置于成形舱室18外部，用于对所述送粉装置补给粉料，在成形工作台13的上方设有激光打印器1，用于将所述成形工作台13上的粉料熔化成形。其中，送粉装置包括送粉缸体7、缸体活塞8、第一驱动组件10、铺粉刮刀6和第一位置反馈元件11，所述第一驱动组件10设在所述缸体活塞8的底部，用于驱动所述缸体活塞8沿所述送粉缸体7上下移动，所述铺粉刮刀6可移动地设在所述送粉缸体7的顶端，用于将粉料推铺在所述成形工作台13的表面上；其中；所述补粉装置包括储粉罐2和粉料输送单元，所述粉料输送单元设在所述储粉罐2和所述送粉缸体7之间，用于将所述储粉罐内2的粉料输送至所述送粉缸体7内。

操作时，当需要对所述送粉缸体7补给粉料时，所述第一驱动组件10驱动所述缸体活塞8向下移动，一般移动到缸体的最低部，然后通过所述补粉装置将粉料输送入所述送粉缸体7内；需要将所述送粉缸体7内预定量的粉料输送至所述成形工作台13时，所述第一驱动组件10驱动所述缸体活塞8向上移动相应的距离，将粉料从送粉缸体7中推出，通过所述第一位置反馈元件11监测所述缸体活塞8的移动距离。

由上可知，该设备在成形舱室外设置了补粉装置，且补粉装置与送粉装置竖向对中设置，既方便粉料的及时补给，同时又最大程度提高了空间的有效利用率。此外，在激光熔化粉料成形零件时，如若需要输送的粉料的体积为V，根据V＝SH，其中S为送粉缸体的缸内底面积，H为缸体活塞上移的距离，由于送粉缸体的底面积S为定值，当需要输送确定体积的粉料时，只需控制缸体活塞上移相应的距离，就能保证输出精确体积的粉料，该设备能够实现上方补给粉料和下方精确送粉相结合的高效送粉方式。

优选地，所述储粉罐2的出粉口为上宽下窄的锥形口，在所述出粉口设有开关阀3。上宽下窄的锥形口有利于更多粉料储存在储粉罐中，窄出口更方便开关阀3对储粉罐2有效及时的开闭操作，便于及时补充粉料，同时方便与相配合部位的接合。

此外，粉料输送单元包括粉料输送接合器4和动力驱动机构5，所述粉料输送接合器4的输入端连接所述储粉罐2的出粉口，所述动力驱动机构5用于驱动所述粉料输送结合器4上下移动，使所述粉料输送接合器4的输出端与所述送粉缸体7的缸口接合或断开。需要说明的是，实践中，动力驱动机构5可以采用气动、液压或者电力驱动中的任一种或者多种组合的驱动方式，本发明在此不做限制，只要动力驱动机构5能驱动粉料输送接合器4上下移动，在进行补粉向下移动时，使粉料输送接合器4的粉料输出端与所述送粉缸体7的缸口接合；在进行送粉向上移动时，使粉料输送接合器4的粉料输出端与所述送粉缸体7的缸口断开。

作为另一种优选实施例，在所述缸体活塞8和所述送粉缸体7之间设有活塞导向组件9，所述第一驱动组件11驱动所述缸体活塞8沿所述活塞导向组件9上下移动。通过设置活塞导向组件9，能够使缸体活塞8移动更平稳精确。

作为其他优选实施例，所述成形工作台13安装在成形缸体12中，所述成形工作台13和所述成形缸体12之间设有升降导轨组件14，所述成形工作台13的底部安装有第二驱动组件15，所述第二驱动组件15用于驱动所述成形工作台13沿所述升降导轨组件14上下移动，在所述成形缸体13的底部设有第二位置反馈元件16，用于监测并反馈所述成形工作台13的移动距离。在成形工作台13上，激光打印器1将粉料逐层熔化成形为零件后，激光打印器1的打印头与熔池的距离会随着成形零件的高度增大而减小，通过驱动成形工作台13向下移动相应距离，能够确保激光熔化成形的焦距稳定，本发明通过第二位置反馈元件16能实时监测成形工作台13的移动距离，能够保证移动距离的精度确。

进一步地，所述第一驱动组件10和/或所述第二驱动组件15包括在动力传递方向相连接的电机和滚珠丝杠。采用滚珠丝杠使上下移动距离的准确定更高，进一步满足了预定量粉料的精确输送。

作为另一优选实施例，在所述成形工作台13的另一侧还设有粉料回收箱17，用于回收所述成形工作台13上的多余粉料。

需要说明的是，本发明的送粉设备可以连接控制系统，升降式成形工作台、送粉装置和补粉装置的相关动作均能通过控制系统控制，尤其是第一位置反馈元件11和第二位置反馈元件16与控制系统连接后将各自采集的位置信号反馈给控制系统，从而控制相应的驱动组件运动，以满足目标移动位置。

第二方面，本发明提供了一种激光选区熔化成形的送粉方法，该方法采用第一方面的送粉设备，该送粉方法至少包括了以下精确送粉步骤和补给粉料步骤：

精确送粉，所述送粉装置的第一驱动组件10驱动缸体活塞8向上移动预定距离，将送粉缸体7内预定量的粉料推出，所述铺粉刮刀6从送粉装置的顶端水平移动到成形工作台13上，将粉料均匀推铺在所述成形工作台13上用于激光熔化成形；

补给粉料，所述送粉缸体7内的粉料不足时，所述第一驱动组件10驱动缸体活塞8向下移动，开启所述补粉装置的储粉罐2的开关阀3，通过所述粉料输送单元(粉料输送接合器4和动力驱动机构5)将所述储粉罐2内的粉料输送至所述送粉缸体7内。

