CN111940728B - 一种增材制造激光成型设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增材制造激光成型设备及方法，属于增材制造领域。所述增材制造激光成型设备包括：成形室、安装在成形室的背板上的铺粉装置、安装在成形室的底板上的基板安装机构，以及安装在成形室顶部两侧的供粉装置；所述供粉装置与所述铺粉装置连接；在所述成形室的底板的中间开有成形孔，所述基板安装机构设置在该成行孔内。利用本发明提高了成型效率，实现了小平台小粉量，大平台大粉量的定量化成形，可以实现粉末的高效利用。

Description

一种增材制造激光成型设备及方法

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种增材制造激光成型设备及方法。

背景技术

激光增材制造技术是一种利用激光对粉末等原料进行融化烧结，从而逐层对所需零件进行成形的加工技术，是一种“快速制造技术”。其基本制造思路为层积的堆叠制造方式，将原材料均匀铺设在代加工平面，利用激光对所需成形区域进行融化加工，随后进行下一层原料的铺设，再次利用激光加工，重复加工直至零件成型完毕。该制造技术可以一次成形较为复杂的零件，使零件的一体化性能更强，减少分体零件组合装配时零件间的互相作用力，目前在航空航天、船舶、医疗、核电等诸多领域均有应用。

传统的增材制造激光成型设备包括：成形室、在成形室的背板设置的铺粉装置、可以上升和下降的基板平台，基板安装在基板平台上，成形室的一侧为供粉缸，另一侧为成型缸。每层粉末激光成型结束后，供粉缸上升一个层厚，成型缸下降一个层厚，粉末刮刀由供粉缸向成型缸水平移动，完成铺粉后水平移动返回，完成一层粉末的铺设。在工作工程中，不能控制铺粉量，而且只能实现单向铺粉方式，成型效率低。传统基板安装机构一般为单尺寸基板安装，在成型小尺寸等与基板尺寸差距较大的工件时，由于需要满足每层粉末铺设平整的要求，会产生较多粉末冗余在基板上，随着基板的逐层下降，基板留白区域需要全部填充粉末，因而会造成粉末利用率低下，使得大量粉末需要回收利用，粉末回收流转过程中必然导致材料的浪费，增加了增材制造的成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种增材制造激光成型设备及方法，可实现粉床式增材制造设备加工过程中粉末用量的精确控制，提高生成效率并减少浪费。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种增材制造激光成型设备，所述增材制造激光成型设备包括：成形室、安装在成形室的背板上的铺粉装置、安装在成形室的底板上的基板安装机构，以及安装在成形室顶部两侧的供粉装置；

所述供粉装置与所述铺粉装置连接；

在所述成形室的底板的中间开有成形孔，所述基板安装机构设置在该成行孔内。

所述铺粉装置包括：基座、落粉控制装置、料斗开口限制装置和进粉料斗；

在所述基座上开有落粉长孔；

在所述落粉长孔的上方设置所述落粉控制装置，所述落粉控制装置用于控制粉末的下落量；

在所述落粉控制装置的上方设置所述料斗开口限制装置，所述料斗开口限制装置用于打开和关闭所述进粉料斗的落料口；

在所述料斗开口限制装置的上方设置所述进粉料斗。

所述落粉控制装置包括护板、外粉末挡板、两个粉末挡板以及第一驱动部分；

所述护板与外粉末挡板平行设置在所述基座的落粉长孔的两侧，两者的长度方向与所述落粉长孔的长度方向平行，且两者的下端均与基座的上端面固定连接，两者之间形成空间，两个粉末挡板设置在该空间内，所述第一驱动部分设置在该空间外；

所述第一驱动部分包括第一动力源、一个齿轮和两个齿条，两个齿条平行设置，分别位于所述齿轮的上方和下方，且分别与所述齿轮咬合；所述齿轮设置在护板的内侧的中间位置处；

在所述护板上开有两个与所述落粉长孔的长度方向平行的长条形空槽，其中一个长条形空槽位于另一个长条形空槽的上方；每个齿条对应设置在一个长条形空槽的外部；

两个粉末挡板通过连接件分别与两个齿条连接；

第一动力源带动齿轮旋转，齿轮带动两个齿条运动，两个齿条带动两个粉末挡板相向运动或者相背运动。

优选的，每个粉末挡板均为L形粉末挡板，每个L形粉末挡板均包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度；所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形；

