CN111745161A - 一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备 - Google Patents

一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备，属于快速成型技术领域。所述激光熔融设备包括成型系统、粉末回收系统和气体循环系统，成型系统的成型仓下端固定有粉末缸和成型缸，粉末缸和成型缸内部上端可拆卸安装活动缸体，在使用一种金属粉末进行打印完成后，方便快捷地切换到另一种金属粉末来打印，大大提高了工作效率；气体循环系统的吸气口设有两个开口，吸气口对着成型基台，吸收不同的金属粉末打印时产生的烟尘，粉末回收系统包括顶部吸粉口和底部吸粉口，用于回收不同的金属粉末，不同金属粉末独立回收，避免不同的金属粉末污染，节约成本。

Description

一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备
技术领域
本发明属于快速成型技术领域，特别涉及一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备。
背景技术
选择性激光熔融(Selective laser melting，简称SLM)设备通过精细激光聚焦光斑，逐步扫描新铺粉层上的选定区域，形成面轮廓后，层层堆积成型制造，从而直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件，致密度可达到近乎100％；SLM设备将复杂三维几何体化简为二维平面制造，制造成本不取决于零件的复杂性，而是取决于零件的体积和成型方向。
SLM设备作为直接制造金属功能零件的重要方式，其优势主要表现在：①采用分层制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂成型金属零件可直接制造，尤其是对于个性化、小批量复杂金属产品制造非常方便；②使用高功率密度的光纤激光发生器，光束模式好、激光光斑小、成型精度高；③直接制成终端金属产品，由于激光能量密度较高，对熔点高、难加工金属材料可直接加工成终端金属产品；④成型金属零件是具有冶金成型的实体，其相对密度几乎达到100％，性能超过传统铸造件。
目前国内很多中小型加工厂对产能小、多材料适应的选择性激光熔融设备的需求很大，海外市场更是亟需这样的产品。现有的选择性激光熔融设备只能满足单一的材料，且换粉成本高、换粉时间长。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备，节约打印成本，提高工作效率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备，包括成型系统、光学系统、粉末回收系统、气体循环系统和控制系统，所述成型系统、光学系统、粉末回收系统、气体循环系统均由控制系统控制；
所述成型系统包括成型仓、铺粉装置、粉末缸和成型缸，铺粉装置设置在成型仓后侧，用于在成型仓底端铺设金属粉末；成型缸与粉末缸结构相同，均固定在成型仓下端；粉末缸底部固定电缸，粉末缸内部上端安装可拆卸活动缸体，电缸的导向杆与活塞部件底部连接，活塞部件顶部固定有密封板，密封板位于活动缸体内部；所述成型缸的密封板顶部安装有成型基台；
所述光学系统提供激光，将成型基台表面的金属粉末逐层融化成型；
所述粉末回收系统包括顶部吸粉口和底部吸粉口，用于回收两种不同的金属粉末；顶部吸粉口与变频风机的进风口一连通，底部吸粉口与变频风机的进风口二连通；
所述气体循环系统包括吸风口和吹风口，吹风口对着光学系统的光学保护镜片，吸风口设有两个开口，吸风口对着成型基台，吸收不同的金属粉末打印时产生的烟尘；吸风口与变频风机的进风口三连通，吹风口与变频风机的出风口连通。
上述技术方案中，所述顶部吸粉口沿成型仓竖直方向设置，顶部吸粉口与变频风机的进风口一之间依次设有旋风集尘器和过滤罐，过滤罐内部设有过滤芯。
