CN116441570A - 一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增材制造技术领域，具体属于一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置及方法。一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置，包括：平台模块，所述平台模块呈矩形，其中部开设有一容置槽；刮刀模块，所述刮刀模块与所述平台模块滑动导向配合；铺粉模块，所述铺粉模块容置在所述容置槽内；所述铺粉模块顶部设有粉末槽；所述铺粉模块顶部还凹设有一与所述粉末槽垂直连通的铺粉槽。本发明通过对粉末进行铺粉，进而对单层铺粉粉末层进行表征，使粉末的物理特征与粉末的铺粉质量直接建立了联系，通过铺粉的均匀性和铺粉致密度可直接用来评价粉末的铺粉质量，同时铺粉质量的变化也可直接用于对粉末质量的评估，可以为指导粉末特征优化和改进提供支持。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体属于一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置及方法。
背景技术
激光粉末床熔融技术是金属增材制造领域中应用最广泛的成形技术之一，其具有较高的成形精度、优异的表面质量和良好的性能，在航空航天、生物医学和汽车行业获得了重要的应用。
激光粉末床熔融工艺高度依赖于激光和粉末层颗粒之间的相互作用，粉末床的铺粉质量是直接影响成形缺陷及性能的关键因素之一。提升粉末床铺粉质量可以减少粉末颗粒间空隙和粉末床内部铺粉缺陷，使相同工艺参数下成形更高的致密度，同时相同成形质量条件下，可扩宽成形工艺窗口范围，提升成形效率。
粉末床的铺粉质量主要受粉末特征影响，如粉末粒度、形貌、表面化学性质和流动性等，这些因素会影响粉末在动态条件下的铺粉质量。当前，可以通过粉末的物理特征去评价铺粉应用中的粉末质量，但粉末的各种物理特征参数并不能与粉末在粉末床上的铺粉质量直接建立联系，虽然通过对粉末进行实际的打印可以进行测试，但这样又存在测试周期长，材料浪费多的现象。因此，如何更有效便捷地评价不同粉末在粉末床上的铺粉质量，是指导粉末特征优化改进的有效手段之一。
在现有技术中，也公开有与检测铺粉质量相关的专利。如CN106312062B，就公开了一种检验铺粉质量的方法及増材制造设备，该方法在铺粉打印设备中完成，通过铺粉装置完成单层粉末铺设后，由光源先后单独照射成形区域，并通过拍摄装置先后对粉层进行两次拍摄，将得到的两张铺粉图像进行合成，判断合成后图像的整体灰度来评估打印设备铺粉是否成功，但该方法主要用来监测实际打印过程中，设备每层铺粉是否成功，并不能评估不同粉末的铺粉质量。另外，CN111842891B公开了一种提高金属粉床増材制造过程铺粉质量的装置，该装置在实际铺粉过程中，增加了压紧力实现对粉末层的碾压，提升了铺粉的致密度，但是并未给出打印粉末的铺粉粉层质量的评估。其次，CN112001909A公开了一种基于图像特征融合的粉末床缺陷视觉检测方法，其通过建立实际打印过程中粉末床缺陷算法模型，通过模型对粉末床铺粉和打印过程的缺陷进行实时的识别和监测，但该方法也并未涉及对不同粉末的铺粉质量的评估。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置及方法，其可以更有效便捷地评价不同粉末在粉末床上的铺粉质量，为指导粉末特征优化和改进提供支持。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明的第一个目的在于提供一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置，包括：
平台模块，所述平台模块呈矩形，其中部开设有一容置槽；
刮刀模块，所述刮刀模块与所述平台模块滑动导向配合；
铺粉模块，所述铺粉模块容置在所述容置槽内并与所述容置槽的形状及大小对应；所述铺粉模块顶部一端凹设有矩形的粉末槽，所述粉末槽的长度方向与所述刮刀模块滑动方向垂直；所述铺粉模块顶部还凹设有一与所述粉末槽垂直连通的铺粉槽。
