CN110961632A - 一种钢激光3d打印刃面钢条胶条复合刮粉刀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，包括胶条刮刀和刃面钢条刮刀，刃面钢条刮刀固定连接在胶条刮刀后侧。本发明的胶条刮刀为刮粉主刀，同时对激光3D打印过程中在打印表面产生的微小隆起，采用刃面钢条刮刀为辅刀，对每层打印局部超高隆起进行刨削，避免隆起继续恶化，胶条刮刀可单独使用。

Description

一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀
技术领域
本发明属于3D打印刮粉刀技术领域，具体涉及一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀。
背景技术
钢激光3D打印是粉末床熔融。使用激光，逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工至物件完成。粉末床熔融系统有热源和粉末分布控制机制。
在钢激光3D打印过程中，可能会出现大量设备操作者试图避免的问题，包括孔隙、残余应力、翘曲、裂纹、局部隆起等。
（一）钢激光3D打印常见缺陷
1.孔隙
零件激光3D打印过程中，内部非常小的孔穴会形成孔隙，这可由钢激光3D打印工艺本身或者粉末引起。这些微孔会降低零件的整体密度，导致裂纹和疲劳问题的出现。
在雾化制粉过程中，气泡可能在粉末的内部形成，它将转移到最终的零件中。更常见的是，钢激光3D打印过程本身会产生小孔。比如当激光功率过低，会导致钢粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现钢飞溅的现象，融化的钢飞出熔池进入到周围区域。
当粉末的尺寸大于层厚，或者激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。熔化的钢没有完全流到相应的区域也会造成小孔出现。
为了解决这些问题，在钢激光3D打印工艺中，可以通过调整光斑形状来减少粉末飞溅，例如“脉冲整形”可以实现区域逐渐融化。
2.残余应力
在钢激光3D打印中，残余应力由冷热变化、膨胀收缩过程引起。当残余应力超过材料或者基板的拉伸强度，将有缺陷产生，如零件有裂纹或者基板翘曲。
残余应力在零件和基板的连接处最为集中，零件中心位置有较大压应力，边缘处有较大拉应力。
可以通过添加支撑结构来降低残余应力，因为它们比单独的基板温度更高。一旦零件从基板上取下来，残余应力会被释放，但这个过程中零件可能会变形。
为了降低残余应力，必须控制温度起伏，可采取减小扫描矢量长度的方式代替连续激光扫描。选用支撑把零件牢固连接在平台上，并使用体支撑来快速导热。
3.裂纹
除了零件内部孔隙会产生裂纹外，熔融钢凝固或某片区域进一步加热也会出现裂纹。如果热源功率太大，冷却过程中可能会产生应力。
分层现象有可能会出现，导致层间发生断裂。这可能是粉末熔化不充分或熔池下面若干层重熔引起的。
4.翘曲
为了确保打印任务能顺利开始，打印的第一层熔融在基板上。当打印完成后，通过线切割加工使零件从基板上分离。然而，如果基板热应力超过了其强度，基板会发生翘曲，最终会导致零件发生翘曲，会有致使刮刀撞到零件的风险。
为了防止翘曲，需要在合适位置添加适量的支撑。
5.局部隆起
其他变形，比如弹粉、膨胀或者球化，使钢激光3D打印过程中，熔化的钢局部隆起超出了粉末的高度。
（二）钢激光3D打印产生缺陷的原因
1.粉末质量问题
粉末有杂质粉，末流动性不好，粉末颗粒太大。
2.激光参数不合理
激光功率过低，会导致钢粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现钢飞溅的现象，融化的钢飞出熔池进入到周围区域。激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。激光扫描控制不合理，残余应力会增大。
3.刮粉方式不合理
对于刚性刮条，由于膨胀、球化、局部翘曲等原因，发生熔化的钢隆起超出了粉末的高度，使刚性刮条与打印工件碰撞、刮擦，设备产生停机故障，打印失败。