所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行；

两个L形挡板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口；

所述连接件采用螺栓，所述螺栓的一端与所述端板固定连接，另一端穿过护板上的一个所述长条形空槽后与齿条连接。

所述料斗开口限制装置包括：安装在所述护板上方的上盖板、安装在所述上盖板上方的料斗开口限制板和第二驱动部分；

所述第二驱动部分包括：第二动力源、料斗用齿轮、料斗用齿条；

在所述上盖板上开有长条形进口槽，所述长条形进口槽的长度方向与基座上的落粉长孔的长度方向平行；

在所述长条形进口槽上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对所述长条形进口槽；

所述料斗开口限制板设置在料斗的落料口与长条形进口槽之间，并与上盖板平行；

所述料斗开口限制板的一侧伸出到长条形进口槽的外侧，该侧与所述料斗用齿条的一端固定连接，所述料斗用齿轮安装在所述上盖板上；所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直；

所述料斗用齿轮的中心轴线与上盖板垂直；

第二动力源带动料斗用齿轮旋转，齿轮带动齿条移动，齿条带动料斗开口限制板移动，进而打开和关闭进粉料斗的落料口。

优选的，在所述基座上固定安装有两个第一限位块，其设置在齿轮的两侧；所述第一限位块包括：竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同一侧，且与竖直板垂直连接，所述固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角；通过在固定板上安装螺栓将第一限位块固定在基座上；上方的齿条依次穿过两个第一限位块的上限位板、下限位板之间；所述竖直板将两个齿条顶住；

在所述上盖板上固定安装有第二限位块，第二限位块与料斗用齿轮相对设置在料斗用齿条的两侧。

所述基座的横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上；

在所述基座上开有两条平行的落粉长孔，两条落粉长孔对称分布在所述上平板的中线的两侧；

在每个落粉长孔的上方均安装有一个所述落粉控制装置，在每个所述落粉控制装置上方均安装有一个所述料斗开口限制装置，在每个料斗开口限制装置的上方均安装有一个进粉料斗；

两侧的料斗开口限制板分别与同一个料斗用齿条的两端固定连接；

在所述下平板的下端设有刮刀安装槽。

所述基板安装机构包括：基板安装框、底部升降件和安装框限制件；

所述基板安装框包括嵌套设置的多个开有中心通孔的框架，所述框架的尺寸从内向外依次增大；在每个所述框架的下方均连接有一个随框临时缸体；

所述随框临时缸体开有中心通孔，其中心通孔和与其连接的框架的中心通孔连通，且尺寸、形状均相同；

在每个所述框架的两个对称的边上均开有水平的限位孔；当各个框架位于同一个平面内时，所有框架两侧的限位孔分别对齐；在位于中间的框架的另外两个对称的边上均开有第一凹槽，所述第一凹槽朝向框架内侧的一面开口；在所述第一凹槽中安装有弹性元件和凹槽封闭挡板；所述弹性元件的一端与凹槽的底部连接，另一端与凹槽封闭挡板连接；所述凹槽封闭挡板能够将所述第一凹槽的开口封闭；

所述底部升降件包括可升降杆和连接在可升降杆上端的平台，所述平台设置在最内侧的框架的中心通孔内；所述平台的中心、各个框架的中心均位于同一条铅垂直线上，所述平台所在的平面、各个框架所在的平面均平行；在所述平台的上端面上安装有内侧基板安装平面；

在所述底部升降件的平台上开有第二凹槽，在所述第二凹槽内安装有中间框架随行限制件，所述中间框架随行限制件包括位于第二凹槽两侧的推力件和与推力件连接的挡块，推力件将挡块推出后，挡块能够插入所述第一凹槽内，顶住所述凹槽封闭挡板；

所述安装框限制件包括推力部件和框架限位杆，所述安装框限制件设置在最外侧的框架的两侧；所述框架限位杆的一端与推力部件连接，另一端为自由端，能够插入到各个所述框架的限位孔内；

在所述成形孔的两侧对称设置有两个第三凹槽，在每个第三凹槽内设置有所述安装框架限制件；

所述基板安装框包括从内向外依次嵌套的中间框架和外层框架。

本发明还提供一种所述增材制造激光成型设备的使用方法，包括：

(1)将两个进粉料斗的落料口均关闭，在两个进粉料斗内均装入需要加工的金属粉末原料；

(2)将两侧的落粉口调整至基板对应的尺寸；

(3)根据基板的尺寸选择内侧基板安装平面作为基板平台，或者将内侧基板安装平面和框架进行组合形成基板平台；

(4)将基板安装在所述基板平台上；

(5)驱动所述底部升降件带动所述基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；

(6)铺粉装置沿水平方向从成形室的起始位置开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的终止位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；