更为优选的，所述容置槽呈矩形。
更为优选的，所述平台模块两侧均开设有一沿其长度方向延伸的导向槽；所述刮刀模块底部一体成型有与所述导向槽滑动导向配合的导向块。
更为优选的，所述粉末槽的高度大于所述铺粉槽的高度；所述铺粉模块的上表面和所述平台模块的上表面齐平。
更为优选的，所述平台模块上表面粗糙度Ra小于3.2μm；所述刮刀模块底部与平台模块接触的部分为橡胶或金属材质。
本发明的第二个目的在于提供一种利用所述评估増材制造粉末铺粉质量的装置评估铺粉质量的方法，包括以下步骤：
S1. 将截取的与所述铺粉槽长度一致的导电胶粘结在铺粉槽中，保持导电胶上表面平整；此时，导电胶上表面低于所述平台模块的上表面以形成落差；
S2. 将所述平台模块置于水平试验台上，将所述铺粉模块镶嵌入所述平台模块的容置槽内，并使所述铺粉槽的方向与所述刮刀模块滑动的方向平行；
S3. 将所述刮刀模块的导向块置于靠近所述粉末槽一端处的导向槽内，在粉末槽内填充粉末并使粉末高出所述铺粉模块的上表面；
S4. 推动所述刮刀模块，所述刮刀模块沿所述导向槽均匀向前滑动，在此过程中，所述刮刀模块推动高于所述铺粉模块上表面的粉末匀速向前移动并进入到铺粉槽内，铺粉的粉末被导电胶粘附并停留在导电胶表面，形成单层粉末层；
S5. 将所述铺粉模块从所述平台模块中取出，取出多余的粉末，将铺粉模块放入光镜或扫描电镜下，对导电胶上形成的单层粉末层进行拍照；
S6. 根据图片统计分析粉末层的铺粉均匀性及铺粉致密度，进而实现对铺粉质量的评估。
更为优选的，落差的大小取决于需要铺粉粉末厚度和粉末粒径大小。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）现有増材制造粉末物理特征不能直接评价粉末在实际铺粉过程中铺粉质量，而本发明通过对粉末进行铺粉，进而对单层铺粉粉末层进行表征，使粉末的物理特征与粉末的铺粉质量直接建立了联系，通过铺粉的均匀性和铺粉致密度可直接用来评价粉末的铺粉质量，同时铺粉质量的变化也可直接用于对粉末质量的评估，可以为指导粉末特征优化和改进提供支持；
（2）本发明采用与实际打印过程一致的装置模拟铺粉，替代了每批次粉末的实际打印验证测试粉末质量，对粉末的消耗极少，并且操作简便，省去了对每批粉末进行实际打印测试的过程，节省了时间成本和原材料成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明平台模块的结构示意图；
图3为本发明刮刀模块的结构示意图；
图4为本发明铺粉模块的结构示意图。
主要附图标记说明：
100、平台模块；101、容置槽；102、导向槽；
200、刮刀模块；201、导向槽；
300、铺粉模块；301、粉末槽；302、铺粉槽。
具体实施方式
下面结合对本发明专利的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属的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。
实施例
参阅附图1-3，一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置，包括：
平台模块100，平台模块100呈矩形，其中部开设有一矩形容置槽101；平台模块100尺寸为50mm×50-300mm×300mm，平台模块100上表面粗糙度Ra小于3.2μm；
刮刀模块200，刮刀模块200与平台模块100滑动导向配合；具体的：平台模块100两侧均开设有一沿其长度方向延伸的导向槽102；刮刀模块200底部一体成型有与导向槽102滑动导向配合的导向块201；导向槽102的宽度为5-15mm，深度为10-20mm，长度不低于50mm，导向槽102底壁平面粗糙度Ra小于3.2μm；导向块201的高度与导向槽102的深度相等；
