CN111360256A - 一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置及控制方法 - Google Patents

一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置及其控制方法，包括成形舱，成形舱上方设置有光学模块，成形舱连接有粉末供应模块，成形舱下方连接有成形缸、收粉模块，成形缸内设置有升降平台，成形舱内设置有两个虚拟刮刀架，两个虚拟刮刀架之间设置有刮刀架，成形舱底部设置用于限制虚拟刮刀架、刮刀架运动距离的定位模块。在刮刀两侧设置虚拟刮刀，使每次铺粉结束，刮刀在成形区域任意一侧，均能与其对侧的虚拟刮刀形成稳定一致的结构保证流场稳定，提高零件成形质量；刮刀、虚拟刮刀可采用同步或异步运动，运行流畅。

Description

一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，涉及一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，还涉及上述控制装置的控制方法。
背景技术
SLM技术通过增加材料的方式加工零件，快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型。相较于传统的加工方法，SLM可以缩短产品设计制造周期、提升企业竞争能力、增强企业盈利能力，给工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。
在SLM设备整个成形过程中，需要形成稳定的流场确保打印过程中的大颗粒和烟尘被及时带走，保证成形室气氛洁净，流场一致，确保零件成形质量。对于单向铺粉设备，在打印过程中，刮刀始终停在成形区域的一侧，所以每一层流场结构一致稳定。但对于双向铺粉，刮刀在不同两侧时，成形室腔体内的整个结构形态发生了变化，所以流场会出现一定差异。对于成形室腔体较大的设备，如大成形尺寸装备，由于刮刀在两侧的流场差异有可能造成零件相隔两层成形不一致，影响零件成形质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，解决了现有技术中存在的双向铺粉过程中流场差异影响成形质量的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，包括成形舱，成形舱上方设置有光学模块，成形舱连接有粉末供应模块，成形舱下方连接有成形缸、收粉模块，成形缸内设置有升降平台，其特征在于，成形舱内设置有两个虚拟刮刀架，两个虚拟刮刀架之间设置有刮刀架，成形舱底部设置用于限制虚拟刮刀架、刮刀架运动距离的定位模块。
本发明的特点还在于：
定位模块包括依次排列的第一位置传感器、第二位置传感器、第三位置传感器、第四位置传感器，第一位置传感器与第四位置传感器对称设置，第二位置传感器与第三位置传感器对称设置。
粉末供应模块包括上落粉机构，上落粉机构固定在成形舱顶端。
粉末供应模块包括下顶粉机构，下顶粉机构固定在成形舱下方。
收粉模块包括收粉桶，收粉桶固定在成形舱下方。
本发明的另一目的是提供一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、升降平台下降一层；
步骤2、控制刮刀架正向铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架运动至第三位置传感器处、两个虚拟刮刀架分别运动至第二位置传感器、第四位置传感器处；
步骤3、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤4、否则，升降平台下降一层；
步骤5、控制刮刀架反程铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架位于第二位置传感器处，两个虚拟刮刀架分别位于第一位置传感器、第三位置传感器处；
步骤6、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤7、否则重复步骤1-6。
步骤2的铺粉过程具体为：当检测到一个虚拟刮刀架运动至第四位置传感器后，该虚拟刮刀架停止；控制刮刀架正向铺粉，当检测到刮刀架运动至第三位置传感器处后，刮刀架停止；另一个虚拟刮刀架开始向第二位置传感器运动，到达第二位置传感器位置停止；
步骤5的铺粉过程具体为：位于第二位置传感器处的虚拟刮刀架开始向第一位置传感器运动，到达第一位置传感器后，该虚拟刮刀架停止；控制刮刀架反程铺粉，当检测到刮刀架到达第二位置传感器处后，刮刀架停止；另一个虚拟刮刀架开始向第三位置传感器运动，到达目标位置停止。
步骤2的铺粉过程具体为：控制刮刀架正向铺粉，刮刀架、两个虚拟刮刀架同时正向运动，当检测到刮刀架位于第三位置传感器处、两个虚拟刮刀架分别位于第二位置传感器、第四位置传感器处时结束；
步骤5的铺粉过程具体为：控制刮刀架、两个虚拟刮刀架同时返程运动，当检测到刮刀架位于第二位置传感器处、两个虚拟刮刀架分别位于第一位置传感器、第三位置传感器处时结束。
本发明的有益效果是：
本发明的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，在刮刀两侧设置虚拟刮刀，使每次铺粉结束，刮刀在成形区域任意一侧，均能与其对侧的虚拟刮刀形成稳定一致的结构保证流场稳定，提高零件成形质量；本发明的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法，刮刀、虚拟刮刀可采用同步或异步运动，运行流畅。
附图说明
图1是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置的结构示意图；
图2是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置中刮刀的结构示意图；
图3是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置的俯视图；
图4是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置的工作示意图；
图5是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法的流程图；