(7)对粉末进行激光成形加工；

(8)驱动所述底部升降件带动所述基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；

(9)铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开另一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的起始位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；

(10)对粉末进行激光成形加工；

(11)重复步骤(5)到(10)直到成形完成。

所述步骤(3)的操作包括：

如果基板的尺寸与内侧基板安装平面的尺寸相同，则将内侧基板安装平面作为基板平台：驱动安装框限制件中的限位杆伸出，限位杆穿过外层框架的限位孔后插入到中间框架的限位孔内，将中间框架和外层框架固定住；中间框架随行限制件中的挡块不伸出；只有内侧基板安装平面能够随底部升降件进行下降；

如果基板的尺寸等于中间框架的尺寸，则将内侧基板安装平面和中间框架进行组合形成基板平台：驱动安装框限制件中的限位杆插入到外层框架的限位孔内，将最外侧框架固定住；驱动中间框架随行限制件中的挡块插入到中间框架的第一凹槽内；内侧基板安装平面、中间框架能够随底部升降件进行下降；

如果基板的尺寸等于外层框架，则将内侧基板安装平面、中间框架、外层框架进行组合形成基板平台：安装框限制件中的限位杆不伸出；驱动中间框架随行限制件中的挡块插入到中间框架的第一凹槽内，内侧基板安装平面、中间框架、外侧框架均能够随底部升降件进行下降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、传统增材制造激光成型设备采用单向铺粉方式，成型效率低。利用本发明实现了双向铺粉，提高了成型效率，且可以控制各铺粉口的铺粉量。

2、传统增材制造激光成型设备通常使用一种固定尺寸的基板，在成型尺寸小于基板较多的工件时，由于需要用粉末将基板铺满的成型需要，会造成大量粉末冗余，造成浪费。本发明通过变换基板尺寸，实现小平台小粉量，大平台大粉量的定量化成形，可以实现粉末的高效利用。

附图说明

图1铺粉装置主视爆炸视图；

图2铺粉装置主视安装完成视图；

图3铺粉装置左视安装完成视图；

图4铺粉装置料斗开口限制部分局部俯视图；

图5铺粉装置左视爆炸视图；

图6基板安装机构主视爆炸视图；

图7基板安装机构主视安装完成视图；

图8基板安装框架最外侧框架、中间框架与对应随框临时缸体主视爆炸视图；

图9基板安装框架中间框架仰视图；

图10底部升降件俯视安装完成图；

图11本发明实施例一原理图；

图12本发明实施例二原理图；

图13本发明实施例三原理图；

图14限位块9的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种增材制造设备及方法。所述增材制造设备包括：安装在设备成形室(成形室是已经在设备内安装好的加工空间)顶部中间的光学结构(现有增材制造设备通用的，在此不再赘述。)，安装在成形室的背板上垂直设置且可进行粉量调控的铺粉装置，安装在成形室底板中部可进行上下垂直运动且能进行多尺寸变化的基板安装机构，以及安装在成形室顶部两侧的供粉装置。

所述铺粉装置如图1-图5所示，包括基座1，安装在基座1上方的落粉控制装置3，安装在所述落粉控制装置3上方的料斗开口限制装置4，安装在所述料斗开口限制装置4上方的进粉料斗2。使用时，可以只在基座上设置一个落粉控制装置3、一个料斗开口限制装置4和一个进粉料斗2，实现粉量可调控的单向铺粉，也可以在基座上对称布置两个落粉控制装置3、两个料斗开口限制装置4和两个进粉料斗2，实现粉量可调控的双向铺粉，下面对实现双向铺粉的结构进行详细描述。

所述基座1为T形结构，即其横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，上平板、下平板的长度方向平行，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上，在下平板的下端设有刮刀安装槽，所述刮刀安装槽用于安装刮刀。所述基座1的上平板上开有沿其中线对称分布在两侧的两个平行的落粉长孔，两个落粉长孔的长度方向与上平板的长度方向平行，在所述上平板的上端面安装其他部件。

