CN202239627U - 一种使用多种材料直接制造多个零件的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种使用多种材料直接制造多个零件的装置，包括中部设置有成型缸的底座，在成型缸底座的一侧设置有铺粉系统，铺粉系统包括柔性刮板和装粉料斗，在成型缸的上方设置有与激光系统连接的聚焦镜，所述成型缸的下方设置有丝杆，成型缸底座的平面上设置有沿Z轴方向运动的旋转辊，装粉料斗内被两块相互间隔的挡板隔开成两个小料斗。与现有技术相比本实用新型不仅可以广泛的应用于航空航天、医疗、汽车等技术领域，在保证能够成型任意可焊金属材料致密度稳定达到95％以上的同时，本实用新型可使用多种材料直接制造多个零件，具有结构简单，操作便捷，效率高、速度快、体积小、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于激光快速成型领域，具体涉及一种使用多种材料直接制造多个零件的装置。
背景技术
新产品的研发速度决定了产品投入市场的周期，快速成型技术在上世纪80年代开始出现，极大的改变了产品的制造理念和研发速率。随着激光器件、材料、控制和光学器件的不断完善与推进，快速成型技术也从光固化成型，蜡烧结成型逐渐向金属功能件的直接成型迈进。
选区激光熔化技术(SLM，Selective laser melting)，在国外已经广泛的应用于航空航天、医疗、汽车等行业，其能够成型任意的可焊金属材料，致密度可达到95％以上，且能够成型任意复杂几何形状的零件。针对一些特殊的使用要求，如新产品开发，新材料实验等，需要针对同一个功能结构件采用不同的材料进行成型，或者同一个零件由不同的材料加工而成，以验证材料的性能，提高产品的研发效率。目前为止，国内外通过SLM技术进行零件加工，一次只成型一种材料，而且该装置结构复杂，操作不够理想。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种效率高、结构简单，可使用多种材料直接制造多个零件的装置。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种使用多种材料直接制造多个零件的装置，包括中部设置有成型缸的底座，在成型缸底座的一侧设置有铺粉系统，所述铺粉系统包括柔性刮板和装粉 料斗，在成型缸的上方设置有与激光系统连接的聚焦镜，所述成型缸的下方设置有丝杆，所述成型缸底座的平面上设置有沿Z轴方向运动的旋转辊，所述装粉料斗内被两块相互间隔的挡板隔开成两个小料斗。
所述聚焦镜为f-θ聚焦镜。
所述装粉料斗的出料口呈“V”字型结构，所述柔性刮板设置于出料口的两侧壁上，所述柔性刮板为齿状薄不锈钢片。
所述齿状薄不锈钢片的厚度为0.03毫米～0.1毫米，不锈钢片的齿片之间缝宽为20微米～50微米。
所述柔性刮板与出料口的高度差为20微米～100微米。
与现有技术相比本实用新型的使用多种材料直接制造多个零件的装置，不仅可以广泛的应用于航空航天、医疗、汽车等技术领域，在保证能够成型任意可焊金属材料致密度稳定达到95％以上，本实用新型可针对一些特殊的使用要求，如新产品开发，新材料实验等，需要针对同一个功能结构件采用不同的材料进行成型，或者同一个零件由不同的材料加工而成，以验证材料的性能，提高产品的研发效率；本实用新型具有结构简单，操作便捷，效率高、速度快、体积小、成本低等优点。
附图说明
图1是本实用新型使用多种材料直接制造多个零件的装置结构示意图。
图2是图1铺粉系统的结构示意图。
图3是图1柔性刮板与出料口的装配结构示意图。
图4是成型件的结构示意图。
上述图中：底座1；旋转辊2；柔性刮板3；装粉料斗4；金属粉末5；铺粉系统6；聚焦后的激光束7；聚焦前的激光束8；聚焦镜9；成型件10；成型缸11；丝杆12；挡板14；出料口16；小料斗13、15。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例
如图1所示，本实用新型使用多种材料直接制造多个零件的装置，包括中部设置有成型缸11的底座1，在成型缸11的底座1一侧设置有铺粉系统6，该铺粉系统6包括柔性刮板3和装粉料斗4，在成型缸11的上方设置有与激光系统连接的聚焦镜9，成型缸11的下方设置有丝杆12，成型缸11底座1的平面上设置有沿Z轴方向运动的旋转辊2，如图2所示所述装粉料斗4内被两块相互间隔的挡板14隔开成两个小料斗13、15。该挡板14可以调整间距，聚焦镜9可采用f-θ聚焦镜。
如图3所示，所述装粉料斗4的出料口16呈“V”字型结构，所述柔性刮板3设置于出料口16的两侧壁上，所述柔性刮板3为齿状薄不锈钢片。
所述齿状薄不锈钢片的厚度为0.03毫米～0.1毫米，不锈钢片的齿片之间缝宽为20微米～50微米。
