增材制造设备复合压实铺粉装置及方法
【专利摘要】一种增材制造设备复合压实铺粉装置及方法，铺粉装置包括压力铺粉器，压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，用于铺设粉末材料；以及振动系统，振动系统用于对铺设的粉末材料进行振动压实。本发明铺粉装置由于压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，这样在铺粉过程中，疏松粉末进入涂敷面与铺粉平面形成的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，进一步由于振动系统对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末材料达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，因此提高了三维成型产品致密性，进而提高了其机械性能。
【专利说明】增材制造设备复合压实铺粉装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于快速成型制造领域，具体涉及一种增材制造设备复合压实铺粉装置及方法。
【背景技术】
[0002]快速成型技术(Rapid Prototyping,简称RP)是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)是近年来发展最为迅速的快速成型技术之一,其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光烧结工艺的基本过程是:送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至设定的粉末烧结温度，振镜控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
[0003]在上述现有技术中，铺粉装置一般采用的是铺粉辊筒或刮板，虽然现有铺粉装置也能够实现送粉铺粉的功能，但由于铺设的粉末呈疏松特性，即粉末颗粒与颗粒之间的间隙较大，因此由该疏松特性的粉末制造得到的三维成型产品致密性差，最终影响了三维成型产品的机械性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种能够提高三维成型产品致密性，即提高其机械性能的增材制造设备复合压实铺粉装置及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种增材制造设备复合压实铺粉装置，包括:
压力铺粉器，所述压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，用于铺设粉末；以及振动系统，所述振动系统用于对铺设的粉末进行振动压实。
[0006]进一步优选地，所述铺粉装置还包括导轨，所述导轨设置在工作台面的两侧；所述压力铺粉器设置在导轨上，并可在导轨上移动。
[0007]进一步优选地，所述压力铺粉器为铺粉板，所述铺粉板的底部包括第一区域和第二区域，所述第一区域内沿垂直于铺粉板运动的方向开有一条形槽，所述第二区域与铺粉平面呈一定角度倾斜。
[0008]进一步优选地，所述第二区域与铺粉平面呈0.1°?5°倾斜。
[0009]进一步优选地，所述压力铺粉器为铺粉板，所述铺粉板的底部包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域内沿垂直于铺粉板运动的方向开有一条形槽，所述第二区域和第三区域设置在第一区域的两侧，且所述第二区域与铺粉平面呈一定角度倾斜，所述第三区域与铺粉平面呈一定角度倾斜。
[0010]进一步优选地，所述第三区域与铺粉平面呈0.1°?5°倾斜。
[0011]进一步优选地，所述第三区域与第二区域对称设置在第一区域的两侧。
[0012]进一步优选地，所述振动系统包括振动板和超声波发生器，所述振动板设置在条形槽内，且振动板的长度大于或等于铺粉平面的宽度，所述超声波发生器与振动板相连，用于驱动振动板振动。
[0013]进一步优选地，所述铺粉装置还包括减震垫，所述减震垫设置在振动板与铺粉板之间。
[0014]进一步优选地，所述铺粉板的用于推动粉末的侧下部为弧面。
[0015]一种增材制造设备，包括用于对铺设粉末材料进行加热的加热器以及上述任一实施例的铺粉装置。
[0016]一种增材制造方法，包括以下步骤:
步骤一:采用具有一定倾斜角度的压力铺粉器将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上，并采用振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，加热器在粉末材料的铺设中进行加热；
步骤二:当粉末材料的温度达到烧结温度时，通过激光或其它能量源将铺好的粉末材料在与三维物体的横截面相应的层部位上进行固化；
重复步骤一和步骤二，直到三维物体完成。
[0017]进一步优选地，步骤一中可采用上述任一实施例的铺粉装置将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上。
[0018]进一步优选地，通过振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，使得粉末材料塑性变形。