所述进粉料斗2固定于上盖板20上，用于存储待加工粉末，可与外部的供粉装置相连，保持粉末存储。

所述落粉控制装置3，包括L形粉末挡板5，护板6，第一驱动部分7，外粉末挡板35。

优选地，所述落粉控制装置3为左右完全对称的两套结构，每套结构均包括安装在所述基座落粉长孔内侧的护板6，安装在护板6外侧的两个L形粉末挡板5，安装在所述基座落粉长孔外侧的外粉末挡板35，以及安装在护板内侧的第一驱动部分7。护板6、外粉末挡板35平行设置，且长度方向均与落粉长孔的长度方向平行，护板6和外粉末挡板35围合形成一个空间，两个所述L形粉末挡板5设置在该空间内。所述护板6、外粉末挡板35均固定在基座1上。所述第一驱动部分7包括安装在所述基座1的上平板上的第一动力源22，安装在第一动力源22和护板6中间部分的齿条传动组件21，及安装在齿条传动组件21内侧的第一限位块9；在所述护板6上开有两条长条形空槽，分别为第一长条形空槽和第二长条形空槽，两个长条形空槽的长度方向均与护板的长度方向平行，且第一长条形空槽位于第二长条形空槽的上方。所述L形粉末挡板安装在所述护板6的外侧，用于控制落粉口大小，从而控制落粉量及落粉范围，减少粉末消耗。具体来说，在护板与外粉末挡板形成的空间内设置有两个L形挡板5，每个L形粉末挡板5为L形，包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度，所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形，所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行。两个横向板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口。在所述端板上连接有螺栓8，所述螺栓8的一端与所述端板固定连接，另一端穿过一个所述长条形空槽后与齿条传动组件21连接。

所述齿条传动组件21包括两个齿条，分别为上齿条和下齿条，两个齿条均与护板6的长度方向平行，所述上齿条位于下齿条的上方，所述上齿条位于第一长条形空槽外，与第一个L形挡板5连接的螺栓8穿过第一长条形空槽后与上齿条连接，所述下齿条位于第二长条形空槽外，与第二个L形挡板5连接的螺栓8穿过第二长条形空槽后与下齿条连接，与第一动力源22连接的齿轮位于上齿条和下齿条之间，且位于护板的内侧的中间位置。所述下齿条的底面与基座1接触，通过基座1保持下齿条的水平。

所述第一限位块9用于限制两个齿条沿齿轮的径向发生移动，保证两个齿条与齿轮的紧密啮合。具体来说，在齿轮的两侧分别设置一个第一限位块9，第一限位块9的结构如图14所示，包括竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同侧，且与竖直板垂直连接，固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角。通过在固定板上安装螺栓将第一限位块9固定在基座1上，所述上齿条穿过两侧的限位块的上限位板、下限位板之间，这样能够保持上齿条的水平。同时，由于竖直板能够将上齿条、下齿条顶住，也进一步保证了齿条与齿轮的紧密咬合。

使用时，根据所需落粉口尺寸，所述第一动力源22经由传动组件21驱动L形粉末挡板5，沿所述护板6的长条形空槽的方向水平移动至指定位置，完成落粉口尺寸限制。具体如下：当第一动力源22带动齿轮旋转时，由于上齿条和下齿条分别位于齿轮的上方和下方，两个齿条的移动方向相反，进而带动第一个L形挡板与第二个L形挡板相向运动或者相背运动，当两个L形挡板相向运动时，落粉口变小，进而落粉量、落粉范围变小，当两个L形挡板相背运动时，落粉口变大，进而落粉量、落粉范围变大。当两个L形挡板相背运动时，两个L形挡板的横向板的外端能够分别从护板与外粉末挡板形成的空间的前、后端伸出。

所述料斗开口限制装置4，包括安装在所述护板6上方的上盖板20；安装在所述上盖板20上方的料斗开口限制板10，以及第二驱动部分11。所述第二驱动部分11包括第二动力源24和齿轮传动组件25；所述上盖板20水平设置，在所述上盖板20上开有两个长条形进口槽，两个长条形进口槽平行设置，且与基座上平板上的落粉长孔的长度方向一致，两个长条形进口槽分别位于两个落粉长孔的正上方，料从料斗落下后，依次通过长条形进口槽、落粉口、落粉长孔后落到基板上。在每个长条形进口槽的上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对长条形进口槽，在每个料斗的落料口与长条形进口槽之间设置有水平的料斗开口限制板10。两侧的料斗开口限制板10通过齿条23连接(即齿条与两侧的料斗开口限制板10的长度方向垂直，也就是说所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直，齿条的一端与一侧的料斗开口限制板10连接，另一端与另一侧的料斗开口限制板10连接)，在所述上盖板20上安装有齿轮传动组件25，所述齿轮传动组件25包括齿轮(主动件)和齿条23(从动件)，齿轮设置在齿条的中部的一侧，所述齿轮传动组件25的一侧安装有第二限位块12，通过螺栓将第二限位块12固定于上盖板20上，第二限位块12与齿轮相对设置在齿条的两侧，第二限位块12将齿条23顶住，用于限制齿条沿齿轮的径向移动，保证齿条与齿轮的紧密啮合。所述第二动力源24安装在安装板13上，所述安装板13固定于所述基座1的上平板上，使用螺栓进行连接。所述第二动力源24与所述齿轮传动组件25中的齿轮连接。齿轮传动组件25中的齿轮的中心轴线与上盖板20垂直，所述料斗开口限制板10与上盖板水平设置。

