CN215242896U - 一种选择性激光烧结上下混合供粉装置 - Google Patents

Abstract

一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，本实用新型为了解决现有激光烧结工艺在粉末材料结合成形过程中，供粉方式是下供粉，供粉箱无法同时供给不同种类粉末，以及每层烧结完成后剩余粉末无法分类回收的问题。本实用新型的左落粉箱、下供粉箱、成型箱和右落粉箱由左至右依次设置在外框架的下方，下供粉箱和成型箱中均设置有举升装置，预热装置设置在成型箱的正上方，预热装置可沿外框架滑动，激光振镜设置在预热装置的上方，上供粉箱固定在铺粉系统上，上供粉箱、铺粉系统通过两个T型直线滑轨机构和圆柱导轨滑块可沿圆柱导轨滑动，圆柱导轨固定在外框架上。本实用新型能够实现上下供粉及两种不同粉末按一定比例的激光烧结，还能够将未成型的粉末分类回收。

Description

一种选择性激光烧结上下混合供粉装置

技术领域

本实用新型属于激光烧结成型技术领域，具体涉及一种选择性激光烧结上下混合供粉装置。

背景技术

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或非金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。发展3D打印制造技术产业化对我国结构转型的战略意义重大，3D打印技术可以推动我国结构转型调整，提高制造业水平。

选择性激光烧结工艺(SLS)是最高端的3D打印技术之一，简称激光烧结技术，主要以粉末等作为材料，其原理是激光烧结粉末材料，使粉末材料结合成形。SLS技术同样使用层叠堆积成形原理，不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至整个模型成形。粉末在零件的成型过程中起着重要作用，但是目前关于仍存在以下问题：①目前传统的供粉方式仍然是下供粉；②供粉箱无法同时供给不同种类的粉末，在整个铺粉过程中只能铺同一种粉末，难以制备由不同粉末烧结形成的零件；③难以完成对每层烧结完成后剩余粉末的分类回收，循环利用。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有激光烧结工艺在粉末材料结合成形过程中，供粉方式是下供粉，供粉箱无法同时供给不同种类粉末，以及每层烧结完成后剩余粉末无法分类回收的问题，而提供一种选择性激光烧结上下混合供粉装置。

本实用新型为解决上述问题而采用的技术方案是：

一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其组成包括外框架、右落粉箱、成型箱、下供粉箱、举升装置、左落粉箱、铺粉系统、上供粉箱、预热装置、激光振镜、T型直线滑轨机构、圆柱导轨和圆柱导轨滑块，所述左落粉箱、下供粉箱、成型箱和右落粉箱由左至右依次设置在外框架的下方，下供粉箱和成型箱中均设置有举升装置，预热装置设置在成型箱的正上方，且预热装置的底部与成型箱的顶部距离为30cm，预热装置上的T型螺母与外框架的铝型材的槽口滑动连接，激光振镜设置在预热装置的上方，激光振镜的壳体固定在外框架上，上供粉箱设置在预热装置的下方，上供粉箱的上方与T型直线滑轨机构上的丝杠滑块连接，上供粉箱下方固定在铺粉系统上，铺粉系统固定在圆柱导轨滑块上，圆柱导轨滑块与圆柱导轨滑动连接，圆柱导轨固定在外框架上，两个T型直线滑轨机构对称设置在上供粉箱的两侧，且T型直线滑轨机构固定在外框架上。

进一步的，所述外框架为矩形六面体框架，各框均采用铝型材。

进一步的，所述右落粉箱、成型箱、下供粉箱和左落粉箱均为上方敞口的箱体结构。

进一步的，所述举升装置包括粉末支撑板、举升丝杠、举升电机、丝杠T形套、光杆和光杆T形套，举升丝杠的一端与举升电机的输出轴连接，举升丝杠的另一端插入粉末支撑板上的孔中并能自由转动，光杆的上端与粉末支撑板固定连接，光杆的下端与举升电机的电机板固定连接，丝杠T形套的内孔为螺纹孔，丝杠T形套与举升丝杠螺纹连接，光杆T形套套装在光杆上。

