CN111482604B - 一种用于增材制造的成形舱结构 - Google Patents

一种用于增材制造的成形舱结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于增材制造的成形舱结构，开始打印目标工件时，第一升降台提升高度将金属粉末推出并高于储粉舱表面，而第二升降台下降，刮刀将金属粉末从储粉舱上表面推至成形舱并均匀铺设在成形舱上表面，激光将特定铺粉位置烧结成型，系统循环往复以完成目标工件的打印，在目标工件打印到特定位置时，导气管和气囊通过插入口插入成形舱内，并通过进气接口向气囊内充气，气囊逐步占据成形舱的金属粉末空间位置，成形舱内金属粉高出成形舱上表面，并被刮刀推入回收仓进入回收系统，在回收系统中快速完成金属粉末筛选及回收并重新送入粉舱完成后续打印工作。本发明能够节约打印过程中所需的金属粉末的数量，降低增材制造的生产成本。

Description

一种用于增材制造的成形舱结构
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种用于增材制造的成形舱结构，通过设置气囊排粉单元，利用气囊占据成形舱中仅用于填充的金属粉末空间位置，使其逐步排出成形舱，并利用刮刀将其推入回收仓进入回收系统，在回收系统中快速完成金属粉末筛选及回收并重新送入粉舱完成后续打印工作，实现了金属粉末的回收及高效利用，大大降低了增材制造的成本。
背景技术
增材制造技术在国内各个行业中广泛使用，特别是在航空、航天等对轻量化要求较高的领域得到了快速的发展。作为增材制造技术中较为成熟的工艺，激光选区熔化(SLM)技术成形精度很高，可实现具有复杂结构零件的快速、致密、高精度成型，构件性能接近锻造水平。然而金属增材制造中使用的金属粉末材料价格昂贵，在增材制造中，仅仅有少部分金属粉末经过激光加热成形，而绝大多数粉末仅用于填充粉仓，这将造成材料的浪费，特别是盘轴一体类的零件，这使得采用增材制造的零件成本居高不下，严重影响了增材技术的进一步发展，因此急需一种适用于3D打印粉末的低成本的、高效利用金属粉末材料的成形舱结构。
现有的应用于金属零件制造领域的增材制造技术及方法在金属粉末的回收及高效利用方面还存在很多不足，特别是目前应用较为广泛的激光选区熔化(SLM)技术，粉末使用量的节约对于降低增材制造的成本具有重要意义，因此急需一种用于增材制造的成形舱结构。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提供了一种用于增材制造的成形舱结构，通过设置气囊排粉单元，利用气囊占据成形舱中仅用于填充的金属粉末空间位置，使其逐步排出成形舱，并利用刮刀将其推入回收仓进入回收系统，在回收系统中快速完成金属粉末筛选及回收并重新送入粉舱完成后续打印工作，实现了金属粉末的回收及高效利用，大大降低了增材制造的成本。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种用于增材制造的成形舱结构，包括一成形舱，所述成形舱的左右两侧分别布置一储粉仓和一回收仓，所述储粉舱、成形舱、回收仓均为顶部开口容器，三者的顶部边缘平齐布置，其中，
所述储粉舱中设置一第一升降台，用以将金属粉末推送至高出所述储粉舱的顶部边缘；所述成形舱中设置一第二升降台，用以承托待成型的金属粉末，并随着所述第一升降台的上升而下降；所述储粉舱、成形舱、回收仓的上方设置一可左右往复移动的刮刀，用以将高出所述储粉舱顶部边缘的金属粉末推送至所述成形舱中并均匀铺设在所述第二升降台的顶面上，并可将高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末推送至所述回收仓中；
其特征在于，
所述成形舱还配套设置有气囊排粉单元，所述气囊排粉单元至少包括一导气管，每一所述导气管的一端设置一气囊、另一端设置一与气源连通的充气接头，所述成形舱的至少一个侧壁上沿高度方向间隔布置若干带有堵头的插入口，当所述第二升降台下降至设定位置时，去除对应高度位置的所述插入口上的堵头，将所述导气管通过插入口伸入所述成形舱内，之后打开气源并通过所述充气接头向所述气囊内充气，使得所述气囊逐步占据所述第二升降台上的金属粉末空间位置，高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末在所述刮刀的作用下推送至所述回收仓中。
