一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置的制作方法

本实用新型涉及一种铺粉装置，尤其是涉及一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置。

背景技术：

传统的材料领域所采用的“试错”研发方法耗时费力，通常需要10-20年的时间才能完成材料研发到应用的进程，逐渐成为制约现代工业快速发展的瓶颈。为了提高材料的研发效率，国内外的专家学者提出了高通量材料基因工程技术，即通过高通量实验与云计算技术和数据库技术相结合，以达到快速表征多达3种成分以上的合成材料的结构、物相，性能的技术。采用此技术可大大缩短新材料的研发周期，使得采用传统方法需要花费数年时间才能完成的工作在极短的时间(数周至数月)内即可完成。但是怎么实现高通量实验，怎样实现材料样品的高通量制备，是该技术需要考虑的首要问题。

随着增材制造技术的发展，为上述问题的解决提供了可能。电子束选区熔化技术(Electron Beam Selective Melting，EBSM)和选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering，SLS)是目前广泛应用的两种增材制造技术，其均以固体粉末材料为原料，采用计算机软硬件控制技术，可直接将三维CAD模型转化为实体。从理论上讲，任何受热粘结的粉末都可以用作增材制造的原材料，如高分子，陶瓷，金属粉末以及各种复合粉末材料。无论是采用EBSM还是SLS工艺，送粉铺粉技术都直接影响着整个系统的结构尺寸，工作质量和工作效率，采用目前的送粉铺粉技术仅能实现同次单种金属材料样品或零件的制备，对与多种金属材料样品或零件的同时烧结制备则无能为力。

提供一种能够同时烧结多种金属粉末材料的快速成型铺粉装置，不仅可以提高增材制造设备的利用率和成型效率，并且可以实现高通量材料基因工程技术所需的高通量实验和材料样品的高通量制备。目前常见的快速成型送粉铺粉装置基本都是实现同次单种的粉末铺粉送粉，如中国专利CN101829782A，CN102126293A，CN101885062A，CN102029389A，CN101856724A所涉及的铺粉装置都只能实现同次单种金属粉末的铺粉。而要实现高通量同时制备不同的金属粉末，而又要保证不同金属粉末之间在铺粉过程中不相互混合或掺杂，是实现该技术的难点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，该装置既能够实现在同一工作平台上同时进行几种、几十种、上百种甚至更多不同种金属材料的铺粉，同时又能够保证不同金属粉末之间在铺粉过程中不相互混合或掺杂。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，其特征在于：包括工作平台，所述工作平台一侧设置有一个铺粉器，所述工作平台的中部设置有呈m行n列整齐排列的多个成型微单元，其中m和n均为大于1的正整数，每个所述成型微单元均包括依次排列的微型粉缸、微成型缸和微溢粉缸，所述微型粉缸、微成型缸和微溢粉缸的上端均与工作平台齐平，所述微型粉缸的底部升降式设置有送粉底板，所述微成型缸的底部升降式设置有成型底板，所述微溢粉缸的底部升降式设置有集粉底板，所述送粉底板与送粉连杆连接，所述成型底板与成型连杆连接，所述集粉底板与集粉连杆连接，所述送粉连杆、成型连杆和集粉连杆均与电机的输出端连接，所述电机的输入端与运动控制卡的输出端连接，所述运动控制卡的输入端与计算机连接。

上述的一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，其特征在于：所述工作平台上且与铺粉器相对的一侧设置有行程开关。

上述的一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，其特征在于：所述电机为伺服电机。

上述的一种高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，其特征在于：所述成型微单元的数量为4个，4个所述成型微单元在工作平台呈2行2列整齐排列。

本实用新型中所述高通量是专业术语，是指相比一般情况下，本实用新型所述铺粉装置能够在短时间内快速实现几种、几十种、上百种甚至更多不同种金属材料的铺粉，实现了量的放大(包括数量上、体积上甚至种数上)。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广。

2、本实用新型所述铺粉装置结构简单，布局合理。采用该装置有效的避免了不同种金属粉末因铺粉方式的采用不当引起的金属材料的之间的相互混合，有效地避免了金属粉末的污染。

3、本实用新型所述铺粉装置实现了高精度送粉，通过控制连杆对每个成型微单元中微型粉缸、微成型缸和溢粉缸之间的粉量进行调节，满足了不同金属粉末对铺粉量的需求，同时节省了实验用金属粉末材料。

4、本实用新型所述铺粉装置实现了在同一工作平台上同时实现几种、几十种、上百种甚至更多不同种金属粉末的熔化快速成型，提高了增材制造设备的利用率和成型效率；同时也满足了高通量材料基因工程技术所需的高通量实验和材料样品的高通量制备要求。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2A为本实用新型铺粉前的状态示意图。