图6是本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法另一种实施例的流程图。
图中，1.成形舱，2.光学模块，3.粉末供应模块，3-1.上落粉机构，3-2.下顶粉机构，4.成形缸，5.升降平台，6.虚拟刮刀架，7.刮刀架，8.第一驱动机构，9.第二驱动机构，10.收粉模块，11.第一位置传感器，12.第二位置传感器，13.第三位置传感器，14.第四位置传感器，15.成形区域，16.零件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，如图1所示，包括成形舱1，成形舱1上方设置有光学模块2，用于输出激光实现粉末融化；成形舱1连接有粉末供应模块3，成形舱1下方连接有成形缸4、收粉模块10，成形缸4内设置有升降平台5，成形舱1内设置有两个虚拟刮刀架6，两个虚拟刮刀架6之间设置有刮刀架7，图2中7(a)为单向铺粉时刮刀架示意图，7(b)为双向铺粉时刮刀架示意图。如图3所示，还包括有用于驱动虚拟刮刀架6的第一驱动机构8、用于驱动刮刀架7的第二驱动机构9，成形舱1底部设置用于限制虚拟刮刀架6、刮刀架7运动距离的定位模块。
如图4所示，定位模块包括依次排列的第一位置传感器11(位置3)、第二位置传感器12(位置1)、第三位置传感器13(位置2)、第四位置传感器14(位置4)，第一位置传感器11与第四位置传感器14对称设置，为虚拟刮刀架6不作用时的停靠位置；第二位置传感器12与第三位置传感器13对称设置，为刮刀架7铺粉结束在成形区域15两侧的目标位置。第二位置传感器12之间第三位置传感器13为成形区域15。
粉末供应模块3为上落粉机构或下顶粉机构。
粉末供应模块3包括上落粉机构3-1，上落粉机构3-1固定在成形舱1顶端。上落粉机构3-1的数量可以为一个，也可以为两个。
粉末供应模块3也可以包括下顶粉机构3-2，下顶粉机构3-2分别固定在成形舱1下方，下顶粉机构3-2位于成形缸4，下顶粉机构3-2的数量可以为一个，也可以为两个。
收粉模块10包括收粉桶，收粉桶分别固定在成形舱1下方，收粉桶位于下顶粉机构3-2外侧。
本发明一种适用于双向铺粉的稳定流场控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、控制升降平台5下降一层；
步骤2、控制刮刀架7正向铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架7运动至第三位置传感器13(位置2)处，两个虚拟刮刀架6分别运动至第二位置传感器12(位置1)、第四位置传感器14(位置4)处；
步骤3、开始打印；；
若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤4、否则，升降平台下降一层；
步骤5、控制刮刀架7反程铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架7位于第二位置传感器12(位置1)处，两个虚拟刮刀架6分别位于第一位置传感器11(位置3)、第三位置传感器13(位置2)处；
步骤5、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤6、否则重复步骤1-5。
通过以上方式，本发明的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，在刮刀两侧设置虚拟刮刀，使每次铺粉结束，刮刀在成形区域任意一侧，均能与其对侧的虚拟刮刀形成稳定一致的结构保证流场稳定，提高零件成形质量；本发明的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制方法，刮刀、虚拟刮刀可采用同步或异步运动，运行流畅。
实施例1
如图5所示，当采用异步方式控制时，定义X方向为正向，控制方法如下：
先打开SLM设备并进行初始化；
步骤1、控制升降平台5下降一层；
步骤2、使右侧虚拟刮刀架6向X方向运动；当检测到虚拟刮刀架6到达位置4(将该虚拟刮刀架6命名为A)，虚拟刮刀架6-A停止运动，刮刀架7向X方向运动开始铺粉；当检测到刮刀架7运动至位置2处，刮刀架7停止运动，左侧虚拟刮刀架6开始向X方向运动(将该虚拟刮刀架6命名为B)，到达位置1后停止；
步骤3、开始打印若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤4、否则，升降平台下降一层；
步骤5、左侧虚拟刮刀架6-B开始向-X方向运动；当检测到虚拟刮刀架6-B到达的位置3处，虚拟刮刀架6-B停止运动，控制刮刀架7向-X方向反程铺粉；当检测到刮刀架7到达位置1处，刮刀架7停止运动，右侧虚拟刮刀架6-A开始向-X方向运动，到达位置2停止；
步骤6、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤7、否则重复步骤1-6。
其中，刮刀架7内粉末供应可以在上一层铺粉后，下一层铺粉前进行。铺一次粉可执行一次粉末供应，也可铺几层后执行一次粉末供应，供粉形式不限。若为单向铺粉，与双向铺粉的区别在于：右侧虚拟刮刀架6-A运动到位置4处后不再移动，刮刀架7向-X方向运动时不铺粉。
上述控制方法中，刮刀架和虚拟刮刀架为异步运动，相对铺粉时间会较长，但是控制更加简单。
如图6所示，当采用同步方式控制时，控制方法如下：
先打开SLM设备并进行初始化，；
步骤1、控制升降平台5下降一层；
步骤2、当检测到刮刀架7运动至位置1时，控制刮刀架7正向铺粉，刮刀架7、虚拟刮刀6-A和虚拟刮刀6-B同时向X方向运动，当检测到刮刀架7位于位置2、虚拟刮刀架6-B位于位置1、虚拟刮刀6-A位于位置4处时结束；
步骤3、开始打印；若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤4、否则，升降平台下降一层；
步骤5、刮刀架7、虚拟刮刀6-A和虚拟刮刀6-B同时向-X方向返程运动，当检测到刮刀架7位于位置1、虚拟刮刀A位于位置2、虚拟刮刀B虚拟刮刀架6位于位置3时结束；
步骤6、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤7、否则重复步骤1-6。
上述控制方法，刮刀架7和虚拟刮刀架6为同步运动，运行更加高效。运行过程中可通过设置速度确保三个刮刀不会相互接触。

