CN115625347A - 一种铺粉激光增材成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铺粉激光增材成形装置，包括激光烧结机构、机架和设于机架下部且槽口朝上的铺粉槽，铺粉槽内设有升降粉床机构，机架于铺粉槽的上方设有均可水平移动的冲压机构和透光挡粉机构，透光挡粉机构用于封堵在铺粉槽顶部的槽口以供升降粉床机构上升压粉，激光烧结机构用于将升降粉床机构上的粉末烧结成实体，升降粉床机构上设有成形槽，成形槽内设有与成形槽适配的成形台，成形槽于成形台的下方设有用于驱动成形台升降的第一升降驱动件。还公开了一种铺粉激光增材成形方法，包括步骤：确定铺粉厚度；铺粉；压粉；激光烧结；冲压成形。本铺粉激光增材成形装置及方法能够提高生产效率和产品质量以及能够减少粉末浪费和加工成本。

Description

一种铺粉激光增材成形装置及方法
技术领域
本发明涉及激光增材制造技术领域，尤其涉及一种铺粉激光增材成形装置及方法。
背景技术
粉末成形过程一般也通过激光增材制造技术将粉末层层叠加从而形成实体，然后，再对实体进行冲压成形。
激光增材制造技术是通过粉床铺粉，然后激光束按照三维模形所给的轨迹路径对粉床上金属粉末进行熔化或烧结，层层叠加从而形成实体。激光增材制造技术具有不受零件结构限制的特点，是解决仿生、三维等复杂结构极板难以制备问题的关键技术之一。
冲压成形是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和形材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的加工成形方法，冲压件的重量轻、厚度薄、刚性好。它的尺寸公差取决于模具，所以质量稳定，一般不需要再经机械切削即可使用。
现有激光增材制造设备存在如下缺陷：
(1)加工时间长，生产效率低；
(2)设备加工复杂，激光烧结和冲压成形不能在同一加工台上同时完成；
(3)实际加工区域在50～70％，若不回收则会造成大量未加工粉末浪费的情况；
(4)粉末材料存在着大量空隙，在激光烧结之后成形层会产生较为严重的收缩，导致下一层参数不能完美匹配，最终缺陷不断累积，成形件尺寸精度达不到要求，严重影响工件致密度，最终降低工件服役性能与寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够提高生产效率和产品质量以及能够减少粉末浪费和加工成本的铺粉激光增材成形装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种铺粉激光增材成形装置，包括激光烧结机构、机架和设于机架下部且槽口朝上的铺粉槽，所述铺粉槽内设有用于放置粉末并可升降的升降粉床机构，所述机架于铺粉槽的上方设有均可水平移动的冲压机构和透光挡粉机构，所述透光挡粉机构用于封堵在铺粉槽顶部的槽口以供升降粉床机构上升压粉，所述激光烧结机构用于在透光挡粉机构上方发射激光以将升降粉床机构上的粉末烧结成实体，所述冲压机构用于将升降粉床机构上烧结的实体冲压成形，所述升降粉床机构上设有与冲压机构适配的成形槽，所述成形槽内设有与成形槽适配的成形台，所述成形槽于成形台的下方设有用于驱动成形台升降的第一升降驱动件。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述升降粉床机构包括放置在铺粉槽内并与铺粉槽适配的粉床和设于粉床下方用于驱动粉床升降的第二升降驱动件，所述成形槽设于粉床上。
所述透光挡粉机构包括水平的透光板和设于机架上用于驱动透光板水平移动的第一水平驱动组件。
所述第一水平驱动组件包括两根平行的第一丝杆和分别设置在透光板两侧的第一螺套，所述第一丝杆转动设置在机架上，所述第一螺套分别套设于各第一丝杆上，所述机架上设有用于驱动各第一丝杆同步旋转的第一旋转驱动组件。
所述冲压机构包括设于机架上的平移架和用于驱动平移架平移的第二平移驱动组件，所述平移架上设有冲压模具和用于驱动冲压模具升降的第三升降驱动件，所述冲压模具上设有加热件。
所述第二平移驱动组件包括两根平行的第二丝杆和分别设置在平移架两侧的第二螺套，所述第二丝杆转动设置在机架上，所述第二螺套分别套设于各第二丝杆上，所述机架上设有用于驱动各第二丝杆同步旋转的第二旋转驱动组件。