图2B为本实用新型铺粉过程中铺粉器开始运动时的状态示意图。

图2C为本实用新型铺粉过程中铺粉器完成一个成型微单元的铺粉过程后进入下一个成型微单元铺粉过程时的状态示意图。

图2D为本实用新型铺粉后的状态示意图。

附图标记说明:

1—工作平台； 2—铺粉器； 3—微型粉缸；

4—送粉底板； 5—送粉连杆； 6—微成型缸；

7—成型底板； 8—成型连杆； 9—微溢粉缸；

10—集粉底板； 11—集粉连杆； 12—电机；

13—运动控制卡； 14—计算机； 15—行程开关。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型高通量微单元选区熔化快速成型铺粉装置，包括工作平台1，所述工作平台1的一侧设置有一个铺粉器2，所述工作平台1的中部设置有呈m行n列整齐排列的多个成型微单元，其中m和n均为大于1的正整数，每个所述成型微单元均包括依次排列的微型粉缸3、微成型缸6和微溢粉缸9，所述微型粉缸3、微成型缸6和微溢粉缸9的上端均与工作平台1齐平，所述微型粉缸3的底部升降式设置有送粉底板4，所述微成型缸6的底部升降式设置有成型底板7，所述微溢粉缸9的底部升降式设置有集粉底板10，所述送粉底板4与送粉连杆5连接，所述成型底板7与成型连杆8连接，所述集粉底板10与集粉连杆11连接，所述送粉连杆5、成型连杆8和集粉连杆9均与电机12的输出端连接，所述电机12的输入端与运动控制卡13的输出端连接，所述运动控制卡13的输入端与计算机14连接。

本实施例中，所述运动控制卡13是一种现有、常见的基于PC机、用于各种控制多个电机12进行运动控制的控制单元。本实施例所述运动控制卡13可采用PMAC等型号的运动控制卡。

本实施例中，所述工作平台1上且与铺粉器2相对的一侧设置有行程开关15。本实施例所述行程开关15可采用施耐德XCK-J10541H29C、XCK-M149等系列型号的行程开关。

本实施例中，所述电机12为伺服电机。

如图1所示，本实施例总所述成型微单元的数量为4个，4个所述成型微单元呈2行2列排列。

结合图1，本实用新型的工作过程是：首先，在每个成型微单元中的微型粉缸3内均装满混合好的金属粉末，需要注意的是各微型粉缸3内装的金属粉末可以是同种粉末，也可以是不同类型的粉末。并将每个成型微单元中的成型底板7调平，将铺粉器2置于第一列微型粉缸3的左侧，如图2A所示。然后进行铺粉。铺粉之前：第一列的成型微单元中，微型粉缸3的送粉连杆5控制送粉底板4向上抬升一定高度来提供一定量的金属粉末；微成型缸6的成型连杆8控制成型底板7向下下降一个铺粉层厚；溢粉缸9的集粉连杆11控制集粉底板10向下下降到最低端，用来回收从微成型缸6溢出的金属粉末。后面每个成型微单元均按此方式设计铺粉过程：本实用新型铺粉过程中铺粉器2开始运动时的状态如图2B所示。待每个成型微单元的连杆和底板均运动到位后，此时铺粉器2开始从工作台1从左向右进行铺粉。铺粉器2依次将微型粉缸3里高于工作平台的金属粉末向右推送到相邻的微成型缸6里的成型底板7上，多余的金属粉末则继续被铺粉器2推到右侧相邻的微溢粉缸9内。本实用新型铺粉过程中铺粉器2完成一个成型微单元的铺粉过程后进入下一个成型微单元铺粉过程时的状态如图2C所示。当铺粉器2经过多个成型微单元进行连续铺粉，直至移动到溢粉缸9的右侧，碰触工作台上的行程开关15，铺粉器2停止向前运动，即铺粉完成。本实用新型铺粉后的状态如图2D所示。之后，铺粉器2返向移动到工作台1上第一列成型微单元的左侧(如图2A所示)，重新开始一个送粉铺粉周期，直至整个铺粉工序完成为止。本实用新型根据电子束或激光分区域扫描熔化工艺要求按上述过程进行多次送粉铺粉操作，直至完成整个金属材料制备。

总之，本实用新型所述铺粉装置结构简单，布局合理。采用该装置有效的避免了不同种金属粉末因铺粉方式的采用不当引起的金属材料的之间的相互混合，有效地避免了金属粉末的污染。本实用新型所述铺粉装置实现了高精度送粉，通过控制连杆对每个成型微单元中微型粉缸、微成型缸和溢粉缸之间的粉量进行调节，满足了不同金属粉末对铺粉量的需求，同时节省了实验用金属粉末材料。本实用新型所述铺粉装置实现了在同一工作平台上同时实现几种、几十种、上百种甚至更多不同种金属粉末的熔化快速成型，提高了增材制造设备的利用率和成型效率；同时也满足了高通量材料基因工程技术所需的高通量实验和材料样品的高通量制备要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。