进一步的，所述铺粉系统包括承重板、铺粉锟、铺粉电机、内轴和铺粉轴承座，内轴的两端支撑在铺粉轴承座中，铺粉轴承座固定在承重板上，铺粉锟安装在内轴上，内轴的输入端与铺粉电机的输出轴连接。

进一步的，所述上供粉箱包括供粉电机、主动齿轮、供粉箱体、被动齿轮主动轴和被动轴，两个被动齿轮对称设置在主动齿轮的两侧，且两个被动齿轮均与主动齿轮啮合，主动齿轮和被动齿轮均设置在供粉箱体中，主动齿轮固装在主动轴上，被动齿轮固装在被动轴上，主动轴和被动轴均通过轴承支撑在供粉箱体上，主动轴的输入端与供粉电机的输出轴连接，供粉电机设置在供粉箱体外且固定在供粉箱体上，供粉箱体的底部设置有漏粉口，漏粉口的长度应大于主动齿轮的直径。

进一步的，所述漏粉口的长度应大于主动齿轮的直径。

进一步的，所述预热装置包括开口铁盒、把手、四根预热管、四个内六角圆柱头螺栓和四个T型螺母，开口铁盒的上设置有回形凹槽，回形凹槽的四个边槽中各放置一根预热管，把手设置在回形凹槽的背面，把手固定在开口铁盒上，开口铁盒的前后端面均设置有螺栓安装孔，每个螺栓安装孔配有一个内六角圆柱头螺栓和一个T型螺母，且内六角圆柱头螺栓穿过螺栓安装孔与T型螺母螺纹连接。

进一步的，所述激光振镜包括激光发射器、场镜、X振镜、Y振镜和壳体，X振镜水平设置在壳体内，且X振镜的尾部固定在壳体上，Y振镜与X振镜垂直设置，且Y振镜的尾部固定在壳体上，激光发射器与X振镜相对设置，且激光发射器安装在壳体上，场镜设置在壳体的外部下方，且场镜安装在壳体上。

进一步的，所述T型直线滑轨机构包括滑轨电机、滑轨丝杠、直线滑轨、两个丝杠滑块和两个滑轨轴承座，两个丝杠滑块均与滑轨丝杠螺纹连接，丝杠滑块与直线滑轨滑动连接，滑轨丝杠的两端分别与相对应的滑轨轴承座铰接，滑轨丝杠的输入端与滑轨电机的输出轴连接，滑轨轴承座固定在直线滑轨上。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型设计了上下两个供份箱，每个粉箱中装载的粉末不同，实现了上下混合供粉，既能够实现上供粉，又能够实现下供粉，可以同时供给不同种类的粉末，能够制备由不同粉末烧结的成型零件；改变了只有下供粉的传统供粉方式。

2、本实用新型设计了左右两个落粉箱，左右两落粉箱中所回收的粉末也是不同种类的粉末。下供粉箱供给的粉末会被回收至右落粉箱，上供粉箱供给的粉末会被回收至左落粉箱；实现了剩余粉末的分类回收及循环利用，提高了材料利用率。

3、本实用新型装置中的预热装置能够在水平方向移动；上供粉箱的供粉主要是通过3个相互啮合的齿轮来完成的。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构立体图；