上述技术方案中，所述底部吸粉口沿成型仓水平方向设置，底部吸粉口与变频风机的进风口二之间依次设有旋风集尘器和过滤罐，过滤罐内部设有过滤芯。
上述技术方案中，所述吸粉口采用波纹软管吸头。
上述技术方案中，所述顶部吸粉口和底部吸粉口不同时工作。
上述技术方案中，所述吸风口的两个开口均通过管道与变频风机进风口三连通。
上述技术方案中，所述吸风口的两个开口不同时工作。
上述技术方案中，所述吸风口与变频风机进风口三之间设有过滤罐，过滤罐内部设有过滤芯。
本发明的有益效果为：本发明通过更换可拆卸的活动缸体，在使用一种金属粉末进行打印完成后，方便快捷地切换到另一种金属粉末来打印；打印过程中两种金属粉末产生的烟尘过滤以及两种金属粉末的回收完全独立，避免不同的金属粉末污染；满足了大多中小型企业对多材料快速切换型选择性激光熔融设备的需求，既节约了成本，又大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明所述双粉快速切换型选择性激光熔融设备的结构示意图；
图2为本发明所述变频风机示意图；
图3为本发明所述过滤罐和过滤芯示意图；
图4为本发明所述旋风集尘器示意图；
其中：1、成型仓，2、铺粉装置，3、直线导轨，4、同步带，5、同步带轮，6、伺服电机A，7、橡胶刮刀条，8、活动缸体，9、活塞部件，10、高精度电缸，11、粉末缸，12、成型缸，13、毛毡圈部件，14、活塞缸部件，15、激光发生器，16、激光入射头，17、扩束镜，18、振镜，19、场镜，20、光学保护保镜片，21、粉末回收盒，22、波纹软管吸头，23、吸风口，24、吹风口，25、变频风机，26、过滤罐，27、顶部吸粉口，28、底部吸粉口，29、过滤芯，30、成型基台，31、氧含量传感器，32、压力传感器，33、温度传感器，34、旋风集尘器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明实施例提供的一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备，包括成型系统、光学系统、粉末回收系统、气体循环系统和控制系统。
成型系统包括成型仓1、铺粉装置2、粉末缸11和成型缸12，成型仓1为完全密封式，成型仓1内部一侧面设有两条平行的直线滑轨3，直线滑轨3上滑动连接铺粉装置2，铺粉装置2上安装有用于水平铺粉的橡胶刮刀条7；铺粉装置2顶端与同步带4固定，同步带4与同步带轮5配合，同步带轮5由伺服电机6驱动，同步带轮5固定在成型仓1内部，伺服电机6固定在成型仓1外部。直线导轨3用于对铺粉装置2进行精密导向，带动橡胶刮刀条7能够高精度水平运动，确保成型区域(成型仓1底部)的粉末厚度均匀。同时，控制系统控制伺服电机6的转速，使铺粉回程的速度设为铺粉速度的3倍，减少打印时间。
粉末缸11固定在成型仓1下部，且粉末缸11与成型仓1连通。粉末缸11底部固定高精度电缸10，粉末缸11内部上端安装可拆卸活动缸体8，高精度电缸10的导向杆伸入粉末缸11内部下端，且与活塞部件9底部连接，活塞部件9在粉末缸11下端运动区域内放有润滑油，可减小活塞运行阻力，活塞部件9顶部依次固定有安装板和密封板，安装板和密封板位于活动缸体8内部，安装板运动到顶端时，与成型仓1底端贴合；且安装板周向固定有毛毡圈部件13，毛毡圈部件13用于防止粉末从安装板与活动缸体8之间的缝隙掉落。当需要换粉时只需将活动缸体8整体从成型仓1中取出，换上新的活动缸体即可。粉末缸11的活动缸体8内部放置有金属粉末。
高精度电缸10由伺服电机B驱动，控制活塞部件9在粉末缸11内的位置；活塞部件9尾端周向安装有双层O型圈，有效提升粉末缸11内部的气密性。
为便于安装和维护，成型缸12和粉末缸11的结构尺寸完全相同；成型缸12中，密封板顶部安装有成型基台30，成型基台30的成型直径为100mm、成型高度为70mm。