优选地，所述成形舱的至少相对的两侧壁上沿高度方向分别对应布置若干带有堵头的插入口，当所述第二升降台下降至设定位置时，同时去除所述成形舱两侧壁上对应高度位置的插入口堵头，每一插入口中插入一导气管，之后打开气源并通过所述充气接头向所述气囊内充气，使得所述气囊逐步占据所述第二升降台上的金属粉末空间位置，高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末在所述刮刀的作用下推送至所述回收仓中。
优选地，所述储粉舱、成形舱、回收仓均为顶部开口的矩形容器。
优选地，所述第一升降台、第二升降台的顶面均为平面。
优选地，所述第一升降台、第二升降台的侧壁上均设有用以防止金属粉末泄漏的密封圈。
优选地，所述回收仓的底部设有一排出管路，所述排出管路与外部一金属粉末回收系统连通，所述金属粉末回收系统将收集的金属粉末筛选后回送至所述储粉舱中。
优选地，所述成形舱的上方设置一激光头，用以对所述第二升降台上的金属粉末进行激光选区熔化以形成目标工件。
本发明的用于增材制造的成形舱结构，其工作原理为：
开始打印目标工件时，所述储粉舱中的第一升降台提升高度将金属粉末推出储粉舱并高出其顶部边缘，而成形舱中的第二升降台则随之下降高度，刮刀将金属粉末从储粉舱上表面推送至成形舱并将金属粉末均匀铺设在成形舱中第二升降台的上表面，激光头将第二升降台上特定铺粉位置烧结成型，系统循环往复以完成目标工件的打印，在目标工件打印到特定位置时，导气管和气囊通过插入口插入成形舱内，并通过充气接口向气囊内充气，气囊逐步占据成形舱的金属粉末空间位置，成形舱内金属粉末高出成形舱上表面，并被刮刀推入回收仓进入金属粉末回收系统，在金属粉末回收系统中快速完成金属粉末筛选及回收并重新送入储粉舱完成后续打印工作。
可选的，所述导气管及气囊在所述成形舱内的水平位置可调。
可选的，所述导气管及气囊在所述成形舱内的高度方向位置随插入口位置的不同进行调整。
可选的，所述气囊内设有温度传感器，用以捕获所述成形舱内金属粉末的温度分布情况，以便于调整激光打印系统而提升目标工件的成形质量。
同现有技术相比，本发明的用于增材制造的成形舱结构，其有益效果是：
1)本发明通过在成形舱中设置气囊排粉单元，利用气囊占据成形舱中仅用于填充的金属粉末空间位置，使其逐步排出成形舱，并利用刮刀将其推入回收仓进入回收系统，在回收系统中快速完成金属粉末筛选及回收并重新送入粉舱完成后续打印工作，实现了金属粉末的回收及高效利用，大大降低了增材制造的成本；
2)本发明中的气囊排粉单元具有较强的适应性，能够较好适应成形舱内目标工件和粉仓壁面所形成的复杂空间，最大限度降低结构的复杂性、降低使用的复杂性和提升节约粉末的有效性；
3)气囊上的温度传感器能够准确获取粉仓内部金属粉末的温度梯度情况，用以捕获所述成形舱内金属粉末的温度分布情况，可用对于增材制造结构的准确控制及精度提升。
附图说明
图1为本发明的用于增材制造的成形舱结构的整体示意图；
图2为本发明的用于增材制造的成形舱结构的俯视图；
图3为本发明的用于增材制造的成形舱结构的A-A剖视图；
图4为本发明的用于增材制造的成形舱结构的侧视图；
图5为本发明的用于增材制造的成形舱结构的B-B剖视图；
图6为本发明的用于增材制造的成形舱结构的C-C剖视图；
图7为本发明的用于增材制造的成形舱结构的气囊充气示意图；
图8为本发明的用于增材制造的成形舱结构的工作流程示意图；
图9为本发明的用于增材制造的成形舱结构的刮刀工作示意图；
图10为本发明的用于增材制造的成形舱结构的气囊示意图。
图中，
储粉舱1，第一升降台2，目标工件3，第二升降台4，成形舱5，插入口6，导气管7，充气接头8，密封圈9，气囊10，刮刀11，回收仓12，金属粉末13，温度传感器14
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。