所述两个进粉料斗，安装在所述上盖板和料斗开口限制板上方，与上盖板连接，用于存储待加工粉末。所述的进粉料斗与所述的供粉装置相连，用于粉末存储。所述料斗开口限制板10与所述第二驱动部分11中的齿条23为一体件，当齿条移动时，带动两侧的料斗开口限制板10进行同向移动。两侧料斗开口限制板10的尺寸大于两侧的料斗的落料口的尺寸。

使用时，如需将两侧料斗的落料口均关闭，则第二动力源24经由齿条23驱动两侧的料斗开口限制板10移动至关闭位置，此时齿轮位于齿条的中间位置；如需将左侧料斗的落料口打开至规定大小，则第二动力源24经由齿条23驱动料斗开口限制板10向右侧料斗移动，移动至规定位置后左侧的落料口被打开，同时右侧的落料口仍处于关闭状态，由于料斗开口限制板10的尺寸大于落料口的尺寸，右侧的料斗开口限制板10的一部分从预留口穿出，但仍然能够保证右侧落料口是关闭的。

所述基板安装机构如图6-图10所示，包括：安装在所述成形室底板中间部位的多尺寸基板安装框14，所述基板安装框14下方安装有随框临时缸体15，以及安装在所述多尺寸基板安装框14内部的底部升降件17，安装在所述底部升降件17上部的内侧基板安装平面36，安装在所述基板安装框14上部或所述内侧基板安装平面36上部的成形基板。

所述多尺寸基板安装框14为多个框架嵌套，所述框架的尺寸从内向外依次增大；每个框架均开有中心通孔(通孔的形状根据需求进行设计，本实施例中采用长方形通孔)，其中本发明中所列举的多个框架嵌套具体为两个，分别为外层框架、中间框架，通过所述的多尺寸基板安装框14与内侧基板安装平面36可实现三个不同成形幅面尺寸变换。也可以根据实际需要将多尺寸基板安装框14设计为多于两个框架嵌套。

在所述多尺寸基板安装框14中的每个框架的边框均开有限位孔，所述限位孔位于框架两个对称的边上。在所述多尺寸基板安装框14中的中间框架的底部的另外两个对称的边开有第一凹槽18，所述第一凹槽朝向框架内侧的一面开口，在该开口处设置有凹槽封闭挡板27，挡板27是和凹槽侧面开口大小相同的薄板。在所述第一凹槽18中安装有弹性元件26(弹性元件采用现有的多种弹性结构即可，例如可以采用弹簧。)，所述弹性元件26与所述凹槽封闭挡板27相连(例如与弹簧焊接连接)，形成封闭弹性部件19，用于与底部推力件28组合，实现在使用最外框架尺寸时，三层框架可以同时运动；即通过封闭弹性部件的运动，实现了各个框架的连接与断开。所述多尺寸基板安装框14下方安装有对应的随框临时缸体15，临时缸体15的中心通孔的尺寸、形状和与其连接的框架的中心通孔的尺寸、形状均相同，且两个中心通孔连通。如图8所示，在所述临时缸体15的上端面设置有翻边，翻边与所述框架的边框连接。

所述内侧基板安装平面36安装在所述底部升降件17上。底部升降部件17采用现有的多种升降结构即可，例如可以采用可升降杆和平台，所述可升降杆的平台的上端面与内侧基板安装平面36的下端面连接，可升降杆和平台带动内侧基板安装平面36上下移动。

所述一种多尺寸基板安装机构进一步包括安装框限制件16，所述安装框限制件16包括推力部件28和框架限位杆29，所述推力部件固定于所述多尺寸基板安装框14两侧的工作平台(成形室的下底面)的两个第三凹槽34内，所述框架限位杆29的一端与推力部件28连接。推力部件28采用现有的多种推力结构即可，例如可以采用气缸。框架限位杆29为两个短杆，两个短杆的一端与气缸的活塞连接，另一端为自由端，能够插入到框架上的限位孔内，这样能够将不需要下落的框架进行自由度限制。