[0019]本发明的增材制造设备复合压实铺粉装置，由于压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，这样在铺粉过程中，疏松粉末进入涂敷面与铺粉平面形成的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，进一步由于振动系统对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末材料达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，因此本发明增材制造设备复合压实铺粉装置提高了三维成型产品致密性，进而提高了其机械性能。
[0020]本发明的增材制造设备，通过包括上述具有减小粉末之间的间隙以及夯实粉末的铺粉装置，从而使得增材制造设备提高了三维成型产品的致密性，进而提高了其机械性能。
[0021]本发明的增材制造方法，通过采用具有一定倾斜角度的压力铺粉器将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上，并采用振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，这样便使得疏松粉末进入涂敷面与铺粉平面形成的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，进一步由于振动系统对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末材料达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，因此本发明增材制造方法提高了三维成型产品致密性，进而提高了其机械性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明增材制造设备复合压实铺粉装置提供的一实施例的俯视图；
图2是图1中铺粉板的一种实施方式的剖视图；
图3是图1中铺粉板的另一种实施方式的剖视图；
图4是本发明增材制造设备复合压实铺粉装置提供的另一实施例的俯视图；
图5是图4中铺粉板的一种实施方式的剖视图；
图6是图4中铺粉板的另一种实施方式的剖视图；
图例说明:
1、超声波发生器；2、铺粉板；3、振动板；4、导轨；5、铺粉平面；6、减震垫；7、侧下部。
【具体实施方式】
[0023]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。
[0024]本发明增材制造设备复合压实铺粉装置的核心在于，采用斜面铺粉以及边铺粉边振动的复合压实铺粉装置取代现有技术中的铺粉辊筒，这样可以对粉末材料起到更好的夯实作用，从而提高三维成型产品的致密性。发明人基于这一发明构思，经过创造性地劳动终于提供了一种增材制造设备复合压实铺粉装置，包括压力铺粉器，所述压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，用于铺设粉末；以及振动系统，所述振动系统用于对铺设的粉末进行振动压实。
[0025]具体实施中，所述铺粉装置还包括导轨，所述导轨设置在工作台面的两侧；所述压力铺粉器设置在导轨上，并可在导轨上移动。
[0026]具体实施中，所述压力铺粉器为铺粉板，所述铺粉板的底部包括第一区域和第二区域，所述第一区域内沿垂直于铺粉板运动的方向开有一条形槽，所述第二区域与铺粉平面呈一定角度倾斜。进一步优选地，所述铺粉板的底部还包括第三区域，所述第三区域与铺粉平面呈一定角度倾斜，这样可使得铺粉板往返运动于导轨上时，可以实现双向送粉铺粉，从而提高了铺粉装置的铺粉效率。进一步优选地，所述第三区域与第二区域对称设置在第一区域的两侧。
[0027]在此需说明的是，铺粉平面是指铺粉板所铺粉末的平面，通过在该铺粉平面上进行一层层的粉末烧结，最后得到三维成型产品，其中上述铺粉平面的宽度垂直于铺粉板的移动方向。具体实施中，上述铺粉板可采用钢件或铸件。
[0028]具体实施中，所述振动系统包括振动板和超声波发生器，所述振动板设置在条形槽内，且振动板的长度大于或等于铺粉平面的宽度，所述超声波发生器与振动板相连，用于驱动振动板振动。
[0029]另外，上述超声波发生器可设置在快速成型设备的电器柜上或设备腔体外任意可安装位置。
[0030]可以理解的是，上述铺粉板与驱动机构相连，驱动机构驱动铺粉板在导轨上移动，该驱动机构可为电机或其它动力源部件。在此需说明的是，由于本发明的发明点仅仅涉及的是铺粉装置的改进，而增材制造设备的其它部件为现有技术，因此在本申请中未对增材制造设备的整体结构进行详细阐述。
[0031]可以理解的是，上述压力铺粉器在铺设粉末的同时，加热器对铺设的粉末进行加热，由于加热器属于增材制造的现有部件，因此，在本发明的铺粉装置中未对其进行详细阐述。
[0032]作为本发明的另一种优选方式，所述铺粉装置还包括减震垫，所述减震垫设置在振动板与铺粉板之间，这样可以隔离或减小振动板对铺粉板的振动影响，从而保证增材制造设备工作的可靠性。
[0033]作为本发明的又一种优选方式，所述铺粉板的用于推动粉末的侧下部为弧面，该弧面可以增加待铺粉末的流动性，即增强铺粉效果。