为提升铺粉效果，打印时粉末缸11和成型缸12的铺粉比例为2：1，即通过控制系统控制伺服电机B的转速，带动高精度电缸10，使得粉末缸11上升的行程是成型缸12下降行程的2倍。
光学系统包括激光发生器15、扩束镜17、振镜18和场镜19，激光发生器15的激光入射头16发出的激光经过扩束镜17扩束后，经过振镜18的反射，再经场镜19聚焦后的光束光斑在焦平面的大小为30um，聚焦后的激光通过设置在成型仓1顶端的光学保护镜片20，照射成型基台30，将成型基台30表面平铺的金属粉末逐层融化成型。激光发生器15与控制系统相连，本实施例中激光发生器15采用波长1064um的光纤发生器。光学保护镜片20的材料采用石英玻璃。
粉末回收系统包括粉末回收盒21和吸粉口，粉末回收盒21安装在成型仓1的底部，用于收集铺粉过程中多余的金属粉末；吸粉口设置在成型仓1内部，包括两个，即顶部吸粉口27和底部吸粉口28，顶部吸粉口27沿成型仓1竖直方向设置，底部吸粉口28沿成型仓1水平方向设置；顶部吸粉口27和底部吸粉口28分别用于回收两种不同的金属粉末，避免不同的金属粉末污染；顶部吸粉口27依次与旋风集尘器34(图4)、过滤罐26和变频风机25(图2)进风口一连通，过滤罐内部设有过滤芯；底部吸粉口28依次与旋风集尘器34、过滤罐26和变频风机25进风口二连通，过滤罐内部设有过滤芯；旋风集尘器34用于分离混合气中的粉末，过滤罐26用于过滤更细小的杂质；连接管道上还设有电磁阀，电磁阀由控制系统控制开启。吸粉口采用波纹软管吸头22。
气体循环系统用于过滤激光熔融金属粉末时产生的烟尘，避免烟尘阻挡激光以及污染粉末，气体循环系统包括变频风机25、过滤罐26、吸风口23、吹风口24和过滤芯29。吹风口24设置在成型仓1的顶部，吹风口24通过管道与变频风机25出风口连通，连接管道上设有电磁阀，电磁阀由控制系统控制开启，吹风口24在打印过程中吹走光学保护镜片20表面的烟尘，提升打印质量。吸风口23设置在成型基台30一侧，吸风口23设有两个开口，用于两种不同的金属粉末打印时，吸收成型基台30表面产生的烟尘；两个开口均通过管道与变频风机25的进风口三连通，连接管道上设有电磁阀，电磁阀由控制系统控制开启。吸风口23与变频风机25的进风口三之间设有过滤罐26，过滤罐26内部设有过滤芯29(图3)。打印过程中的烟尘在变频风机25的吸力作用下经吸风口23进入过滤罐26，经过滤芯29过滤后的气体由吹风口24重新回到成型仓1内循环利用。
成型仓1的顶部设置有氧含量传感器31、压力传感器32和温度传感器33，用于实时检测成型仓1内部的气体的氧含量、压力和温度，并传给控制系统，当氧含量超过1％时，控制系统输出信号对成型仓1进行气体置换，降低氧含量(现有技术)，确保打印过程中零件不被氧化。
本发明一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备的工作过程为：粉末缸11底部的高精度电缸10的推动活塞部件9向上运动，活塞部件9顶部的密封板将活动缸体8内的金属粉末推至成型仓1底部；伺服电机6驱动同步带轮5，同步带4运动，带动铺粉装置2上的橡胶刮刀条7，将成型仓1底部的金属粉末平铺至成型缸12顶端的成型基台30表面(成型基台30在高精度电缸10的带动下，与成型仓1底部齐平)；激光发生器15的激光入射头16发出激光，依次经过扩束镜17、振镜18、场镜19和光学保护镜片20，照射成型基台30表面平铺的金属粉末，融化成型，完成一层金属粉末的加工成型；重复上述过程，进行第二层金属粉末的加工成型，直至完成零件的制造；加工成型过程中多余的金属粉末，由橡胶刮刀条7带入粉末回收盒21。金属粉末的加工成型过程中产生的烟尘，在变频风机25的吸力作用下经吸风口23的一个开口进入过滤罐26，经过滤芯29过滤后的气体由吹风口24回到成型仓1，吹走光学保护镜片20表面的烟尘。零件制造完成后，控制系统控制其中一个吸粉口开启，在变频风机25的作用下，将成型仓各个角落上的粉末吸收干净。第一种金属粉末的加工完成后，通过更换成型缸12和粉末缸11中的活动缸体8，换成另一种金属粉末，按照同样的过程进行零件的制造，加工成型过程中产生的烟尘，在变频风机25的吸力作用下经吸风口23的另一个开口进入过滤罐26，经过滤芯29过滤后的气体由吹风口24回到成型仓1，吹走光学保护镜片20表面的烟尘；成型仓各个角落上的粉末由另一个吸粉口吸收。