铺粉模块300，铺粉模块300容置在容置槽101内并与容置槽101的形状及大小对应，且铺粉模块300的上表面和平台模块100的上表面齐平；铺粉模块300顶部一端凹设有矩形的粉末槽301，粉末槽301的长度方向与刮刀模块200滑动方向垂直；铺粉模块300顶部还凹设有一与粉末槽301垂直连通的铺粉槽302；更为具体的，刮刀模块200底部与平台模块100接触的部分为橡胶或金属材质，铺粉模块300的尺寸为20mm×20-200mm×200mm，粉末槽301的深度为0.5-2mm，宽度为5-10mm；铺粉槽302的宽度为5-20mm，深度为0.16-0.26mm。
利用本实施例中评估増材制造粉末铺粉质量装置评估铺粉质量的方法，包括以下步骤：
S1. 将截取的与铺粉槽302长度一致的导电胶粘结在铺粉槽302中，保持导电胶上表面平整；此时，导电胶上表面低于平台模块100的上表面以形成落差；落差的大小取决于需要铺粉粉末厚度和粉末粒径大小；
S2. 将平台模块100置于水平试验台上，将铺粉模块300镶嵌入平台模块100的容置槽101内，并使铺粉槽302的方向与刮刀模块200滑动的方向平行；
S3. 将刮刀模块200的导向块201置于靠近粉末槽301一端处的导向槽102内，在粉末槽301内填充粉末并使粉末高出铺粉模块300的上表面；
S4. 推动刮刀模块200，刮刀模块200沿导向槽102均匀向前滑动，在此过程中，刮刀模块200推动高于铺粉模块300上表面的粉末匀速向前移动并进入到铺粉槽302内，铺粉的粉末被导电胶粘附并停留在导电胶表面，形成单层粉末层；
S5. 将铺粉模块300从平台模块100中取出，取出多余的粉末，将铺粉模块300放入光镜或扫描电镜下，对导电胶上形成的单层粉末层进行拍照；
S6. 根据图片统计分析粉末层的铺粉均匀性及铺粉致密度，进而实现对铺粉质量的评估。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置，其特征在于，包括：
平台模块，所述平台模块呈矩形，其中部开设有一容置槽；
刮刀模块，所述刮刀模块与所述平台模块滑动导向配合；
铺粉模块，所述铺粉模块容置在所述容置槽内并与所述容置槽的形状及大小对应；所述铺粉模块顶部一端凹设有矩形的粉末槽，所述粉末槽的长度方向与所述刮刀模块滑动方向垂直；所述铺粉模块顶部还凹设有一与所述粉末槽垂直连通的铺粉槽。
2.根据权利要求1所述的评估増材制造粉末铺粉质量的装置，其特征在于，所述容置槽呈矩形。
3.根据权利要求1所述的评估増材制造粉末铺粉质量的装置，其特征在于，所述平台模块两侧均开设有一沿其长度方向延伸的导向槽；所述刮刀模块底部一体成型有与所述导向槽滑动导向配合的导向块。
4.根据权利要求1所述的评估増材制造粉末铺粉质量的装置，其特征在于，所述粉末槽的高度大于所述铺粉槽的高度；所述铺粉模块的上表面和所述平台模块的上表面齐平。
5.根据权利要求1所述的评估増材制造粉末铺粉质量的装置，其特征在于，所述平台模块上表面粗糙度Ra小于3.2μm；所述刮刀模块底部与平台模块接触的部分为橡胶或金属材质。
6.一种利用权利要求3所述评估増材制造粉末铺粉质量的装置评估铺粉质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将截取的与所述铺粉槽长度一致的导电胶粘结在铺粉槽中，保持导电胶上表面平整；此时，导电胶上表面低于所述平台模块的上表面以形成落差；
S2. 将所述平台模块置于水平试验台上，将所述铺粉模块镶嵌入所述平台模块的容置槽内，并使所述铺粉槽的方向与所述刮刀模块滑动的方向平行；
S3. 将所述刮刀模块的导向块置于靠近所述粉末槽一端处的导向槽内，在粉末槽内填充粉末并使粉末高出所述铺粉模块的上表面；
S4. 推动所述刮刀模块，所述刮刀模块沿所述导向槽均匀向前滑动，在此过程中，所述刮刀模块推动高于所述铺粉模块上表面的粉末匀速向前移动并进入到铺粉槽内，铺粉的粉末被导电胶粘附并停留在导电胶表面，形成单层粉末层；
S5. 将所述铺粉模块从所述平台模块中取出，去除多余的粉末，将铺粉模块放入光镜或扫描电镜下，对导电胶上形成的单层粉末层进行拍照；
S6. 根据图片统计分析粉末层的铺粉均匀性及铺粉致密度，进而实现对铺粉质量的评估。
7.根据权利要求6所述的评估铺粉质量的方法，其特征在于，步骤S1中，落差的大小取决于需要铺粉粉末厚度和粉末粒径大小。
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