CN204504220U - 一种改进的三维物体增材制造装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种改进的三维物体增材制造装置，包括激光发生器、扩束镜、F-θ镜、供粉机构、工作缸、铺粉辊及电机，工作缸由并排设置的左、右回收缸及成型缸组成，铺粉辊可在电机驱动下沿成型缸表面做横向往复移动，供粉机构由按上下位设置的供粉缸和送粉漏斗组成，在成型缸的上方设置有一个可在电机驱动下驱使送粉漏斗做横向移动的移动轨道，在移动轨道上设置有位置传感器，送粉漏斗上设置有料位传感器，激光发生器发出的光束经扩束镜和F-θ镜后可照射在成型缸的指定位置处。本实用新型可以避免铺粉时粉料堆积以及避免已成型层的偏移和已铺粉表面的破坏，同时达到一次铺粉、两次压实的铺粉效果，进而间接地提高成型零件的强度。

Description

一种改进的三维物体增材制造装置
技术领域
本实用新型属于零件成型制造技术领域，涉及一种可用于选择性激光烧结、3D-Print等快速成型工艺的三维物体增材制造装置。
背景技术
目前在以粉料为原料制造三维物体的增材制造设备中，常见的送粉铺粉方式是通过供粉缸的提升和铺粉辊的往复运动相配合完成的。例如在专利CN 201735793公开的快速成型设备中，送粉铺粉设备包括一个成型缸和位于成型缸两侧的两个供粉缸，三个缸体的上部处于同一平面，平面上方设有与平面相切的铺粉辊。上述现有设备的送粉铺粉方法是：成型缸下降一层烧结层厚度，上升供粉缸挤出一定量的粉料量，铺粉辊将供粉缸粉料推移至成型缸，并在成型缸表面将粉末铺平,待一层粉末烧结后，再使成型缸下降一层烧结层厚度，之后再供粉、铺粉，如此循环往复，直至整个零件成型。这样的送粉铺粉方式往往存在以下的不足之处：(1)供粉缸一次性提供每层所需要的粉料，在铺粉辊推移供粉缸粉料至成型缸过程中，在铺粉辊前端会造成大量粉末堆积，当粉末堆积至一定量时，粉料会溢流至铺粉辊后方，造成已铺粉面破坏；(2)在铺粉辊推移大量粉料在成型缸进行铺粉时，经常会产生已成型层在铺粉方向上发生偏移，这种情况尤其在零件成型前几层后尤为严重，其原因是铺粉辊前端积累大量的粉料，粉料越多，对已成型层的压力就越大，进而增大摩擦力，在铺粉推力作用下极易造成已成型层的偏移；(3)铺粉紧靠铺粉辊弧度压实粉末一次，粉末往往不易压实，这样加工的零件孔隙率较高，强度较低。基于上述问题，本领域目前需要一种送粉时粉末不会堆积且铺粉较为紧实的增材制造装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提出了一种改进的三维物体增材制造装置，采用该增材制造装置可以避免铺粉时粉料堆积以及避免已成型层的偏移和已铺粉表面的破坏，同时达到一次铺粉、两次压实的铺粉效果，进而间接地提高成型零件的强度。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的改进的三维物体增材制造装置包括激光发生器、扩束镜、F-θ镜、供粉机构、工作缸、铺粉辊及电机，其中，工作缸由沿横向依次等高并排设置的左回收缸、成型缸和右回收缸组成，在成型缸内设置有由电机驱动的可升降的制作板，铺粉辊可在电机驱动下沿成型缸表面做横向往复移动，供粉机构位于工作缸的上方，由按上下位设置的供粉缸和送粉漏斗组成，在成型缸的上方设置有一个可在电机驱动下驱使送粉漏斗做横向移动的移动轨道，在移动轨道上设置有用以检测送粉漏斗的实时位置的位置传感器，在送粉漏斗上设置有用以监测漏斗粉料剩余量的料位传感器，激光发生器发出的光束经扩束镜和F-θ镜后可照射在成型缸的指定位置处。
