一种应用于激光增材制造的铺粉装置的制作方法

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种应用于激光增材制造的铺粉装置。

背景技术：

因具有柔性化程度高、产品性能优良、材料适应性广泛等一系列优点，激光增材制造技术已经成为金属零件加工领域的研究热点。

根据工艺特性的不同，激光增材制造技术可分为同步送料、预置铺粉、同步送料与预置铺粉相结合三种类型。其中，同步送料激光增材制造技术包括激光熔覆沉积与激光送丝沉积，在加工过程中利用同轴送料喷嘴将金属粉末/金属丝同步运送至由激光束辐照形成的动态熔池中，完成金属粉末/金属丝的熔化、凝固成形，具有较高的成形效率，但仅能成形简单形状产品。预置铺粉激光增材制造技术主要指激光选区熔化，其预先使用刮刀在基板上方铺设一层具有一定厚度的金属粉末，再利用扫描振镜输出激光束，实现对粉末层的选择性熔化/凝固成形。该技术可成形复杂形状产品，但必须使用成形缸来容纳基板和基板上方的零件及粉末床，如需成形大尺寸零件，则必须使用大尺寸的成型缸，而后者承载的大量粉末会给装备的机械运动部件带来巨大的负荷，大幅度提升装备的制造难度与维护成本。

与前述两种类型的激光增材制造技术相较，同步送料与预置铺粉相结合的激光增材制造方法具有更为广阔的应用前景,其首先以激光熔覆沉积或激光送丝沉积的方式在基板表面制备一层形状与金属零件层相适应的闭合随形缸体，然后以随形缸体为铺粉基准，在随形缸体内部铺置粉末层，并采用扫描振镜选区熔化粉末床成形零件切片层，还可根据精度需求在制造下一随形缸体切片层前对已成形的金属零件片层进行机械加工。这种方法不仅继承了激光选区熔化技术可成形复杂结构的优点，还突破了常规激光选区熔化设备中尺寸固定成型缸对零部件尺寸的限制，同时避免了现有激光增材制造中零件内表面精度难以达标的问题，可一次性地制造各种尺寸及结构的高精度金属零件。

由工作原理决定，同步送料与预置铺粉相结合的激光增材制造技术在成形金属零件时，粉末床的水平截面轮廓一般会沿零件竖直方向变化。然而，现有的铺粉装置通常只能铺置水平截面轮廓固定的粉末床。为保证零件成形过程中每层粉末均能完整铺置，必须使用有效铺粉区域可将随形缸体最大水平截面覆盖的铺粉装置，这无疑会导致在大多数粉末层的铺置过程中出现多余粉末散落至随形缸体之外区域的情况，造成粉末原料的浪费。因此，开发一种铺粉区域可在零件制造过程中灵活调整的铺粉装置具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提出了一种应用于激光增材制造的铺粉装置，旨在提升同步送料与预置铺粉相结合的激光增材制造技术的粉末原料利用率。

本发明提供的一种应用于激光增材制造的铺粉装置，其特征在于，该装置包括储粉组件、选区铺粉组件和辅助移动组件；

所述储粉组件包括储粉舱与转轴；储粉舱用于存储金属粉末；转轴安装于储粉舱下方，用于在金属零件的激光增材制造过程中通过轴向转动将储粉舱存储的金属粉末提供给所述选区铺粉组件；

所述选区铺粉组件位于储粉组件下方，包括框架、活动挡板、伸缩机构和刮刀；活动挡板可在伸缩机构带动下，与框架的一部分共同构成临时储粉空间；在金属零件的激光增材制造过程中，临时储粉空间首先移动至储粉组件下方，并接受储粉组件所提供的金属粉末；然后，临时储粉空间驶向零件增材制造区域上方；待临时储粉空间运行至需要铺粉的位置上方后，活动挡板在伸缩机构带动下将临时储粉空间内的粉末选择性地落下；刮刀用于将临时储粉空间落下的金属粉末铺置为均匀的粉末床；