[0034]为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并实现本发明的技术方案，下面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。
[0035]图1本发明增材制造设备复合压实铺粉装置提供的一实施例的俯视图，图2为图1中铺粉板的一种实施方式的剖视图，参阅图1和图2可知，增材制造设备复合压实铺粉装置包括导轨4，铺粉板2，振动板3，减震垫6以及超声波发生器I，所述导轨4设置在工作台面的两侧，伺服电机带动一进两出的转角减速机，使左右两根同步带带动铺粉板2在导轨4上移动，所述铺粉板2的底部包括第一区域I和第二区域II，所述第二区域II与铺粉平面5呈α角度倾斜，所述α角的取值范围为0.1°?5。，当然α角的具体倾斜角度值需要根据粉末的材质而定，例如当采用尼龙粉末时，α则可设定为0.5° -2°，所述第一区域I可与铺粉平面5平行，所述第一区域I内沿垂直于铺粉板2运动的方向开有一条形槽，所述振动板3通过减震垫6设置在条形槽内，且振动板3的长度略大于铺粉平面5的宽度d (如图1所示)，所述超声波发生器I与振动板3相连，用于驱动振动板3振动，即当铺粉板2由伺服电机带动铺粉的同时，超声波发生器I驱动振动板3振动，从而实现了边铺粉边振动粉末。该实施例铺粉装置在铺粉过程中，由于将铺粉板2底部的第二区域II设置为与铺粉平面5呈一定角度倾斜，这样疏松粉末进入第二区域II的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，当粉末继续进入第一区域I，进一步由于振动板3对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，因此本发明铺粉装置提高了三维成型产品的致密性，进而提高了其机械性能。
[0036]在上一实施例的基础上进一步优选地，可以将所述铺粉板2的用于推动粉末的侧下部7设置为弧面，如图3所示，这样增加了待铺粉末的流动性，即增强铺粉板2的铺粉效果O
[0037]图4本发明增材制造设备复合压实铺粉装置提供的另一实施例的俯视图，图5为图4中铺粉板的一种实施方式的剖视图，参阅图4和图5可知，增材制造设备复合压实铺粉装置包括导轨4，铺粉板2，振动板3，减震垫6以及超声波发生器1，所述导轨4设置在工作台面的两侧，伺服电机带动一进两出的转角减速机，使左右两根同步带带动铺粉板2在导轨4上移动，所述铺粉板2的底部包括第一区域1、第二区域II和第三区域III，所述第二区域II与铺粉平面5呈α角度倾斜，所述第三区域III与铺粉平面5呈β角度倾斜，且所述第三区域III与第二区域II对称设置在第一区域I的两侧，所述α，β角的取值范围为0.1°?5°，当然α，β角的具体倾斜角度值需要根据粉末的材质而定。所述第一区域I可与铺粉平面5平行，所述第一区域I内沿垂直于铺粉板2运动的方向开有一条形槽，所述振动板3通过减震垫6设置在条形槽内，且振动板3的长度略大于铺粉平面5的宽度d(如图4所示)，所述超声波发生器I与振动板3相连，用于驱动振动板3振动，即当铺粉板2由伺服电机带动铺粉的同时，超声波发生器I驱动振动板3振动，从而实现了边铺粉边振动粉末。该实施例与上一实施例(见图2)同样都可以起到夯实粉末的功能，不同点还在于，铺粉装置的铺粉板2的底部还包括第三区域III，所述第三区域III与铺粉平面5呈一定角度倾斜，且所述第三区域III与第二区域II对称设置在第一区域I的两侧，这样当铺粉板2在导轨4上从左向右移动时(如图5所示)，由于将铺粉板2底部的第二区域II设置为与铺粉平面5呈一定角度倾斜，这样当疏松粉末进入第二区域II的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，当粉末继续进入第一区域I，又由于振动板3对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用；而当铺粉板2在导轨上从右向左移动时，同理由于将铺粉板2底部的第三区域III设置为与铺粉平面5呈一定角度倾斜，这样当疏松粉末进入第三区域III的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，当粉末继续进入第一区域I，又由于振动板3对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，由上可知，该实施例可以实现双向铺粉，从而提高了铺粉装置的铺粉效率。
[0038]在上一实施例的基础上进一步优选地，可以将所述铺粉板2的用于推动粉末的侧下部7设置为弧面，如图6所示，这样增加了待铺粉末的流动性，即增强铺粉板2的铺粉效果O
[0039]本发明还提供了一种增材制造设备，所述增材制造设备包括用于对铺设粉末材料进行加热的加热器以及上述任一实施例的铺粉装置。
[0040]本发明还提供了一种增材制造方法，包括以下步骤:
步骤一:采用具有一定倾斜角度的压力铺粉器将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上，并采用振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，加热器在粉末材料的铺设中进行加热；
步骤二:当粉末材料的温度达到烧结温度时，通过激光或其它能量源(例如，电子束)将铺好的粉末材料在与三维物体的横截面相应的层部位上进行固化；