本实用新型的技术解决方案还包括：在移动轨道的两端设有送粉漏斗移动限位机构，两限位机构分别位于左、右回收缸的正上方。
本实用新型的技术解决方案还包括：在移动轨道上设置的位置传感器为灵敏度是0.05mm～1.0mm的激光位移传感器或电阻式位移传感器。
本实用新型的技术解决方案还包括：在送粉漏斗上设置的料位传感器为灵敏度是0.5mm～5.0mm的电容料位传感器或超声波料位传感器。
本实用新型的技术方案还包括：供粉缸设在右回收缸的正上方。
本实用新型用于制作三维物体零件的工作过程主要分为以下几个步骤：
1、加工之前，获取加工零件的三维实体模型，通过计算机软件对三维实体进行分层处理，得到实体的各层截面信息；零件加工时，激光发生器发出激光经扩束镜扩束后到达F-θ镜，供粉缸对送粉漏斗供粉；
2、根据粉末材料流动性、密度、成型缸工作面大小及分层厚度设定送粉漏斗向成型缸的送粉位置以及送粉时间；
3、使成型缸的制作板下降ε1h距离，(ε1为下降系数，ε1的取值范围为1～3，h为分层厚度)，送粉漏斗自成型缸右端移向左端，并在设定的送粉位置处停留一定送粉时间，对该位置处供送一定量的粉料，以保证此送粉位置与下一个送粉位置有足够的粉料，然后送粉漏斗移向下一个送粉点，直至送粉完成，最终送粉漏斗停留在左极限位置处；
4、铺粉辊自成型缸右端移向左端，将成型缸工作表面各个指定位置处的粉料铺平并进行第一次压实，此时铺平的粉末具有较低的致密性；
5、铺粉辊达到成型缸左端后，成型缸的制作板上升(ε1-1)h，以此保证每层加工时，制作板下降一个分层厚度h，铺粉辊自左向右移动，并将成型缸上升后凸出的粉料进行第二次压实，多余的粉料推移至回收缸；
6、F-θ镜按照该层的截面轮廓信息将激光反射到成型缸工作面，对该层粉料选择性烧结；
7、烧结完成后，使成型缸的制作板再下降ε1h，送粉漏斗自左向右进行下一层铺粉，如此循环往复，直至整个零件成型。
与现有技术相比，本实用新型具有的如下优点：
一、本实用新型采用送粉漏斗分段送粉的方式，将每个实体层所需的粉料分散开来，避免了一次性将粉料从成型缸一侧移向另一侧时产生的粉末溢流至铺粉辊后侧造成的已铺粉面被破坏，以及大量粉末堆积造成对已成型层摩擦力增大产生的偏移现象；
二、本实用新型采用成型缸的制作板先下降后上移的工作方式，使设备在一次送粉过程中可以进行两次铺粉压实的动作，再借助于铺粉辊的弧度端面，使得粉末紧实性极大提高，增加成型零件强度；
三、本实用新型结构中，送粉漏斗的送粉位置及送粉时间可调节，适用于多种材料的成型；另外，本实用新型由于采用送粉漏斗送粉，也减小了设备的体积。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的结构原理示意图。
图2是送粉漏斗分段送粉示意图。
附图中各数字标号的名称分别是：1－激光发生器，2－扩束镜，3－F-θ镜，4－供粉缸，5－送粉漏斗，6－移动轨道，7－位置传感器，8－铺粉辊，9－成型缸，10－左回收缸，11－右回收缸，12－料位传感器。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。