对于柔性刮条，由于柔性刮条刚性不足，在刮粉过程中，刮条会在支撑、工件的迎粉侧产生弹粉，导致熔化的钢局部隆起超出了粉末的高度，由于积累效应，多层后粉层铺粉厚度不均匀，出现打印分层和翘曲，设备产生停机故障，打印失败。
（三）钢激光3D打印缺陷解决的思路
通过试验选择合格打印粉末、真空烘干等措施能解决钢打印粉末质量；通过试验研究，也可总结优化各种钢粉末的3D打印参数。但能否顺利完成钢激光3D打印则与钢粉末的刮粉质量密切相关，目前现有的刚性刮粉和柔性刮粉性能都不稳定，特别是对大截面积、大厚度的大尺寸复杂工件，一次打印成功几率非常低。在钢粉末、打印参数确定的条件下，研究及改进刮粉方法是提高钢激光3D打印一次成功率的关键因素。
通过试验选择合格打印粉末、真空烘干等措施能解决钢打印粉末质量；通过试验研究，也可总结优化各种钢粉末的3D打印参数。但能否顺利完成钢激光3D打印则与钢粉末的刮粉质量密切相关，目前现有的刚性刮粉和柔性刮粉性能都不稳定，特别是对大截面积、大厚度的大尺寸复杂工件，一次打印成功几率非常低。在钢粉末、打印参数确定的条件下，研究及改进刮粉方法是提高钢激光3D打印一次成功率的关键因素。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，包括胶条刮刀和刃面钢条刮刀，刃面钢条刮刀固定连接在胶条刮刀后侧。
优选的，上述刃面钢条刮刀的刀刃低于刮刀的刀刃0.01-0.03mm。
优选的，上述刃面钢条刮刀的刀刃与刮刀的刀刃之间保持间隙。
优选的，上述胶条刮刀包括前刮板、胶条和后刮板，后刮板通过螺钉一固定连接在前刮板上，且在后刮板和前刮板底部处设置有T字形截面的安装镶嵌槽，胶条背面嵌入到安装镶嵌槽内，前刮板或后刮板上设置有安装孔。
优选的，上述胶条采用硅橡胶制成。
优选的，上述胶条背面设置有T字形截面的安装镶嵌齿，安装镶嵌齿弹性紧固地嵌入到安装镶嵌槽内，胶条的刀刃为单棱或双棱。
优选的，上述刃面钢条刮刀包括钢条压板和刃面钢条，钢条压板为倒立L型截面长条结构，通过螺钉二固定连接在胶条刮刀后侧，并与胶条刮刀后侧下端形成倒立的U型开口槽，钢条压板背面通过钢条压板固定连接在U型开口槽上。
优选的，上述刃面钢条材料为钨钢或超硬高速钢，刃面钢条刀刃为平面的刮面，刮面两棱角为直角，刃面钢条等于打印基板宽度。
优选的，上述刃面钢条背面抵靠有两对称的调节螺钉，调节螺钉螺旋连接在U型开口槽顶部。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
（1）本发明的胶条刮刀为刮粉主刀，同时对激光3D打印过程中在打印表面产生的微小隆起，采用刃面钢条刮刀为辅刀，对每层打印局部超高隆起进行刨削，避免隆起继续恶化，胶条刮刀可单独使用；
（2）刃面钢条刮刀的刀刃低于刮刀的刀刃，能确保每层刮粉刃面钢条刮刀不与打印工件大面积碰撞、刮擦；
（3）间隙设置确保每次刨削废屑被刮出打印范围，不影响下层铺粉；
（4）胶条刮刀结构安装方便，维护更换方便，T字形结构，便于胶条的嵌入固定，提高连接稳定性，并起到防脱作用；
（5）双刃结构，刚性更好，降低弹粉，刮平效果更好；
（6）刃面钢条刮刀结构简单，安装方便，刃面钢条夹持稳定可靠；
（7）设置对称的调节螺钉，能够实现刃面钢条平整度的调节以及伸出高度调节。
附图说明
图1为本发明的等轴侧结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为本发明的右视结构示意图；
图4为本发明的前视示意图；
图5为本发明的俯视示意图；
图6为图4中B-B剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，包括胶条刮刀1和刃面钢条刮刀2，刃面钢条刮刀2固定连接在胶条刮刀1后侧。
优选的，上述刃面钢条刮刀2的刀刃低于刮刀1的刀刃0.01-0.03mm。
优选的，上述刃面钢条刮刀2的刀刃与刮刀1的刀刃之间保持间隙。
优选的，上述胶条刮刀1包括前刮板4、胶条5和后刮板6，后刮板6通过螺钉一14固定连接在前刮板4上，且在后刮板6和前刮板4底部处设置有T字形截面的安装镶嵌槽7，胶条5背面嵌入到安装镶嵌槽7内，前刮板或后刮板上设置有安装孔8，后刮板背面设置有连接螺钉二的安装螺纹孔。
优选的，上述胶条5采用耐磨、耐高温、弹性好的硅橡胶制成。