重复步骤一和步骤二，直到三维物体完成。
[0041]具体实施中，步骤一中可采用上述任一实施例的铺粉装置将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上。
[0042]具体实施中，通过振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，使得粉末材料塑性变形。
[0043]本发明的增材制造方法，通过采用具有一定倾斜角度的压力铺粉器将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上，并采用振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，这样便使得疏松粉末进入涂敷面与铺粉平面形成的夹角后，逐渐减小的空间便会使加热的疏松粉末得到相互挤压，从而使得粉末间的间隙变小，进一步由于振动系统对受挤压后的粉末进行振动加压，使得挤压后的粉末间隙分布排列得以稳固，即减小了铺设粉末的回弹，从而使得粉末材料达到了塑性变形，进而对铺平的粉末起到夯实作用，因此本发明增材制造方法提高了三维成型产品的致密性，进而提高了其机械性能。
[0044]以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，包括: 压力铺粉器，所述压力铺粉器具有一定倾斜角度的涂敷面，用于铺设粉末材料；以及 振动系统，所述振动系统用于对铺设的粉末材料进行振动压实。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述铺粉装置还包括导轨，所述导轨设置在工作台面的两侧；所述压力铺粉器设置在导轨上，并可在导轨上移动。
3.根据权利要求2所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述压力铺粉器为铺粉板，所述铺粉板的底部包括第一区域和第二区域，所述第一区域内沿垂直于铺粉板运动的方向开有一条形槽，所述第二区域与铺粉平面呈一定角度倾斜。
4.根据权利要求3所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述第二区域与铺粉平面呈0.1°~5°倾斜。
5.根据权利要求2所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述压力铺粉器为铺粉板，所述铺粉板的底部包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域内沿垂直于铺粉板运动的方向开有一条形槽，所述第二区域和第三区域设置在第一区域的两侦牝且所述第二区域与铺粉平面呈一定角度倾斜，所述第三区域与铺粉平面呈一定角度倾斜。
6.根据权利要求5所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述第三区域与铺粉平面呈0.1°~5°倾斜。
7.根据权利要求6所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述第三区域与第二区域对称设置在第一区域的两侧。
8.根据权利要求3-7任一项所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述振动系统包括振动板和超声波发生器，所述振动板设置在条形槽内，且振动板的长度大于或等于铺粉平面的宽度，所述超声波发生器与振动板相连，用于驱动振动板振动。
9.根据权利要求8所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述铺粉装置还包括减震垫，所述减震垫设置在振动板与铺粉板之间。
10.根据权利要求9所述的增材制造设备复合压实铺粉装置，其特征在于，所述铺粉板的用于推动粉末的侧下部为弧面。
11.一种增材制造设备，其特征在于，包括用于对铺设粉末材料进行加热的加热器，以及权利要求1-10任一项所述的铺粉装置。
12.—种增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:采用具有一定倾斜角度的压力铺粉器将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上，并采用振动系统对涂敷好的粉末材料进行振动压实，加热器在粉末材料的铺设中进行加热； 步骤二:当粉末材料的温度达到烧结温度时，通过激光或其它能量源将铺好的粉末材料在与三维物体的横截面相应的层部位上进行固化； 重复步骤一和步骤二，直到三维物体完成。
13.根据权利要求12所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤一中可采用权利要求1-10任一项权利要求所述的铺粉装置将粉末材料涂敷在载体的表面上或者最后固化的层上。
14.根据权利要求12或13所述的增材制造方法，其特征在于，通过振动系统对涂敷好的粉末材料进行振 动压实，使得粉末材料塑性变形。
【文档编号】B22F3/105GK104043830SQ201410298468
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】陈勃生, 周智阳 申请人:湖南华曙高科技有限责任公司