使用时，根据所安装基板的尺寸和应进行升降移动的所述基板安装框14，推力部件28驱动框架限位杆29水平运动，插入或移出所述基板安装框侧面开设的限位孔，完成限位和限位解除动作。

所述底部升降件17的上端面的中间开有第二凹槽31，所述第二凹槽31内安装有中间框架随行限制件30，用于限制所述中间框架的移动。所述的中间框架随行限制件30包括位于第二凹槽31两侧的推力件32及安装在推力件上的挡块33(推力件32采用现有的多种推力结构即可，例如可以采用气缸，挡块的一端与气缸的活塞连接，另一端为自由端，能够插入到凹槽18内。)。使用时推力件32伸出，挡块33插入所述中间框架的凹槽18内(挡块33由推力件推出后，推动压缩凹槽18内的弹性部件19，挡块进入凹槽内部进行联动固定，即挡块33在推力件32的作用下与挡板27接触，并挤压弹簧26，将挡块33固定在凹槽18内)，避免在使用所述最外层框架时，所述中间框架无法随行，造成自由掉落。

使用时，底部升降件17驱动内侧基板安装平面36进行升降运动，根据已安装基板的尺寸和需要进行升降运动的所述基板安装框14，所述中间框架随行限制件30伸出或缩回，完成中间框架的限位和限位解除。

实际使用时，根据需要加工的基板的尺寸选择内侧基板安装平面或者将框架与内侧基板安装平面进行组合，形成多种尺寸的基板平台，尺寸等于内侧基板安装平面的基板使用内侧基板安装平面作为基板平台即可，尺寸等于中间框架的基板使用内侧基板安装平面加上中间框架作为基板平台即可，尺寸等于外侧框架的基板使用内侧基板安装平面加上中间框架、外层框架作为基板平台即可。

实施例1：

内侧基板安装平面使用方法如下：

如图11所示，在料斗内装入需要加工的金属粉末原料，两侧的料斗开口限制板10关闭，两侧的L形粉末挡板5的间距(即落粉口)调整至基板对应尺寸，将对应内侧基板安装平面36的基板安装在内侧基板安装平面36上，安装框限制件16中的限位杆29穿过外层框架的限位孔后插入到中间框架的限位孔内，将中间框架和外层框架固定住，使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置从起始位置沿水平方向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使一侧的落料口打开，另一侧的保持关闭状态，双向铺粉装置移动至成形室的终止位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使另一侧的落料口打开，另一个保持关闭(在移动时，只有前进方向上的落料口会打开，另一个保持关闭，在不动时两个落料口均被料斗开口限制板关闭)，双向铺粉装置移动至起始位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；重复上述动作至成形完成，成形的理论最大高度为随框临时缸体15的高度。起始位置、终止位置分别为成形室的两侧，即图10中的左侧、右侧。

实施例2：

中间框架的使用方法如下：

如图12所示在料斗内装入需要加工的金属粉末原料，两侧的料斗开口限制板10关闭，两侧的L形粉末挡板5的间距(即落粉口)调整至基板对应尺寸，将对应安装框14尺寸的基板安装在安装框14上，安装框限制件16中的限位杆插入到外层框架的限位孔内，将外层框架固定住；驱动中间框架随行限制件30伸出，挡块33插入到中间框架的凹槽内，将中间框架位置限制，使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36和中间框架垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置从起始位置开始沿水平方向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使一侧的落料口打开，另一侧的保持关闭状态，双向铺粉装置移动至成形室的终止位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36和中间框架垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使另一侧的落料口打开，另一个保持关闭，双向铺粉装置移动至起始位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；重复上述动作至成形完成，成形的理论最大高度为随框临时缸体15的高度。

实施例3：

外层框架的使用方法如下：

如图13所示，在料斗内装入需要加工的金属粉末原料，两侧的料斗开口限制板10关闭，两侧L形粉末挡板5的间距(即落粉口)调整至基板对应尺寸，将对应安装框14尺寸的基板安装在安装框14上，安装框限制件16收回，中间框架随行限制件30伸出，将中间框架位置限制，基板与外层框架用固定螺栓连接，这样内侧基板安装平面36顶住基板中间部分起到支撑作用，螺栓通过基板固定住外层框架，使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36和中间框架、外层框架一起垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置从起始位置沿水平方向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使一侧的落料口打开，另一侧的保持关闭状态，双向铺粉装置移动至成形室的终止位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；使用底部升降件17带动内侧基板安装平面36和两个安装框垂直向下下降一层粉末高度，双向铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，使另一侧的落料口打开，另一个的保持关闭状态，双向铺粉装置移动至起始位置，完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口，激光结构对粉末进行成形加工；重复上述动作至成形完成，成形的理论最大高度为随框临时缸体15的高度。