所述冲压机构和透光挡粉机构上下交错设置。
所述透光挡粉机构位于冲压机构的下方。
一种铺粉激光增材成形方法，采用上述的铺粉激光增材成形装置进行，包括如下步骤：
S1、确定铺粉厚度：升降粉床机构升降调节，使升降粉床机构的顶面与铺粉槽顶面相距预定高度，以确定铺粉厚度；
S2、铺粉：在升降粉床机构上平铺一层混合粉末；
S3、压粉：透光挡粉机构平移至封堵在铺粉槽顶部的槽口，升降粉床机构上升，将其上的粉末压实；
S4、激光烧结：激光烧结机构在透光挡粉机构的上方发射激光，激光通过透光挡粉机构将升降粉床机构上的粉末烧结成实体；
S5、冲压成形：将透光挡粉机构从铺粉槽顶部的槽口移走；将冲压机构平移至铺粉槽上方，与成形槽上下对齐；第一升降驱动件驱动成形台下降预定距离；然后，冲压机构下压将烧结的实体与成形槽对应的部分下压成形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的铺粉激光增材成形装置，将铺粉、压粉和冲压成形集成在一个装置上，缩短了加工时长，提高了生产效率；粉末在压实后进行激光烧结，成形工件尺寸精度和致密度高，质量好；在铺粉槽内的升降粉床机构上进行铺粉，粉末浪费少。本铺粉激光增材成形装置结构设计合理，能够提高生产效率、铺粉均匀性和产品质量，能够减少粉末浪费和加工成本。
本发明的铺粉激光增材成形方法，将铺粉、压粉和冲压成形集成在一个装置上，缩短了加工时长，提高了生产效率；粉末在压实后进行激光烧结，成形工件尺寸精度和致密度高，质量好；在铺粉槽内的升降粉床机构上进行铺粉，粉末浪费少。本铺粉激光增材成形方法能够提高生产效率、铺粉均匀性和产品质量，能够减少粉末浪费和加工成本。
附图说明
图1是本发明铺粉激光增材成形装置的第一视角的立体结构示意图。
图2是本发明铺粉激光增材成形装置的第二视角的立体结构示意图。
图3是本发明铺粉激光增材成形装置的主视结构示意图。
图4是本发明铺粉激光增材成形装置的主剖结构示意图。
图5是图4中A处的放大图。
图6是图4中B处的放大图。
图7是本发明混粉-增材-冲压复合成形装置的冲压机构的结构示意图。
图8是本发明混粉-增材-冲压复合成形装置的升降粉床机构的结构示意图。
图中各标号表示：
1、机架；2、铺粉槽；3、冲压机构；31、平移架；32、冲压模具；321、冲压部；33、第三升降驱动件；34、加热件；35、第二丝杆；36、第二螺套；37、第二旋转驱动组件；4、升降粉床机构；41、粉床；42、第二升降驱动件；43、成形槽；44、成形台；45、第一升降驱动件；5、透光挡粉机构；51、第一螺套；52、透光板；53、第一丝杆；54、第一旋转驱动组件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
实施例一：
图1至图8示出了本发明铺粉激光增材成形装置的一种实施例，本铺粉激光增材成形装置包括激光烧结机构、机架1和设于机架1下部且槽口朝上的铺粉槽2，铺粉槽2内设有用于放置粉末并可升降的升降粉床机构4，机架1于铺粉槽2的上方设有均可水平移动的冲压机构3和透光挡粉机构5，透光挡粉机构5用于封堵在铺粉槽2顶部的槽口以供升降粉床机构4上升压粉，激光烧结机构用于在透光挡粉机构5上方发射激光以将升降粉床机构4上的粉末烧结成实体，冲压机构3用于将升降粉床机构4上烧结的实体冲压成形，升降粉床机构4上设有与冲压机构3适配的成形槽43，成形槽43内设有与成形槽43适配的成形台44，成形槽43于成形台44的下方设有用于驱动成形台44升降的第一升降驱动件45。
本铺粉激光增材成形装置的加工过程：第一步，升降粉床机构4升降调节，使升降粉床机构4的顶面与铺粉槽2顶面相距预定高度，以确定铺粉厚度；第二步，在升降粉床机构4上平铺一层混合粉末；第三步，透光挡粉机构5平移至封堵在铺粉槽2顶部的槽口，升降粉床机构4上升，将其上的粉末压实；第四步，激光烧结机构在透光挡粉机构5的上方发射激光，激光通过透光挡粉机构5将升降粉床机构4上的粉末烧结成实体；第五步，将透光挡粉机构5从铺粉槽2顶部的槽口移走；将冲压机构3平移至铺粉槽2上方，与成形槽43上下对齐；第一升降驱动件45驱动成形台44下降预定距离；然后，冲压机构3下压将烧结的实体与成形槽43对应的部分下压成形。本铺粉激光增材成形装置，将铺粉、压粉和冲压成形集成在一个装置上，缩短了加工时长，提高了生产效率；粉末在压实后进行激光烧结，成形工件尺寸精度和致密度高，质量好；在铺粉槽2内的升降粉床机构4上进行铺粉，粉末浪费少。本铺粉激光增材成形装置结构设计合理，能够提高生产效率和产品质量，能够减少粉末浪费和加工成本。