图2是举升装置5的结构主视图；

图3是铺粉系统7的结构示意图；

图4是上供粉箱8的结构示意图；

图5是主动齿轮8-2与被动齿轮8-4啮合的示意图；

图6是预热装置9的结构示意图；

图7是激光振镜10的结构示意图；

图8是T型直线滑轨机构11的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图8说明本实施方式，本实施方式包括外框架1、右落粉箱2、成型箱3、下供粉箱4、举升装置5、左落粉箱6、铺粉系统7、上供粉箱8、预热装置9、激光振镜10、T型直线滑轨机构11、圆柱导轨12和圆柱导轨滑块13，所述左落粉箱6、下供粉箱4、成型箱3和右落粉箱2由左至右依次设置在外框架1的下方，且各粉箱被铝型材固定为一个整体并通过燕尾槽与外框架1固定连接，下供粉箱4和成型箱3中均设置有举升装置5，预热装置9设置在成型箱3的正上方，且预热装置9的底部与成型箱3的顶部距离为30cm，预热装置9上的T型螺母9-5与外框架1的铝型材的槽口滑动连接，激光振镜10设置在预热装置9的上方，激光振镜10的壳体固定在外框架1上，上供粉箱8设置在预热装置9的下方，上供粉箱8的上方与T型直线滑轨机构11上的丝杠滑块11-3连接，上供粉箱8下方固定在铺粉系统7上，铺粉系统7固定在圆柱导轨滑块13上，圆柱导轨滑块13与圆柱导轨12滑动连接，圆柱导轨12固定在外框架1上，两个T型直线滑轨机构11对称设置在上供粉箱8的两侧，且T型直线滑轨机构11固定在外框架1上。

本实施方式中，外框架1为矩形六面体框架，各框均采用铝型材。

本实施方式中，右落粉箱2、成型箱3、下供粉箱4和左落粉箱6均为上方敞口的箱体结构。

本实施方式中，举升装置5包括粉末支撑板5-1、举升丝杠5-2、举升电机5-3、丝杠T形套5-4、光杆5-5和光杆T形套5-6，举升丝杠5-2的一端与举升电机5-3的输出轴连接，举升丝杠5-3的另一端插入粉末支撑板5-1上的孔中并能自由转动，光杆5-5的上端与粉末支撑板5-1固定连接，光杆5-4的下端与举升电机5-3的电机板固定连接，丝杠T形套5-4的内孔为螺纹孔，丝杠T形套5-4与举升丝杠5-2螺纹连接，光杆T形套5-6套装在光杆5-5上。通过连接元件将丝杠T形套5-4、光杆T形套5-6与相应的成型箱3或下供粉箱4的底板固定连接。启动举升电机5-3，当下供粉箱4中的举升电机5-3正转时，举升丝杠5-2转动，下供粉箱4中的举升装置5向上移动一定距离，将下供粉箱4中的粉末推出下供粉箱4；当成型箱3中的举升电机5-3反转时，举升丝杠5-2转动，成型箱3中的举升装置5向下移动，为下次铺粉留足空间。

本实施方式中，铺粉系统7包括承重板7-1、铺粉锟7-2、铺粉电机7-3、内轴7-4和铺粉轴承座7-5，内轴7-4的两端支撑在铺粉轴承座7-5中，铺粉轴承座7-5固定在承重板7-1上，铺粉锟7-2安装在内轴7-4上，内轴7-4的输入端与铺粉电机7-3的输出轴连接，启动铺粉电机7-3，带动铺粉锟7-2转动。承重板7-1所承受的重量全部来自于上供粉箱8。

本实施方式中，上供粉箱8包括供粉电机8-1、主动齿轮8-2、供粉箱体8-3、被动齿轮8-4主动轴8-5和被动轴8-6，两个被动齿轮8-4对称设置在主动齿轮8-2的两侧，且两个被动齿轮8-4均与主动齿轮8-2啮合，主动齿轮8-2和被动齿轮8-4均设置在供粉箱体8-3中，主动齿轮8-2固装在主动轴8-5上，被动齿轮8-4固装在被动轴8-6上，主动轴8-5和被动轴8-6均通过轴承支撑在供粉箱体8-3上，主动轴8-5的输入端与供粉电机8-1的输出轴连接，供粉电机8-1设置在供粉箱体8-3外且固定在供粉箱体8-3上，供粉箱体8-3的底部设置有漏粉口8-3-1，漏粉口8-3-1的长度应大于主动齿轮8-2的直径。启动供粉电机8-1，带动主动齿轮8-2转动，两侧的被动齿轮8-4与主动齿轮8-2啮合转动，将供粉箱体8-3中的粉末从漏粉口8-3-1漏出。