所述柔性刮板与出料口的高度差为20微米～100微米。
首先，SLM工艺描述如下：首先在计算机上设计出零件的三维实体模型，然后通过Magics软件对该三维模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据，通过轮廓数据生成控制激光束扫描的填充数据，将填充数据导入本装置，装置将按照这些填充数据，控制激光束选区熔化各层的金属粉末材料，伴随着成型缸11的下降与铺粉系统6的铺粉，层层堆积获得任意形状的三维模型。
装粉料斗4内被两块相互间隔的挡板14隔开成两个小料斗13、15(根据材料的种类数量来确定)。该挡板14之间可以调整间距，以阻止不同粉末之间的混合。每个小料斗13、15中盛一种金属粉末。柔性刮板3通过螺钉连接到装粉料斗4出料口16的侧壁两旁，柔性刮板3为光纤激光切割而成的齿状薄不锈钢片，厚度为0.03mm～0.1mm，不锈钢齿片之间的缝宽约为20微米～50微米。
零件开始成型前，装有金属粉末5的铺粉系统6先向底座1铺粉，在底座1上同时预置层厚20～100微米的多种金属粉末，激光根据各个零件当前层的填 充路径分别扫描各个零件的当前层，不同的金属粉末材料选用不同的加工参数(如扫描速度，扫描间距和扫描策略)。层扫描结束后，成型缸11下降20～100微米的层厚，装有多种金属粉末5的铺粉系统6重新预置一层粉末在前成型层上，系统调入下一层填充数据控制激光束继续扫描，直到多个零件加工结束。
与目前的SLM设备相比，本专利的核心是针对铺粉机构的重新设计。在具体操作中，材料的种类决定了铺粉机构上阁子的个数，且小料斗13、15之间需要有间隔的挡板14，将不同种材料在预置粉末过程中分开。另外，本专利另外一个是重点是针对不同材料加工时激光扫描参数的灵活调整改变，以保证不同材料都能够层层熔化。针对金属粉末5的材料的选用，最好采用粒度分布接近的材料，以保证每次铺粉时获得相近的铺粉效果(层厚与铺粉平整度)。
针对采用多种材料一次成型多个零件，一个难点是如何在成型后回收没有被激光熔化的金属粉末，保证材料重复使用，本专利建议两种粉末材料间采用具有一定粒度分布差别的金属粉末，如金属粉末5的粒度分布范围为15微米～25微米，而金属粉末5的粒度分布范围为40微米～60微米，当所有零件加工完成后，通过筛子将金属粉末分开，保证循环利用。
下面以成型件10为实例，说明本实用新型的工作原理：
通过本实用新型，一次可以成型至少两种材料，分别获得不同材料的成型零件，成型零件的形状可以相同或者不同。以一次成型不锈钢、纯钛零件为例，如图2所示，小料斗13与小料斗15分别装有对应的两种金属粉末5。铺粉系统6在成型缸11内的底座1表面先预置20-100微米层厚的金属粉末，铺粉后两种金属粉末有一定的间隙，间隙量通过铺粉系统6上的挡板14的间隔宽度来决定。铺粉系统6分别调入不锈钢零件和纯钛零件的扫描数据，以一种参数控制聚焦后的激光束7在不锈钢粉末上扫描(如激光功率150W，扫描速度600mm/s，扫描间距0.08mm，光斑大小0.1mm，层厚0.05mm)，扫描完成后，系统将采用另外一种成型参数在纯钛粉末上扫描(如激光功率120W，扫描速度300mm/s，扫描间距0.1mm，光斑大小0.1mm，层厚0.05mm)。然后，铺粉系统6重新铺上新的一层金属粉末，控制软件调入两个零件的第二层的成型参数，控制聚焦后 的激光束7以相应的参数分别扫描，层层加工获得多个零件。
如上所述便可较好的实现本实用新型。
上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种使用多种材料直接制造多个零件的装置，其特征在于：包括中部设置有成型缸的底座，在成型缸底座的一侧设置有铺粉系统，所述铺粉系统包括柔性刮板和装粉料斗，在成型缸的上方设置有与激光系统连接的聚焦镜，所述成型缸的下方设置有丝杆，所述成型缸底座的平面上设置有沿Z轴方向运动的旋转辊，所述装粉料斗内被两块相互间隔的挡板隔开成两个小料斗。
2.根据权利要求1所述的使用多种材料直接制造多个零件的装置，其特征在于：所述聚焦镜为f-θ聚焦镜。
3.根据权利要求1或2所述的使用多种材料直接制造多个零件的装置，其特征在于：所述装粉料斗的出料口呈“V”字型结构，所述柔性刮板设置于出料口的两侧壁上，所述柔性刮板为齿状薄不锈钢片。
4.根据权利要求3所述的使用多种材料直接制造多个零件的装置，其特征在于：所述齿状薄不锈钢片的厚度为0.03毫米～0.1毫米，不锈钢片的齿片之间缝宽为20微米～50微米。
5.根据权利要求3所述的使用多种材料直接制造多个零件的装置，其特征在于：所述柔性刮板与出料口的高度差为20微米～100微米。
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