本实施例中，如图5所示，升降粉床机构4包括放置在铺粉槽2内并与铺粉槽2适配的粉床41和设于粉床41下方用于驱动粉床41升降的第二升降驱动件42，成形槽43设于粉床41上。具体地，粉床41的四周与铺粉槽2的内侧壁适配接触，避免粉床41与铺粉槽2的内侧壁之间形成较大间隙而使粉末落下，同理，成形台44的四周与成形槽43的内侧壁适配接触，避免放成形台44与成形槽43的内侧壁之间形成较大间隙而使粉末落下。粉床41和成形台44的顶面均为水平面，成形槽43的开口朝上。透光挡粉机构5与粉床41相对面也为平面，在铺粉时，第一升降驱动件45使成形台44与粉床41的顶面平齐，这样，能够使粉末在粉床41与透光挡粉机构5压实平整。
本实施例中，如图6所示，透光挡粉机构5包括水平的透光板52和设于机架1上用于驱动透光板52水平移动的第一水平驱动组件。压粉时，第一水平驱动组件使透光板52平移至封堵在铺粉槽2顶部的槽口。透光板52的底面与铺粉槽2的顶面平高，或者比铺粉槽2的顶面间隔适当距离，该距离使透光板52封堵在铺粉槽2顶部的槽口时，透光板52与铺粉槽2的顶面间隙不能让粉末通过。透光板52的面积比铺粉槽2槽口的大。
本实施例中，如图1和图3所示，第一水平驱动组件包括两根平行的第一丝杆53和分别设置在透光板52两侧的第一螺套51，第一丝杆53转动设置在机架1上，第一螺套51分别套设于各第一丝杆53上，机架1上设有用于驱动各第一丝杆53同步旋转的第一旋转驱动组件54。第一螺套51与透光板52固定连接，并位于透光板52的上方，第一旋转驱动组件54驱动各第一丝杆53同步旋转，带动第一螺套51与透光板52水平移动，结构简单，操作方便。
本实施例中，如图1至图4所示，冲压机构3包括设于机架1上的平移架31和用于驱动平移架31平移的第二平移驱动组件，平移架31上设有冲压模具32和用于驱动冲压模具32升降的第三升降驱动件33，冲压模具32上设有加热件34。第二平移驱动组件驱动平移架31平移，使冲压模具32在铺粉槽2的正上方和侧上方之间平移。
本实施例中，第二平移驱动组件包括两根平行的第二丝杆35和分别设置在平移架31两侧的第二螺套36，第二丝杆35转动设置在机架1上，第二螺套36分别套设于各第二丝杆35上，机架1上设有用于驱动各第二丝杆35同步旋转的第二旋转驱动组件37。第二螺套36与平移架31固定连接，并位于平移架31的上方，第二旋转驱动组件37驱动各第二丝杆35同步旋转，带动第二螺套36与平移架31水平移动，结构简单，操作方便。冲压模具32的底部设有下凸的冲压部321，冲压部321与成形槽43和成形台44的形状适配。
本实施例中，冲压机构3和透光挡粉机构5上下交错设置，避免运动干涉。具体地，冲压机构3位于透光挡粉机构5的上方。各丝杆水平且平行设置。可在铺粉箱61上设置振动机构，防止铺粉箱61内残留粉末。
实施例二：
一种铺粉激光增材成形方法，采用实施例一的铺粉激光增材成形装置进行，包括如下步骤：
S1、确定铺粉厚度：升降粉床机构4升降调节，使升降粉床机构4的顶面与铺粉槽2顶面相距预定高度，以确定铺粉厚度；
S2、铺粉：在升降粉床机构4上平铺一层混合粉末；
S3、压粉：透光挡粉机构5平移至封堵在铺粉槽2顶部的槽口，升降粉床机构4上升，将其上的粉末压实；
S4、激光烧结：激光烧结机构在透光挡粉机构5的上方发射激光，激光通过透光挡粉机构5将升降粉床机构4上的粉末烧结成实体；
S5、冲压成形：将透光挡粉机构5从铺粉槽2顶部的槽口移走；将冲压机构3平移至铺粉槽2上方，与成形槽43上下对齐；第一升降驱动件45驱动成形台44下降预定距离；然后，冲压机构3下压将烧结的实体与成形槽43对应的部分下压成形。