本实施方式中，漏粉口8-3-1的长度应大于主动齿轮8-2的直径。这样设计便于粉从主动齿轮8-2与被动齿轮8-4的啮合处漏出。

本实施方式中，预热装置9包括开口铁盒9-2、把手9-3、四根预热管9-1、四个内六角圆柱头螺栓9-4和四个T型螺母9-5，开口铁盒9-2的上设置有回形凹槽9-2-1，回形凹槽9-2-1的四个边槽中各放置一根预热管9-1，把手9-3设置在回形凹槽9-2-1的背面，把手9-3固定在开口铁盒9-2上，开口铁盒9-2的前后端面均设置有螺栓安装孔9-2-2，每个螺栓安装孔9-2-2配有一个内六角圆柱头螺栓9-4和一个T型螺母9-5，且内六角圆柱头螺栓9-4穿过螺栓安装孔9-2-2与T型螺母9-5螺纹连接，T型螺母9-5与外框架1上的铝型材槽口滑动连接，需要预热装置9移动时，手动移动预热装置9，借助T型螺母9-5带动预热装置9实现在外框架1内左右滑动。

本实施方式中，激光振镜10包括激光发射器10-1、场镜10-2、X振镜10-3、Y振镜10-4和壳体10-5，X振镜10-3水平设置在壳体10-5内，且X振镜10-3的尾部固定在壳体10-5上，Y振镜10-4与X振镜10-3垂直设置，且Y振镜10-4的尾部固定在壳体10-5上，激光发射器10-1与X振镜10-3相对设置，且激光发射器10-1安装在壳体10-5上，场镜10-2设置在壳体10-5的外部下方，且场镜10-2安装在壳体10-5上。

本实施方式中，T型直线滑轨机构11包括滑轨电机11-1、滑轨丝杠11-2、直线滑轨11-3、两个丝杠滑块11-4和两个滑轨轴承座11-5，两个丝杠滑块11-4均与滑轨丝杠11-2螺纹连接，丝杠滑块11-4与直线滑轨11-3滑动连接，滑轨丝杠11-2的两端分别与相对应的滑轨轴承座11-5铰接，滑轨丝杠11-2的输入端与滑轨电机11-1的输出轴连接，滑轨轴承座11-5固定在直线滑轨11-3上。铺粉系统7和上供粉箱8借助上方的两个T型直线滑轨机构11以及下方的圆柱导轨12实现铺粉系统7和上供粉箱8在水平方向的移动。

本实用新型的工作原理：

本装置的供粉、铺粉、激光烧结及剩余粉末回收过程为：

本实用新型的上下混合供粉装置启动前，上供粉箱8位于外框架1的最左端，下供粉箱4中举升装置5的粉末支撑板5-1位于箱体中间靠下的位置并且箱中装满了粉末材料，成型箱3中举升装置5的粉末支撑板5-1上表面与箱体上表面位于同一水平位置；

下供粉箱4的供粉和铺粉：启动下供粉箱4中的举升电机5-3正转，举升装置5随着举升丝杠5-2的转动而竖直向上移动，并将下供粉箱4中装有的粉末推出下供粉箱4一段距离，与此同时，启动成型箱3中的举升电机5-3反转，举升装置5随着举升丝杠5-2的转动而竖直向下移动相同的距离；启动滑轨电机11-1正转，丝杠滑块11-4随着滑轨丝杠11-2的转动沿着圆柱导轨12向右移动，并带动铺粉系统7和上供粉箱8从最左侧向最右侧移动，与此同时铺粉锟7-2会在铺粉电机7-3的带动下转动，铺粉系统7由左向右移动过程中，便将下供粉箱4中推出的粉末推入成型箱3中铺平，并将铺平后剩余的粉末直接推入右落粉箱2中，下供粉箱4的供粉与铺粉过程完成；