参见附图，本实用新型所述的三维物体增材制造装置由激光发生器1、扩束镜2、F-θ镜3、供粉缸4、送粉漏斗5、移动轨道6、位置传感器7、铺粉辊8、成型缸9、左回收缸10和右回收缸11以及料位传感器12等组成。左、右回收缸10、11分设在成型缸9的两侧，在成型缸9内设置有由电机驱动的可升降的制作板，铺粉辊8可在电机驱动下沿成型缸9表面做横向往复移动。移动轨道6设置在成型缸9的上方，送粉漏斗5可在移动轨道左极限位置和右极限位置间往复移动，供粉缸4设在装置右侧上方，其出料口正对移动轨道上送粉漏斗5的右极限位置。送粉漏斗5上设置有监测送粉漏斗5粉料剩余量的料位传感器12，所述料位传感器12灵敏度是2mm的电容料位传感器，在送粉漏斗5粉料不足时，由供粉缸4对其供粉。送粉漏斗5处在移动轨道的左、右极限位置分别正对左、右回收缸10、11，以免送粉漏斗粉料散落它处。在移动轨道6上设置有用于检测送粉漏斗5的实时位置的位置传感器7，所述位置传感7为电阻应变式传感器，量程为0mm～400mm，灵敏度为1.0mm，工作时位置传感器7位置的标定与量程应与成型缸工作面长度一致。送粉漏斗5在移动轨道上移动时采用分段送粉方式，即送粉漏斗5在移动轨道6上移动，在位置传感器7的检测下，当送粉漏斗5移动至设定好的位置时，由控制程序进行送粉动作，将粉料送至成型缸9，该送粉动作完成后停止送粉，送粉漏斗5移动至下一个指定位置继续送粉。送粉漏斗送粉位置的设定根据粉料颗粒的大小、粉末的密度、零件加工分层层厚而定，一般设定为2～4个位置。图2所示实施例中，送粉漏斗5的分段送粉分为3段，人工设定3个送粉位置，当位置传感器7检测到送粉漏斗5到达制定送粉位置时，由控制程序启动送粉动作。工作过程中，送粉漏斗5自成型缸9右端移向左端，并在设定的送粉位置处停留一定送粉时间，对该位置处供送一定量的粉料，然后移向下一个送粉点，直至送粉完成，最终送粉漏斗停留在左极限位置处。激光发生器1、扩束镜2及F-θ镜3均设置在成型缸9上方，激光发生器1发出的光束经扩束镜2和F-θ镜3后可照射在成型缸9的指定位置处。

Claims (5)

1.一种改进的三维物体增材制造装置，包括激光发生器(1)、扩束镜(2)、F-θ镜(3)、供粉机构、工作缸、铺粉辊(8)及电机，其特征在于：所述的工作缸由沿横向依次等高并排设置的左回收缸(10)、成型缸(9)和右回收缸(11)组成，在成型缸(9)内设置有由电机驱动的可升降的制作板，铺粉辊(8)可在电机驱动下沿成型缸(9)表面做横向往复移动，供粉机构位于工作缸的上方，由按上下位设置的供粉缸(4)和送粉漏斗(5)组成，在成型缸(9)的上方设置有一个可在电机驱动下驱使送粉漏斗(5)做横向移动的移动轨道(6)，在移动轨道(6)上设置有用以检测送粉漏斗(5)的实时位置的位置传感器(7)，在送粉漏斗(5)上设置有用以监测漏斗粉料剩余量的料位传感器(12)，激光发生器(1)发出的光束经扩束镜(2)和F-θ镜(3)后可照射在成型缸(9)的指定位置处。
2.根据权利要求1所述的改进的三维物体增材制造装置，其特征在于：在移动轨道(6)的两端设有送粉漏斗移动限位机构，两限位机构分别位于左、右回收缸(10、11)的正上方。
3.根据权利要求1所述的改进的三维物体增材制造装置，其特征在于：在移动轨道(6)上设置的位置传感器(7)为灵敏度是0.05mm～1.0mm的激光位移传感器或电阻式位移传感器。
4.根据权利要求1所述的改进的三维物体增材制造装置，其特征在于：在送粉漏斗(5)上设置的料位传感器(12)为灵敏度是0.5mm～5.0mm的电容料位传感器或超声波料位传感器。
5.根据权利要求1所述的改进的三维物体增材制造装置，其特征在于：供粉缸(4)设在右回收缸(11)的正上方。
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