本发明增材制造激光成型设备实现了粉床式增材制造设备加工过程中粉末用量的精确控制，实现了小平台小粉量，大平台大粉量的定量化成形，实现了粉末的高效利用。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (6)

1.一种增材制造激光成型设备，其特征在于：所述增材制造激光成型设备包括：成形室、安装在成形室的背板上的铺粉装置、安装在成形室的底板上的基板安装机构，以及安装在成形室顶部两侧的供粉装置；

所述供粉装置与所述铺粉装置连接；

在所述成形室的底板的中间开有成形孔，所述基板安装机构设置在该成形孔内；

所述铺粉装置包括：基座、落粉控制装置、料斗开口限制装置和进粉料斗；

在所述基座上开有落粉长孔；

在所述落粉长孔的上方设置所述落粉控制装置，所述落粉控制装置用于控制粉末的下落量；

在所述落粉控制装置的上方设置所述料斗开口限制装置，所述料斗开口限制装置用于打开和关闭所述进粉料斗的落料口；

在所述料斗开口限制装置的上方设置所述进粉料斗；

所述落粉控制装置包括护板、外粉末挡板、两个粉末挡板以及第一驱动部分；

所述护板与外粉末挡板平行设置在所述基座的落粉长孔的两侧，两者的长度方向与所述落粉长孔的长度方向平行，且两者的下端均与基座的上端面固定连接，两者之间形成空间，两个粉末挡板设置在该空间内，所述第一驱动部分设置在该空间外；

所述第一驱动部分包括第一动力源、一个齿轮和两个齿条，两个齿条平行设置，分别位于所述齿轮的上方和下方，且分别与所述齿轮咬合；所述齿轮设置在护板的内侧的中间位置处；

在所述护板上开有两个与所述落粉长孔的长度方向平行的长条形空槽，其中一个长条形空槽位于另一个长条形空槽的上方；每个齿条对应设置在一个长条形空槽的外部；

两个粉末挡板通过连接件分别与两个齿条连接；

第一动力源带动齿轮旋转，齿轮带动两个齿条运动，两个齿条带动两个粉末挡板相向运动或者相背运动；

每个粉末挡板均为L形粉末挡板，每个L形粉末挡板均包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度；所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形；

所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行；

两个L形挡板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口；

所述连接件采用螺栓，所述螺栓的一端与所述端板固定连接，另一端穿过护板上的一个所述长条形空槽后与齿条连接；

所述基板安装机构包括：基板安装框、底部升降件和安装框限制件；

所述基板安装框包括从内向外依次嵌套的中间框架和外层框架，所述中间框架和外层框架均开有中心通孔；所述框架的尺寸从内向外依次增大；在每个所述框架的下方均连接有一个随框临时缸体；

所述随框临时缸体开有中心通孔，其中心通孔和与其连接的框架的中心通孔连通，且尺寸、形状均相同；

在每个所述框架的两个对称的边上均开有水平的限位孔；当各个框架位于同一个平面内时，所有框架两侧的限位孔分别对齐；在位于中间的框架的另外两个对称的边上均开有第一凹槽，所述第一凹槽朝向框架内侧的一面开口；在所述第一凹槽中安装有弹性元件和凹槽封闭挡板；所述弹性元件的一端与凹槽的底部连接，另一端与凹槽封闭挡板连接；所述凹槽封闭挡板能够将所述第一凹槽的开口封闭；

所述底部升降件包括可升降杆和连接在可升降杆上端的平台，所述平台设置在最内侧的框架的中心通孔内；所述平台的中心、各个框架的中心均位于同一条铅垂直线上，所述平台所在的平面、各个框架所在的平面均平行；在所述平台的上端面上安装有内侧基板安装平面；

在所述底部升降件的平台上开有第二凹槽，在所述第二凹槽内安装有中间框架随行限制件，所述中间框架随行限制件包括位于第二凹槽两侧的推力件和与推力件连接的挡块，推力件将挡块推出后，挡块能够插入所述第一凹槽内，顶住所述凹槽封闭挡板；