所述辅助移动组件包括左右移动机构与竖直移动机构；左右移动机构用于带动选区铺粉组件在零件增材制造区域沿左右方向往复移动；竖直移动机构用于带动选区铺粉组件在零件增材制造区域沿竖直方向往复移动。

上述技术方案可以采用下述一种或任几种方式进行改进：

所述储粉舱安装在激光增材设备的工作腔体上方，储粉舱下部呈体积逐渐缩小的漏斗形，漏斗底部具有一个落粉口；转轴安装在所述落粉口下方，能够沿轴向转动，且表面开设有若干键槽；

所述框架包含竖直板与矩形储粉槽；竖直板前后两端分别设置有第一、第二定位块；环形储粉槽底部设有一个开口；矩形储粉槽通过肋板与竖直板侧部相连；矩形开口下方设有一排沿前后方向紧密排列的所述活动挡板；

所述伸缩机构包括电动伸缩杆和电动伸缩杆基座；每个活动挡板均与一个电动伸缩杆连接，各电动伸缩杆均通过电动伸缩杆基座安装在竖直板侧部，并能够在外配或自带驱动系统调控下独立地沿左右方向伸缩，进而带动与其相连的活动挡板独立地进行左右往复移动；在电动伸缩杆带动下，活动挡板既能够将开口封闭进而与环形储粉槽共同构成临时储粉空间，又能够将开口开启进而将临时储粉空间内的粉末选择性落下；刮刀安装于竖直板下部；

所述左右移动机构包括水平支架与丝杆；丝杆安装于水平支架前后两侧的上表面，水平支架前后两侧的丝杆分别与选区铺粉组件的第一、第二定位块相连，使左右移动机构能够在外配或自带控制系统调控下带动选区铺粉组件沿左右方向往复移动；

所述竖直移动机构包括液压伸缩杆与液压伸缩杆基座；液压伸缩杆通过液压伸缩杆基座安装于激光增材制造设备的工作台表面，能够为水平支架提供支撑，并在外配或自带控制系统调控下带动水平支架沿竖直方向升降。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

(1)通过配合使用储粉组件、选区铺粉组件和辅助移动组件，可根据金属零件与随形缸体的切片截面灵活调整铺粉区域的位置与形状，极大提升金属粉末原料利用率；

(2)铺粉装置机械结构简单，可移植性强，不仅可用于同步送料与预置铺粉相结合的激光增材制造过程，也可以用于传统的激光选区熔化过程；

(3)铺粉过程仅涉及部分构件的直线往复运动和轴向转动，对控制系统要求低，易于实现。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置中储粉组件示意图；

图3为本发明装置中框架示意图；

图4为本发明装置中选区铺粉组件示意图；

图中标号说明：1-储粉舱；2-转轴；3-框架；4-活动挡板；5-电动伸缩杆；6-电动伸缩杆基座；7-刮刀；8-丝杆；9-水平支架；10-液压伸缩杆；11-液压伸缩杆基座；31-竖直板；32-矩形储粉槽；33-开口；34、35-肋板；36、37-定位块。

具体实施方式

下面通过借助一个实施例及其附图更加详细地说明本发明，但该实施例及附图仅是说明性的，本发明的保护范围并不受其限制。

如图1所示，本发明实例提供的一种铺粉装置，该装置包括储粉组件、选区铺粉组件和辅助移动组件；

所述储粉组件包含储粉舱1与转轴2，用于存储金属粉末，并在金属零件的激光增材制造过程中为选区铺粉组件提供金属粉末；如图2所示，储粉舱1安装在激光增材设备的工作腔体上方，其下部呈体积逐渐缩小的漏斗形；漏斗底部具有一个落粉口，落粉口下方安装转轴2；转轴2表面开设有若干键槽，可在外配或自带控制系统调控下沿轴向旋转，进而带动储粉舱1中的金属粉末下落；转轴2与储粉舱1底部开口之间的间隙既须保证转轴2平稳转动，又须保证金属粉末不会从间隙中泄漏。