如图1～6、7、9～10所示，本发明的用于增材制造的成形舱结构，由储粉舱1，第一升降台2，目标工件3，第二升降台4，成形舱5，插入口6，导气管7，充气接头8，密封圈9，气囊10，刮刀11，回收仓12，金属粉末13，温度传感器14等多个部件组成。
具体而言，本发明的用于增材制造的成形舱结构，包括一成形舱5、一储粉仓1、一回收仓12和一气囊排粉单元，储粉仓1、回收仓12分别布置在成形舱5的左右两侧。储粉舱1、成形舱5、回收仓12均为顶部开口的矩形容器，三者的顶部边缘平齐布置，且成形舱5左右两侧与储粉舱1、回收仓12紧邻的顶部边缘之间没有缝隙从而形成平坦的邻接表面，使得金属粉末跨越各邻接表面时不会出现漏粉现象；储粉舱1中设置一第一升降台2，且第一升降台2的侧壁与储粉舱1的内壁相适配，用以将控制量的金属粉末13推送至高出储粉舱1的顶部边缘；成形舱5中设置一第二升降台4，且第二升降台4的侧壁与成形舱5的内壁相适配，用以承托待成型的金属粉末13，并随着第一升降台2的上升而下降；储粉舱1、成形舱5、回收仓12的上方设置一可左右往复移动的刮刀11，刮刀11用以将高出储粉舱1顶部边缘的金属粉末13推送至成形舱5中并均匀铺设在第二升降台4的顶面上，并可将高出成形舱5顶部边缘的金属粉末13推送至回收仓12中。
本发明的用于增材制造的成形舱结构中，气囊排粉单元包括导气管7，每一导气管7的一端设置一气囊10、另一端设置一与气源连通的充气接头8，成形舱5的至少一个侧壁上沿高度方向间隔布置若干带有堵头的插入口6，当第二升降台4下降至设定位置时，去除对应高度位置的插入口6上的堵头，将导气管7通过插入口6伸入成形舱内，之后打开气源并通过充气接头8向气囊10内充气，使得气囊10逐步占据第二升降台4上的金属粉末空间位置，高出成形舱5顶部边缘的金属粉末在刮刀11的作用下推送至回收仓12中。
作为本发明的一个优选的实例，成形舱5的至少相对的两侧壁上沿高度方向分别对应布置若干带有堵头的插入口6，当第二升降台4下降至设定位置时，同时去除成形舱5两侧壁上对应高度位置的插入口堵头，每一插入口6中插入一导气管7，之后打开气源并通过充气接头8向气囊10内充气，使得气囊10逐步占据第二升降台4上的金属粉末空间位置，高出成形舱5顶部边缘的金属粉末在刮刀11的作用下推送至回收仓12中。
本发明的用于增材制造的成形舱结构在开始打印目标工件3时，储粉舱1中的第一升降台2提升高度将金属粉末13推出至高于储粉舱1的顶面，而成形舱5中的第二升降台4下降高度，刮刀11将金属粉末13从储粉舱1上表面推至成形舱5以将金属粉末13均匀铺设在成形舱5中第二升降台4的上表面，激光将特定铺粉位置金属粉末13烧结成型，然后刮刀11复位，整个增材制造系统循环往复以完成目标工件3的打印；在目标工件3打印到设定位置时，导气管7和气囊10通过插入口6插入成形舱5内，并通过充气接口8向气囊10内充气，气囊10逐步占据成形舱5的金属粉末13空间位置，成形舱5内金属粉末13高出成形舱5上表面，并被刮刀11推入回收仓12进入回收系统，在回收系统中快速完成金属粉末13筛选及回收并重新送入储粉舱1完成后续打印工作。其中密封圈9用来保证第一升降台2和成形舱5中第二升降台4在储粉仓1和成形舱5内上下移动时金属粉末13不掉落到其下部，回收仓12、刮刀11配合工作以主要用于将金属粉末13送入回收系统。
图7所示为气囊充气示意图，在目标工件3打印到特定位置时，导气管7和气囊10通过插入口6插入成形舱5内，并通过进气接口8向气囊10内充气，气囊10逐步占据成形舱5的金属粉末13空间位置，成形舱5内金属粉末13高出成形舱5上表面。
图8所示为本发明用于增材制造的成形舱结构工作流程示意图，开始打印目标工件3时，第一升降台2提升高度将金属粉末13推出储粉舱1表面，而成形舱5中第二升降台4下降高度，刮刀11将金属粉末13从储粉舱1上表面推至成形舱5以将金属粉末13均匀铺设在成形舱5上表面，激光将特定铺粉位置金属粉末13烧结成型，然后刮刀11复位，整个增材制造系统循环往复以完成目标工件的打印，刮刀11在目标工件3的成形过程中是往复移动的，其主要作用是用于在成形舱5上表面的铺粉工作。当在目标工件3打印到特定位置时，回收仓12打开，由于气囊10逐步占据成形舱5的金属粉末13空间位置，成形舱5内金属粉末13高出成形舱5上表面，充气结束后，刮刀11移动，将高出成形舱5顶部的金属粉末13推入回收仓12，回收仓12关闭，刮刀11移动并复位，回收的金属粉末13完成筛选和回收，并返回储粉仓1，补充已经消耗的金属粉末13。待一切就绪后，刮刀11往复移动，开展后续的打印工作，直至目标工件打印完成。