激光烧结：随后激光振镜10中激光发射器10-1发射的激光经过X振镜10-3与Y振镜10-4的反射，由场镜10-2射向成型箱3并进行扫描和烧结；

上供粉箱8的供粉和铺粉：第一次烧结完后，启动成型箱3中的举升电机5-3反转，举升装置5随着举升丝杠5-2的转动而竖直向下移动与上次相同的距离，启动滑轨电机11-1反转，丝杠滑块11-4随着滑轨丝杠11-2的转动沿着圆柱导轨12向左移动，并带动铺粉系统7和上供粉箱8从最右侧向最左侧移动，当上供粉箱8运动至成型箱3上方且漏粉口8-3-1刚好全部位于成型箱3上方时，启动供粉电机8-1，带动主动齿轮8-2转动，主动齿轮8-2带动两侧的被动齿轮8-4相啮合转动，将上供粉箱8中的粉末从漏粉口8-3-1漏在成型箱3中，当漏粉口准备离开成型箱3上方时，停止漏粉，在刚开始漏粉时，铺粉锟7-2会在铺粉电机7-3的带动下转动，铺粉系统7由右向左移动过程中，便将漏至成型箱3上的粉末铺平，并将铺平后剩余的粉末直接推入左落粉箱6中，上供粉箱8的供粉与铺粉过程完成；

然后继续重复以上步骤再次完成第二次烧结。此后，循环以上步骤直到零件成型为止。

Claims (10)

1.一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述供粉装置包括外框架(1)、右落粉箱(2)、成型箱(3)、下供粉箱(4)、举升装置(5)、左落粉箱(6)、铺粉系统(7)、上供粉箱(8)、预热装置(9)、激光振镜(10)、T型直线滑轨机构(11)、圆柱导轨(12)和圆柱导轨滑块(13)，所述左落粉箱(6)、下供粉箱(4)、成型箱(3)和右落粉箱(2)由左至右依次设置在外框架(1)的下方，下供粉箱(4)和成型箱(3)中均设置有举升装置(5)，预热装置(9)设置在成型箱(3)的正上方，且预热装置(9)的底部与成型箱(3)的顶部距离为30cm，预热装置(9)上的T型螺母(9-5)与外框架(1)的铝型材的槽口滑动连接，激光振镜(10)设置在预热装置(9)的上方，激光振镜(10)的壳体固定在外框架(1)上，上供粉箱(8)设置在预热装置(9)的下方，上供粉箱(8)的上方与T型直线滑轨机构(11)上的丝杠滑块(11-4)连接，上供粉箱(8)下方固定在铺粉系统(7)上，铺粉系统(7)固定在圆柱导轨滑块(13)上，圆柱导轨滑块(13)与圆柱导轨(12)滑动连接，圆柱导轨(12)固定在外框架(1)上，两个T型直线滑轨机构(11)对称设置在上供粉箱(8)的两侧，且T型直线滑轨机构(11)固定在外框架(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述外框架(1)为矩形六面体框架，各框均采用铝型材。

3.根据权利要求1或2所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述右落粉箱(2)、成型箱(3)、下供粉箱(4)和左落粉箱(6)均为上方敞口的箱体结构。

4.根据权利要求3所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述举升装置(5)包括粉末支撑板(5-1)、举升丝杠(5-2)、举升电机(5-3)、丝杠T形套(5-4)、光杆(5-5)和光杆T形套(5-6)，举升丝杠(5-2)的一端与举升电机(5-3)的输出轴连接，举升丝杠(5-2)的另一端插入粉末支撑板(5-1)上的孔中并能自由转动，光杆(5-5)的上端与粉末支撑板(5-1)固定连接，光杆(5-5)的下端与举升电机(5-3)的电机板固定连接，丝杠T形套(5-4)的内孔为螺纹孔，丝杠T形套(5-4)与举升丝杠(5-2)螺纹连接，光杆T形套(5-6)套装在光杆(5-5)上。