优选的，上述胶条5背面设置有T字形截面的安装镶嵌齿9，安装镶嵌齿9弹性紧固地嵌入到安装镶嵌槽7内，胶条5的刀刃为单棱或双棱。
优选的，上述刃面钢条刮刀2包括钢条压板10和刃面钢条11，钢条压板10为倒立L型截面长条结构，通过螺钉二12固定连接在胶条刮刀1后侧，并与胶条刮刀1后侧下端形成倒立的U型开口槽13，钢条压板10背面通过钢条压板10固定连接在U型开口槽13上。
优选的，上述刃面钢条11材料为钨钢或超硬高速钢，刃面钢条11刀刃为平面的刮面，刮面两棱角为直角，刃面钢条11等于打印基板宽度。
优选的，上述刃面钢条11背面抵靠有两对称的调节螺钉3，调节螺钉3螺旋连接在U型开口槽13顶部，能够实现刃面钢条平整度的调节以及伸出高度调节。
对于微小隆起容错：当粉末中有杂质或其他原因导致某一层截面小部分略微隆起，柔性刮刀可以让过隆起的位置，继续铺平其余截面，而小部分的微小隆起会随着后续层的扫描自动修复平整。所以，为了提高钢激光3D打印机刮粉的可靠性，必须允许打印机对微小隆起有容错，采用柔性刮刀实现。
高精度打印铺粉刮刀：就打印质量及精度而言，硬质刮刀比柔性刮刀更具优势，为提高打印质量和进度，采用硬质刮刀实现。
高精度容错铺粉刮刀：为满足钢激光3D打印高质量、高精度、适当容错的需要，就必须在同一把刮刀实现硬性刮刀和柔性刮刀的特性，因此，采用本发明的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：包括胶条刮刀（1）和刃面钢条刮刀（2），刃面钢条刮刀（2）固定连接在胶条刮刀（1）后侧。
2.根据权利要求1所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：刃面钢条刮刀（2）的刀刃低于刮刀（1）的刀刃0.01-0.03mm。
3.根据权利要求1所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：刃面钢条刮刀（2）的刀刃与刮刀（1）的刀刃之间保持间隙。
4.根据权利要求1所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：胶条刮刀（1）包括前刮板（4）、胶条（5）和后刮板（6），后刮板（6）通过螺钉一（14）固定连接在前刮板（4）上，且在后刮板（6）和前刮板（4）底部处设置有T字形截面的安装镶嵌槽（7），胶条（5）背面嵌入到安装镶嵌槽（7）内，前刮板或后刮板上设置有安装孔（8）。
5.根据权利要求4所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：胶条（5）采用硅橡胶制成。
6.根据权利要求4所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：胶条（5）背面设置有T字形截面的安装镶嵌齿（9），安装镶嵌齿（9）弹性紧固地嵌入到安装镶嵌槽（7）内，胶条（5）的刀刃为单棱或双棱。
7.根据权利要求1或4所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：刃面钢条刮刀（2）包括钢条压板（10）和刃面钢条（11），钢条压板（10）为倒立L型截面长条结构，通过螺钉二（12）固定连接在胶条刮刀（1）后侧，并与胶条刮刀（1）后侧下端形成倒立的U型开口槽（13），钢条压板（10）背面通过钢条压板（10）固定连接在U型开口槽（13）上。
8.根据权利要求7所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：刃面钢条（11）材料为钨钢或超硬高速钢，刃面钢条（11）刀刃为平面的刮面，刮面两棱角为直角，刃面钢条（11）等于打印基板宽度。
9.根据权利要求7所述的一种钢激光3D打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，其特征在于：刃面钢条（11）背面抵靠有两对称的调节螺钉（3），调节螺钉（3）螺旋连接在U型开口槽（13）顶部。
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