CN111842891B - 一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，属于增材制造领域，包括：支撑底座、丝杠螺母、滚压圆柱筒、支架、升降机构、滚珠丝杠、步进电机；支撑底座固定于金属粉床增材制造设备的铺粉机构上；步进电机位于支撑底座的上端，与滚珠丝杠的一端通过齿轮连接，用于驱动滚珠丝杠转动；丝杠螺母与滚珠丝杠螺纹连接，用于在滚珠丝杠转动时，进行上下移动；升降机构与丝杠螺母固定连接，用于在丝杠螺母的带动下进行上下移动；滚压圆柱筒通过支架与升降机构固定连接，用于在升降机构的带动下运动，从而调节滚压圆柱筒对粉层的压紧力。本发明通过调整压紧力最终实现对粉堆的碾压，从而减小粉末颗粒的间隙，提高铺粉过程的填料密度。

Description

一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置。

背景技术

近年来，金属粉床增材制造技术，如激光选区熔化技术、电子束选区熔化技术等因极大的应用前景，受到了国内外学术界和工业界广泛的关注。然而，目前金属粉床增材制造件的性能和精度不稳定，严重阻碍了其在工业中的广泛应用。金属粉床增材制造过程中影响零件性能和精度的因素众多，其中铺粉质量是重要的影响因素之一。铺粉质量包括粉层的致密性和粉层的表面粗糙度，粉层的致密性与成形件的空隙、裂纹等缺陷有关；粉层的表面粗糙度会影响热源分布和热源与粉末的作用过程，与球化等缺陷密切相关。高致密性的粉层可使粉末熔化过程稳定连续，减少球化、收缩和气孔等缺陷。

现有的铺粉机构主要有刮刀和铺粉辊两种，铺粉辊因具有压实作用可以使铺粉致密性高且分层表面质量好，然而，当制造件发生变形时，容易损坏压辊，频繁更换压辊会降低制造效率，同时造成金属粉末的浪费。由于刮刀的底部安装了橡胶条，可以避免零件的变形与铺粉机构发生干涉，但是，铺粉层致密性相对较低，且当刮刀出现豁口时会直接影响粉层的表面质量。

进一步的，现有铺粉机构很难解决应力凹陷导致的粉层分布不均匀的问题，影响了粉层的填充质量；也不能有效解决因粉末之间的相互作用力而导致粉末粘聚的问题，降低了粉层的致密性。同时，上一层凝固表层可能会出现凸起和不均匀收缩，影响铺粉质量。

由此可见，现有金属粉床增材制造技术存在铺粉质量较差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，由此解决现有金属粉床增材制造技术存在铺粉质量较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，包括：支撑底座、丝杠螺母、滚压圆柱筒、支架、升降机构、滚珠丝杠、步进电机；

所述支撑底座固定于金属粉床增材制造设备的铺粉机构上；

所述步进电机位于支撑底座的上端，与滚珠丝杠的一端通过齿轮连接，用于驱动滚珠丝杠转动；

所述丝杠螺母与滚珠丝杠螺纹连接，用于在滚珠丝杠转动时，进行上下移动；

所述升降机构与丝杠螺母固定连接，用于在丝杠螺母的带动下进行上下移动；

所述滚压圆柱筒通过支架与升降机构固定连接，用于在升降机构的带动下运动，从而调节滚压圆柱筒对粉层的压紧力。

进一步地，装置还包括：加热模块，所述加热模块位于支撑底座的下端，用于对粉层和凝固表层进行加热。

进一步地，装置还包括：导轨支座，所述导轨支座固定于支撑底座上。

进一步地，滚珠丝杠的两端与导轨支座通过轴承连接。

进一步地，装置还包括：滑动导轨，所述滑动导轨固定在所述导轨支座上，并与所述升降机构滑动连接。

进一步地，滑动连接时，所述升降机构的连接孔内置铜套筒衬垫。

进一步地，导轨支座的数量为两个，分别置于所述滑动导轨的两端。

进一步地，滑动导轨的数量为两个，分别置于所述滚珠丝杠的两边。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的金属增材制造提高铺粉质量的装置，其通过步进电机驱动滚珠丝杠转动，带动升降机构的上下移动，从而控制滚压圆柱筒与粉层的间距，实现压紧力的控制，最终实现对粉堆的碾压，从而减小粉末颗粒的间隙，提高铺粉过程的填料密度。

(2)本发明加热模块，可对粉层进行预热，改变粉末颗粒的物理形态，同时减缓凝固表层的冷却时间，进一步提高铺粉过程中粉末的填充质量，有利于减少缺陷，提高制造构件的质量。

(3)本发明中滚珠丝杠的两端与导轨支座通过轴承连接，以减小滚珠丝杠的转动阻力。

(4)本发明中滑动导轨固定在所述导轨支座上，并与所述升降机构滑动连接，对所述升降机构有支撑和导向作用，以保证所述升降机构平稳运动。

(5)本发明中升降机构的连接孔内置铜套筒衬垫以减小导轨与升降机构之间的摩擦力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置的示例图；