所述选区铺粉组件位于储粉组件下方,包括框架3、活动挡板4、伸缩机构和刮刀7，用于在金属零件的激光增材制造过程中铺置形状与位置可根据金属零件与随形缸体的切片截面灵活调整的粉末床；如图3所示，框架3包含竖直板31与矩形储粉槽32；其中，竖直板31前后两端分别设置有用于与辅助移动组件连接的第一、第二定位块36、37；环形储粉槽32底部设有一个开口33；竖直板31的侧部与矩形储粉槽32通过肋板34、35相连；如图4所示，矩形开口33下方设有一排沿前后方向紧密排列的活动挡板4；伸缩机构包括电动伸缩杆5和电动伸缩杆基座6；每个活动挡板4均与一个电动伸缩杆5连接，这些电动伸缩杆5均通过电动伸缩杆基座6安装在竖直板31侧部，并可在外配驱动系统调控下独立地沿左右方向伸缩，进而带动与其相连的活动挡板4独立地进行左右往复移动；电动伸缩杆5的行程须保证活动挡板4既可完全将开口33封闭进而与环形储粉槽(32)共同构成临时储粉空间，又可完全将开口33开启进而将临时储粉空间内的粉末选择性落下；刮刀7安装于竖直板31下部，本发明对刮刀7并无特殊要求，使用激光选区熔化技术通用的刮刀即可；

所述辅助移动组件包含左右移动机构与竖直移动机构，用于带动选区铺粉组件在零件增材制造区域沿左右方向和竖直方向往复移动；如图1所示，左右移动机构包括水平支架9与丝杆8；丝杆8安装于水平支架9前后两侧的上表面，丝杆8分别与定位块36、37相连，可在外配控制系统调控下带动选区铺粉组件沿左右方向往复移动；竖直移动机构包括液压伸缩杆10与液压伸缩杆基座11；液压伸缩杆10通过液压伸缩杆基座11安装于激光增材制造设备的工作台表面，可为水平支架9提供支撑，并在外配控制系统调控下带动水平支架9沿竖直方向升降。

利用上述装置进行铺粉的步骤如下：

(1)移动选区铺粉组件，使环形储粉槽32位于转轴2下方，并移动活动挡板4将开口33完全封闭；

(2)旋转转轴2，使一定数量的金属粉末落入环形储粉槽32和活动挡板4构成的临时储粉空间中；

(3)移动选区铺粉组件，使刮刀7下表面与待铺粉区域上表面之间的距离等于零件切片厚度；

(4)选区铺粉组件在丝杆8带动下驶向待铺粉区域上方，并重复以下流程，直至完成铺粉：当环形储粉槽32运行至需要铺粉的位置上方时，移动位于该位置上方的若干活动挡板4，使数量足够的金属粉末落至该位置；继续沿当前方向移动选区铺粉组件，使刮刀7将下落的金属粉末铺平。

以上所述仅为本发明的较佳实例，基于本发明的思路还可设计多种铺粉装备。例如，可在竖直板31的另一侧安装一套与本实施例对应结构完全对称的矩形储粉槽32、开口33、肋板43与35、活动挡板4、电动伸缩杆5和电动伸缩杆基座6，以实现双向选区铺粉；为了更好地提升粉末原料利用率，还可在成本与外配控制系统允许的条件下尽量增大活动挡板4、电动伸缩杆5和电动伸缩杆基座6的数量；此外，亦可将电动伸缩杆5和电动伸缩杆基座6更换为任意可带动活动挡板4左右往复运动的配件，并将液压伸缩杆10和液压伸缩杆基座11更换为任意可带动水平支架9竖直往复运动的配件。

总之，本发明不应该局限于上述实例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，仍应视为本发明保护范围之内。