本铺粉激光增材成形方法，将铺粉、压粉和冲压成形集成在一个装置上，缩短了加工时长，提高了生产效率；粉末在压实后进行激光烧结，成形工件尺寸精度和致密度高，质量好；在铺粉槽2内的升降粉床机构4上进行铺粉，粉末浪费少。本铺粉激光增材成形方法，能够提高生产效率和产品质量，能够减少粉末浪费和加工成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种铺粉激光增材成形装置，其特征在于：包括激光烧结机构、机架(1)和设于机架(1)下部且槽口朝上的铺粉槽(2)，所述铺粉槽(2)内设有用于放置粉末并可升降的升降粉床机构(4)，所述机架(1)于铺粉槽(2)的上方设有均可水平移动的冲压机构(3)和透光挡粉机构(5)，所述透光挡粉机构(5)用于封堵在铺粉槽(2)顶部的槽口以供升降粉床机构(4)上升压粉，所述激光烧结机构用于在透光挡粉机构(5)上方发射激光以将升降粉床机构(4)上的粉末烧结成实体，所述冲压机构(3)用于将升降粉床机构(4)上烧结的实体冲压成形，所述升降粉床机构(4)上设有与冲压机构(3)适配的成形槽(43)，所述成形槽(43)内设有与成形槽(43)适配的成形台(44)，所述成形槽(43)于成形台(44)的下方设有用于驱动成形台(44)升降的第一升降驱动件(45)。
2.根据权利要求1所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述升降粉床机构(4)包括放置在铺粉槽(2)内并与铺粉槽(2)适配的粉床(41)和设于粉床(41)下方用于驱动粉床(41)升降的第二升降驱动件(42)，所述成形槽(43)设于粉床(41)上。
3.根据权利要求1所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述透光挡粉机构(5)包括水平的透光板(52)和设于机架(1)上用于驱动透光板(52)水平移动的第一水平驱动组件。
4.根据权利要求3所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述第一水平驱动组件包括两根平行的第一丝杆(53)和分别设置在透光板(52)两侧的第一螺套(51)，所述第一丝杆(53)转动设置在机架(1)上，所述第一螺套(51)分别套设于各第一丝杆(53)上，所述机架(1)上设有用于驱动各第一丝杆(53)同步旋转的第一旋转驱动组件(54)。
5.根据权利要求1所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述冲压机构(3)包括设于机架(1)上的平移架(31)和用于驱动平移架(31)平移的第二平移驱动组件，所述平移架(31)上设有冲压模具(32)和用于驱动冲压模具(32)升降的第三升降驱动件(33)，所述冲压模具(32)上设有加热件(34)。
6.根据权利要求5所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述第二平移驱动组件包括两根平行的第二丝杆(35)和分别设置在平移架(31)两侧的第二螺套(36)，所述第二丝杆(35)转动设置在机架(1)上，所述第二螺套(36)分别套设于各第二丝杆(35)上，所述机架(1)上设有用于驱动各第二丝杆(35)同步旋转的第二旋转驱动组件(37)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述冲压机构(3)和透光挡粉机构(5)上下交错设置。
8.根据权利要求7所述的铺粉激光增材成形装置，其特征在于：所述透光挡粉机构(5)位于冲压机构(3)的下方。
9.一种铺粉激光增材成形方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的铺粉激光增材成形装置进行，包括如下步骤：
S1、确定铺粉厚度：升降粉床机构(4)升降调节，使升降粉床机构(4)的顶面与铺粉槽(2)顶面相距预定高度，以确定铺粉厚度；
S2、铺粉：在升降粉床机构(4)上平铺一层混合粉末；
S3、压粉：透光挡粉机构(5)平移至封堵在铺粉槽(2)顶部的槽口，升降粉床机构(4)上升，将其上的粉末压实；
S4、激光烧结：激光烧结机构在透光挡粉机构(5)的上方发射激光，激光通过透光挡粉机构(5)将升降粉床机构(4)上的粉末烧结成实体；
S5、冲压成形：将透光挡粉机构(5)从铺粉槽(2)顶部的槽口移走；将冲压机构(3)平移至铺粉槽(2)上方，与成形槽(43)上下对齐；第一升降驱动件(45)驱动成形台(44)下降预定距离；然后，冲压机构(3)下压将烧结的实体与成形槽(43)对应的部分下压成形。
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