图2是本发明实施例提供的装置正视图；

图3是本发明实施例提供的装置侧视图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1为导轨支座，2为支撑底座，3为滑动导轨，4为丝杠螺母，5为加热模块，6为滚压圆柱筒，7为支架，8为升降机构，9为滚珠丝杠，10为步进电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种提高金属粉床增材制造铺粉质量的装置，通过对提高铺粉质量装置的关键组件的结构及部件之间的关联关系进行设计，相应的有效解决了金属粉床增材制造粉层致密性和表面质量控制难的问题，操作简单灵活，调节方便，所述提升铺粉质量的装置适用于金属粉床增材制造技术，特别适用于研究铺粉质量对金属粉末选择性激光熔化制造件质量的影响实验。

图1是本发明装置的示例图，图2是本发明装置的正视图，图3是本发明装置的侧视图；结合图1-3，所述提高金属粉床增材制造铺粉质量的装置，其包括导轨支座1、支撑底座2、滑动导轨3、丝杠螺母4、加热模块5、滚压圆柱筒6、支架7、升降机构8、滚珠丝杠9、步进电机10。

所述支撑底座2安装在增材制造设备的铺粉机构上，用于装配其他构件，同时起到支撑的作用；所述导轨支座1固定在所述支撑底座2上，所述滑动导轨3固定在所述导轨支座1上，并与所述升降机构8滑动连接，对所述升降机构8有支撑和导向作用，以保证所述升降机构8平稳运动；所述滚珠丝杠9的两端与导轨支座1通过轴承连接，以减小滚珠丝杠的转动阻力；所述滑动导轨3与所述升降机构8滑动连接，所述升降机构8的连接孔内置铜套筒衬垫以减小滑动导轨3与升降机构8之间的摩擦力；所述滑动导轨3数量有两个，分别置于所述滚珠丝杠9的两边，所述滑动导轨3的两端分别固定于导轨支座1上，所述导轨支座1有两个，分别置于所述滑动导轨3两端。

所述步进电机10安装在所述支撑底座2的上端，所述步进电机10与所述滚珠丝杠9的一端通过齿轮连接，以驱动滚珠丝杠9转动；所述滚珠丝杠9的两端通过轴承连接在所述导轨支座上，所述升降机构8与丝杠螺母4固定连接，所述滚珠丝杠9转动时，带动所述丝杠螺母4上下移动，从而实现所述升降机构8的上下移动；所述滚压圆柱筒6通过所述支架7与所述升降机构8固定连接，所述升降机构8上下移动时带动所述滚压圆柱筒6运动，以调整所述滚压圆柱筒6与粉层表面的间距，达到所需要的压紧力。所述加热模块5内置加热线圈，可以根据需要设置加热温度，直接对粉末层和凝固表层进行加热。从而实现对粉层表面质量和致密性的改善。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，包括：支撑底座(2)、丝杠螺母(4)、滚压圆柱筒(6)、支架(7)、升降机构(8)、滚珠丝杠(9)、步进电机(10)；

所述支撑底座(2)固定于金属粉床增材制造设备的铺粉机构上；

所述步进电机(10)位于支撑底座(2)的上端，与滚珠丝杠(9)的一端通过齿轮连接，用于驱动滚珠丝杠(9)转动；

所述丝杠螺母(4)与滚珠丝杠(9)螺纹连接，用于在滚珠丝杠(9)转动时，进行上下移动；

所述升降机构(8)与丝杠螺母(4)固定连接，用于在丝杠螺母(4)的带动下进行上下移动；

所述滚压圆柱筒(6)通过支架(7)与升降机构(8)固定连接，用于在升降机构(8)的带动下运动，从而控制滚压圆柱筒与粉层的间距，实现压紧力的控制；

所述装置还包括：加热模块(5)，所述加热模块(5)位于支撑底座(2)的下端，加热模块内置加热线圈，用于根据需要设置加热温度，直接对粉末层和凝固表层进行加热。

2.如权利要求1所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述装置还包括：导轨支座(1)，所述导轨支座(1)固定于支撑底座(2)上。

3.如权利要求2所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述滚珠丝杠(9)的两端与导轨支座(1)通过轴承连接。

4.如权利要求2所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述装置还包括：滑动导轨(3)，所述滑动导轨(3)固定在所述导轨支座(1)上，并与所述升降机构(8)滑动连接。

5.如权利要求4所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述滑动连接时，所述升降机构(8)的连接孔内置铜套筒衬垫。

6.如权利要求4所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述导轨支座(1)的数量为两个，分别置于所述滑动导轨的两端。

7.如权利要求4-6任一所述的一种提高金属粉床增材制造过程铺粉质量的装置，其特征在于，所述滑动导轨(3)的数量为两个，分别置于所述滚珠丝杠的两边。

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