Claims (8)

1.一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，包括成形舱(1)，所述成形舱(1)上方设置有光学模块(2)，所述成形舱(1)连接有粉末供应模块(3)，所述成形舱(1)下方连接有成形缸(4)、收粉模块(10)，所述成形缸(4)内设置有升降平台(5)，其特征在于，所述成形舱(1)内设置有两个虚拟刮刀架(6)，两个所述虚拟刮刀架(6)之间设置有刮刀架(7)，所述成形舱(1)底部设置用于限制虚拟刮刀架(6)、刮刀架(7)运动距离的定位模块。
2.根据权利要求1所述的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，其特征在于，所述定位模块包括依次排列的第一位置传感器(11)、第二位置传感器(12)、第三位置传感器(13)、第四位置传感器(14)，所述第一位置传感器(11)与第四位置传感器(14)对称设置，所述第二位置传感器(12)与第三位置传感器(13)对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，其特征在于，所述粉末供应模块(3)包括上落粉机构(3-1)，所述上落粉机构(3-1)固定在成形舱(1)顶端。
4.根据权利要求1所述的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，其特征在于，所述粉末供应模块(3)包括下顶粉机构(3-2)，所述下顶粉机构(3-2)固定在成形舱(1)下方。
5.根据权利要求1所述的一种适用于双向铺粉稳定流场的控制装置，其特征在于，所述收粉模块(10)包括收粉桶，所述收粉桶固定在成形舱(1)下方。
6.一种适用于双向铺粉的稳定流场控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、升降平台(5)下降一层；
步骤2、控制刮刀架(7)正向铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架(7)运动至第三位置传感器(13)、两个虚拟刮刀架(6)分别运动至第二位置传感器(12)、第四位置传感器(14)；
步骤3、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤4、否则，升降平台(5)下降一层；
步骤5、控制刮刀架(7)反程铺粉，当铺粉结束时，使刮刀架(7)位于第二位置传感器(12)处，两个虚拟刮刀架(6)分别位于第一位置传感器(11)、第三位置传感器(13)处；
步骤6、开始打印，若为最后一层，则打印完成任务结束；
步骤7、否则重复步骤1-6。
7.根据权利要求6所述的一种适用于双向铺粉的稳定流场控制方法，其特征在于，步骤2所述的铺粉过程具体为：当检测到一个虚拟刮刀架(6)运动至第四位置传感器(14)后，该虚拟刮刀架(6)停止；控制刮刀架(7)正向铺粉，当检测到刮刀架(7)运动至第三位置传感器(13)处后，刮刀架(7)停止；另一个虚拟刮刀架(6)开始向第二位置传感器(12)运动，到达目标位置停止；
步骤5所述的铺粉过程具体为：位于第二位置传感器(12)处的虚拟刮刀架(6)开始向第一位置传感器(11)运动，到达目标位置后，该虚拟刮刀架(6)停止；控制刮刀架(7)反程铺粉，当检测到刮刀架(7)到达第二位置传感器(12)处后，刮刀架(7)停止；另一个虚拟刮刀架(6)开始向第三位置传感器(13)运动，到达目标位置停止。
8.根据权利要求6所述的一种适用于双向铺粉的稳定流场控制方法，其特征在于，步骤2的铺粉过程具体为：控制刮刀架(7)正向铺粉，刮刀架(7)、两个虚拟刮刀架(6)同时正向运动，当检测到刮刀架(7)位于第三位置传感器(13)处、两个虚拟刮刀架(6)分别位于第二位置传感器(12)、第四位置传感器(14)处时结束；
步骤5的铺粉过程具体为：控制刮刀架(7)、两个虚拟刮刀架(6)同时返程运动，当检测到刮刀架(7)位于第二位置传感器(12)处、两个虚拟刮刀架(6)分别位于第一位置传感器(11)、第三位置传感器(13)处时结束。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112496352A (zh) * 2021-02-07 2021-03-16 西安赛隆金属材料有限责任公司 一种粉床电子束增材制造设备及方法
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