所述安装框限制件包括推力部件和框架限位杆，所述安装框限制件设置在最外侧的框架的两侧；所述框架限位杆的一端与推力部件连接，另一端为自由端，能够插入到各个所述框架的限位孔内；

在所述成形孔的两侧对称设置有两个第三凹槽，在每个第三凹槽内设置有所述安装框架限制件。

2.根据权利要求1所述的增材制造激光成型设备，其特征在于：所述料斗开口限制装置包括：安装在所述护板上方的上盖板、安装在所述上盖板上方的料斗开口限制板和第二驱动部分；

所述第二驱动部分包括：第二动力源、料斗用齿轮、料斗用齿条；

在所述上盖板上开有长条形进口槽，所述长条形进口槽的长度方向与基座上的落粉长孔的长度方向平行；

在所述长条形进口槽上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对所述长条形进口槽；

所述料斗开口限制板设置在料斗的落料口与长条形进口槽之间，并与上盖板平行；

所述料斗开口限制板的一侧伸出到长条形进口槽的外侧，该侧与所述料斗用齿条的一端固定连接，所述料斗用齿轮安装在所述上盖板上；所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直；

所述料斗用齿轮的中心轴线与上盖板垂直；

第二动力源带动料斗用齿轮旋转，齿轮带动齿条移动，齿条带动料斗开口限制板移动，进而打开和关闭进粉料斗的落料口。

3.根据权利要求2所述的增材制造激光成型设备，其特征在于：在所述基座上固定安装有两个第一限位块，其设置在第一驱动部分中的齿轮的两侧；所述第一限位块包括：竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同一侧，且与竖直板垂直连接，所述固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角；通过在固定板上安装螺栓将第一限位块固定在基座上；上方的齿条依次穿过两个第一限位块的上限位板、下限位板之间；所述竖直板将两个齿条顶住；

在所述上盖板上固定安装有第二限位块，第二限位块与料斗用齿轮相对设置在料斗用齿条的两侧。

4.根据权利要求3所述的增材制造激光成型设备，其特征在于：所述基座的横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上；

在所述基座上开有两条平行的落粉长孔，两条落粉长孔对称分布在所述上平板的中线的两侧；

在每个落粉长孔的上方均安装有一个所述落粉控制装置，在每个所述落粉控制装置上方均安装有一个所述料斗开口限制装置，在每个料斗开口限制装置的上方均安装有一个进粉料斗；

两侧的料斗开口限制板分别与同一个料斗用齿条的两端固定连接；

在所述下平板的下端设有刮刀安装槽。

5.一种权利要求4所述的增材制造激光成型设备的使用方法，其特征在于：所述方法包括：

（1）将两个进粉料斗的落料口均关闭，在两个进粉料斗内均装入需要加工的金属粉末原料；

（2）将两侧的落粉口调整至基板对应的尺寸；

（3）根据基板的尺寸选择内侧基板安装平面作为基板平台，或者将内侧基板安装平面和框架进行组合形成基板平台；

（4）将基板安装在所述基板平台上；

（5）驱动所述底部升降件带动所述基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；

（6）铺粉装置沿水平方向从成形室的起始位置开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的终止位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；

（7）对粉末进行激光成形加工；

（8）驱动所述底部升降件带动所述基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；

（9）铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开另一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的起始位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；

（10）对粉末进行激光成形加工；

（11）重复步骤（5）到（10）直到成形完成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）的操作包括：

如果基板的尺寸与内侧基板安装平面的尺寸相同，则将内侧基板安装平面作为基板平台：驱动安装框限制件中的限位杆伸出，限位杆穿过外层框架的限位孔后插入到中间框架的限位孔内，将中间框架和外层框架固定住；中间框架随行限制件中的挡块不伸出；只有内侧基板安装平面能够随底部升降件进行下降；

如果基板的尺寸等于中间框架的尺寸，则将内侧基板安装平面和中间框架进行组合形成基板平台：驱动安装框限制件中的限位杆插入到外层框架的限位孔内，将最外侧框架固定住；驱动中间框架随行限制件中的挡块插入到中间框架的第一凹槽内；内侧基板安装平面、中间框架能够随底部升降件进行下降；

如果基板的尺寸等于外层框架，则将内侧基板安装平面、中间框架、外层框架进行组合形成基板平台：安装框限制件中的限位杆不伸出；驱动中间框架随行限制件中的挡块插入到中间框架的第一凹槽内，内侧基板安装平面、中间框架、外侧框架均能够随底部升降件进行下降。