5.根据权利要求4所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述铺粉系统(7)包括承重板(7-1)、铺粉锟(7-2)、铺粉电机(7-3)、内轴(7-4)和铺粉轴承座(7-5)，内轴(7-4)的两端支撑在铺粉轴承座(7-5)中，铺粉轴承座(7-5)固定在承重板(7-1)上，铺粉锟(7-2)安装在内轴(7-4)上，内轴(7-4)的输入端与铺粉电机(7-3)的输出轴连接。

6.根据权利要求5所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述上供粉箱(8)包括供粉电机(8-1)、主动齿轮(8-2)、供粉箱体(8-3)、被动齿轮(8-4)主动轴(8-5)和被动轴(8-6)，两个被动齿轮(8-4)对称设置在主动齿轮(8-2)的两侧，且两个被动齿轮(8-4)均与主动齿轮(8-2)啮合，主动齿轮(8-2)和被动齿轮(8-4)均设置在供粉箱体(8-3)中，主动齿轮(8-2)固装在主动轴(8-5)上，被动齿轮(8-4)固装在被动轴(8-6)上，主动轴(8-5)和被动轴(8-6)均通过轴承支撑在供粉箱体(8-3)上，主动轴(8-5)的输入端与供粉电机(8-1)的输出轴连接，供粉电机(8-1)设置在供粉箱体(8-3)外且固定在供粉箱体(8-3)上，供粉箱体(8-3)的底部设置有漏粉口(8-3-1)，漏粉口(8-3-1)的长度应大于主动齿轮(8-2)的直径。

7.根据权利要求6所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述漏粉口(8-3-1)的长度应大于主动齿轮(8-2)的直径。

8.根据权利要求7所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述预热装置(9)包括开口铁盒(9-2)、把手(9-3)、四根预热管(9-1)、四个内六角圆柱头螺栓(9-4)和四个T型螺母(9-5)，开口铁盒(9-2)的上设置有回形凹槽(9-2-1)，回形凹槽(9-2-1)的四个边槽中各放置一根预热管(9-1)，把手(9-3)设置在回形凹槽(9-2-1)的背面，把手(9-3)固定在开口铁盒(9-2)上，开口铁盒(9-2)的前后端面均设置有螺栓安装孔(9-2-2)，每个螺栓安装孔(9-2-2)配有一个内六角圆柱头螺栓(9-4)和一个T型螺母(9-5)，且内六角圆柱头螺栓(9-4)穿过螺栓安装孔(9-2-2)与T型螺母(9-5)螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述激光振镜(10)包括激光发射器(10-1)、场镜(10-2)、X振镜(10-3)、Y振镜(10-4)和壳体(10-5)，X振镜(10-3)水平设置在壳体(10-5)内，且X振镜(10-3)的尾部固定在壳体(10-5)上，Y振镜(10-4)与X振镜(10-3)垂直设置，且Y振镜(10-4)的尾部固定在壳体(10-5)上，激光发射器(10-1)与X振镜(10-3)相对设置，且激光发射器(10-1)安装在壳体(10-5)上，场镜(10-2)设置在壳体(10-5)的外部下方，且场镜(10-2)安装在壳体(10-5)上。

10.根据权利要求9所述的一种选择性激光烧结上下混合供粉装置，其特征在于：所述T型直线滑轨机构(11)包括滑轨电机(11-1)、滑轨丝杠(11-2)、直线滑轨(11-3)、两个丝杠滑块(11-4)和两个滑轨轴承座(11-5)，两个丝杠滑块(11-4)均与滑轨丝杠(11-2)螺纹连接，丝杠滑块(11-4)与直线滑轨(11-3)滑动连接，滑轨丝杠(11-2)的两端分别与相对应的滑轨轴承座(11-5)铰接，滑轨丝杠(11-2)的输入端与滑轨电机(11-1)的输出轴连接，滑轨轴承座(11-5)固定在直线滑轨(11-3)上。

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