进一步地，在所述精确送粉的步骤中，基于所述送粉缸体7的尺寸规格，通过所述送粉装置的第一位置反馈元件11监测所述缸体活塞8的移动距离，以获得预定量的输送粉料。

在所述成形工作台13上的粉料熔化成形后，将所述成形工作台13下降一定的高度，下降的该高度与已成形的零件高度相当。随着将粉料逐层熔化成形为零件，零件高度增大，通过降低成形工作台13的高度确保激光打印器1与熔池的高度维持稳定状态，进一步保障了成形质量的稳定性。

采用本发明的上方补给粉料和下方精确送粉相结合的送粉方法，具体操作方法为：

a)精确送粉：成形加工过程中，缸体活塞8由第一驱动组件10驱动向上精确移动预定的位移量H，成形工作台13由第一驱动组件15驱动向下精确移动位移量h(h与成形零件的厚度相当)，铺粉刮刀6做水平运动将位于缸体活塞8上的粉料均匀铺放在成形工作台13上，多余粉料进入粉料回收箱17，激光打印器1进行打印。成形加工过程周而复始进行这个过程，直至送粉装置中的粉料不足或接近用完，进入补给粉料模式。

b)补给粉料：当送粉装置中的粉料不足时，关闭激光打印器1，铺粉刮刀6回到初始等待位置，加工暂停，缸体活塞8降回底部初始位置，上方粉料补给装置的动力驱动机构5推动粉料输送接合器4到达下方补粉位置，使粉料输送接合器4与送粉缸体7接合，储粉罐2的开关阀3打开，储粉罐2中的粉料通过粉料输送接合器4加入下方的送粉缸体7内。补粉完成后，动力驱动机构5驱动粉料输送接合器4上移退回原位，储粉罐2开关阀3关闭。再次进入精确送粉模式。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.激光选区熔化成形的送粉设备，其特征在于，包括：升降式成形工作台、送粉装置和补粉装置，所述成形工作台设在成形舱室内，所述送粉装置设在所述成形工作台的一侧，用于将粉料送至所述成形工作台上，所述补粉装置设在所述送粉装置的上方，位于成形舱室外部，用于对所述送粉装置补给粉料；其中，

所述送粉装置包括送粉缸体、缸体活塞、第一驱动组件、铺粉刮刀和第一位置反馈元件，所述第一驱动组件设在所述缸体活塞底部，用于驱动所述缸体活塞沿所述送粉缸体上下移动，所述铺粉刮刀可移动地设在所述送粉缸体的顶端，用于将粉料推铺在所述成形工作台上；

所述补粉装置包括储粉罐和粉料输送单元，所述粉料输送单元设在所述储粉罐和所述送粉缸体之间，用于将所述储粉罐内的粉料输送至所述送粉缸体内；

需要对所述送粉缸体补给粉料时，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞向下移动，所述补粉装置将粉料输送入所述送粉缸体内；需要将所述送粉缸体内预定量的粉料输送至所述成形工作台时，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞向上移动相应的距离，将粉料从送粉缸体中推出，通过所述第一位置反馈元件监测所述缸体活塞的移动距离。

2.根据权利要求1所述的送粉设备，其特征在于，所述储粉罐的出粉口为上宽下窄的锥形口，在所述出粉口设有开关阀。

3.根据权利要求2所述的送粉设备，其特征在于，所述粉料输送单元包括粉料输送接合器和动力驱动机构，所述粉料输送接合器的输入端连接所述储粉罐的出粉口，所述动力驱动机构用于驱动所述粉料输送结合器上下移动，使所述粉料输送接合器的输出端与所述送粉缸体缸口接合或断开。

4.根据权利要求1所述的送粉设备，其特征在于，在所述缸体活塞和所述送粉缸体之间设有活塞导向组件，所述第一驱动组件驱动所述缸体活塞沿所述活塞导向组件上下移动。

5.根据权利要求1所述的送粉设备，其特征在于，所述成形工作台安装在成形缸体中，所述成形工作台和所述成形缸体之间设有升降导轨组件，所述成形工作台的底部安装有第二驱动组件，所述第二驱动组件用于驱动所述成形工作台沿所述升降导轨组件上下移动，在所述成形缸体的底部设有第二位置反馈元件，用于监测所述成形工作台的移动距离。

6.根据权利要求5所述的送粉设备，其特征在于，所述第一驱动组件和/或所述第二驱动组件包括在动力传递方向相连接的电机和滚珠丝杠。

7.根据权利要求1所述的送粉设备，其特征在于，在所述成形工作台的另一侧还设有粉料回收箱，用于回收所述成形工作台上的多余粉料。

8.激光选区熔化成形的送粉方法，采用权利要求1-7任一项所述的送粉设备，其特征在于，所述送粉方法包括：

精确送粉，所述送粉装置的第一驱动组件驱动缸体活塞向上移动预定距离，将送粉缸体内预定量的粉料推出，所述铺粉刮刀从送粉装置的顶端水平移动到成形工作台上，将粉料均匀推铺在所述成形工作台上用于激光熔化成形；

补给粉料，所述送粉缸体内的粉料不足时，所述第一驱动组件驱动缸体活塞向下移动，开启所述补粉装置的储粉罐开关阀，通过所述粉料输送单元将所述储粉罐内的粉料输送至所述送粉缸体内。

9.根据权利要求8所述的送粉方法，其特征在于，在所述精确送粉的步骤中，基于所述送粉缸体的尺寸规格，通过所述送粉装置的第一位置反馈元件监测所述缸体活塞的移动距离，获得预定量的输送粉料。

10.根据权利要求8所述的送粉方法，其特征在于，在所述成形工作台上的粉料熔化成形后，将所述成形工作台下降一定的高度，下降的该高度与已成形的零件高度相当。