图9所示为本发明的用于增材制造的成形舱结构中刮刀工作示意图，由于气囊10逐步占据成形舱5的金属粉末13空间位置，成形舱5内金属粉末13高出成形舱5上表面，充气结束后，刮刀11移动，将高出成形舱5顶部的金属粉末13推入回收仓12。
图10所示为本发明用于增材制造的成形舱结构中气囊示意图，气囊10中可以预埋温度传感器14，实时监测成形舱5中的金属粉末13温度分布情况，便于调整设备设置以提升目标工件3的成形质量。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (6)

1.一种用于增材制造的成形舱结构，包括一成形舱，所述成形舱的左右两侧分别布置一储粉仓和一回收仓，所述储粉舱、成形舱、回收仓均为顶部开口容器，三者的顶部边缘平齐布置，其中，
所述储粉舱中设置一第一升降台，用以将金属粉末推送至高出所述储粉舱的顶部边缘；所述成形舱中设置一第二升降台，用以承托待成型的金属粉末，并随着所述第一升降台的上升而下降；所述储粉舱、成形舱、回收仓的上方设置一可左右往复移动的刮刀，用以将高出所述储粉舱顶部边缘的金属粉末推送至所述成形舱中并均匀铺设在所述第二升降台的顶面上，并可将高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末推送至所述回收仓中；
所述成形舱的上方设置一激光头，用以对所述第二升降台上的金属粉末进行激光选区熔化以形成目标工件；
其特征在于，
所述成形舱还配套设置有气囊排粉单元，所述气囊排粉单元至少包括一导气管，每一所述导气管的一端设置一气囊、另一端设置一与气源连通的充气接头，所述成形舱的至少一个侧壁上沿高度方向间隔布置若干带有堵头的插入口，当所述第二升降台下降至设定位置时，去除对应高度位置的所述插入口上的堵头，将所述导气管通过插入口伸入所述成形舱内，之后打开气源并通过所述充气接头向所述气囊内充气，使得所述气囊逐步占据所述第二升降台上的金属粉末空间位置，高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末在所述刮刀的作用下推送至所述回收仓中；
所述导气管及气囊在所述成形舱内的水平位置可调，所述导气管及气囊在所述成形舱内的高度方向位置随插入口位置的不同进行调整；
所述气囊内设有温度传感器，用以捕获所述成形舱内金属粉末的温度分布情况，以便于调整激光打印系统而提升目标工件的成形质量。
2.根据权利要求1所述的用于增材制造的成形舱结构，其特征在于，所述成形舱的至少相对的两侧壁上沿高度方向分别对应布置若干带有堵头的插入口，当所述第二升降台下降至设定位置时，同时去除所述成形舱两侧壁上对应高度位置的插入口堵头，每一插入口中插入一导气管，之后打开气源并通过所述充气接头向所述气囊内充气，使得所述气囊逐步占据所述第二升降台上的金属粉末空间位置，高出所述成形舱顶部边缘的金属粉末在所述刮刀的作用下推送至所述回收仓中。
3.根据权利要求1所述的用于增材制造的成形舱结构，其特征在于，所述储粉舱、成形舱、回收仓均为顶部开口的矩形容器。
4.根据权利要求1所述的用于增材制造的成形舱结构，其特征在于，所述第一升降台、第二升降台的顶面均为平面。
5.根据权利要求1所述的用于增材制造的成形舱结构，其特征在于，所述第一升降台、第二升降台的侧壁上均设有用以防止金属粉末泄漏的密封圈。
6.根据权利要求1所述的用于增材制造的成形舱结构，其特征在于，所述回收仓的底部设有一排出管路，所述排出管路与外部一金属粉末回收系统连通，所述金属粉末回收系统将收集的金属粉末筛选后回送至所述储粉舱中。
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