本发明提供的双粉快速切换型选择性激光熔融设备机构设计合理，换粉操作方便快捷，省时省力又节约了成本，大大提高了工作效率，满足了大多中小型企业对多材料快速切换型选择性激光熔融设备的需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，包括成型系统、光学系统、粉末回收系统、气体循环系统和控制系统，所述成型系统、光学系统、粉末回收系统、气体循环系统均由控制系统控制；
所述成型系统包括成型仓(1)、铺粉装置(2)、粉末缸(11)和成型缸(12)，铺粉装置(2)设置在成型仓(1)后侧，用于在成型仓(1)底端铺设金属粉末；成型缸(12)与粉末缸(11)结构相同，均固定在成型仓(1)下端；粉末缸(11)底部固定电缸(10)，粉末缸(11)内部上端安装可拆卸活动缸体(8)，电缸(10)的导向杆与活塞部件(9)底部连接，活塞部件(9)顶部固定有密封板，密封板位于活动缸体(8)内部；所述成型缸(12)的密封板顶部安装有成型基台(30)；
所述光学系统提供激光，将成型基台(30)表面的金属粉末逐层融化成型；
所述粉末回收系统包括顶部吸粉口(27)和底部吸粉口(28)，用于回收两种不同的金属粉末；顶部吸粉口(27)与变频风机(25)的进风口一连通，底部吸粉口(28)与变频风机(25)的进风口二连通；
所述气体循环系统包括吸风口(23)和吹风口(24)，吹风口(24)正对光学系统的光学保护镜片(20)，吸风口(23)设有两个开口，吸风口(23)正对成型基台(30)，用于吸收不同的金属粉末打印时产生的烟尘；吸风口(23)与变频风机(25)的进风口三连通，吹风口(24)与变频风机(25)的出风口连通。
2.根据权利要求1所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述顶部吸粉口(27)沿成型仓(1)竖直方向设置，顶部吸粉口(27)与变频风机(25)的进风口一之间依次设有旋风集尘器(34)和过滤罐(26)，过滤罐(26)内部设有过滤芯(29)。
3.根据权利要求1所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述底部吸粉口(28)沿成型仓(1)水平方向设置，底部吸粉口(28)与变频风机(25)的进风口二之间依次设有旋风集尘器(34)和过滤罐(26)，过滤罐(26)内部设有过滤芯(29)。
4.根据权利要求2或3所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述吸粉口采用波纹软管吸头(22)。
5.根据权利要求4所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述顶部吸粉口(27)和底部吸粉口(28)不同时工作。
6.根据权利要求1所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述吸风口(23)的两个开口均通过管道与变频风机(25)的进风口三连通。
7.根据权利要求6所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述吸风口(23)的两个开口不同时工作。
8.根据权利要求6所述的双粉快速切换型选择性激光熔融设备，其特征在于，所述吸风口(23)与变频风机(25)的进风口三之间设有过滤罐(26)，过滤罐(26)内部设有过滤芯(29)。
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