一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置与方法与流程

本发明涉及激光选区熔化成型金属零件的快速成型领域，尤其涉及一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置与方法。

背景技术：

激光选区熔化(SLM)成形技术是增材制造技术的一种，是快速成型技术的最新发展技术。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据三维设计软件设计的数字化零件的三维数据，采用高能激光束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出功能零件。与电子束选区熔化、激光选区烧结等金属增材制造技术相比，激光选区熔化成形技术具有成型精度高、致密度高以及后处理简单的特点，可以直接成型出具有复杂几何空间结构的高精度功能零部件。该技术以结构功能一体化设计、制造周期短、近终形、无模具、无刀具等技术优势成为复杂构件快速制造的先进制造手段，是金属增材制造技术最有发展前景的技术之一。

虽然激光选区熔化技术发展迅速，已开始广泛应用于工业、运输、模具、航空航天以及医疗等领域，但是目前激光选区熔化成型设备每次成型时只能选择一种材料，只能够成型出具有单材料性能的零件产品，这无法满足人们对多种材料一体化零件的直接成型要求，严重限制了激光选区熔化技术的应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置与方法。能够根据零件的属性要求，在一次成型过程中，同时选择多种不同材质的粉末材料。

本发明通过下述技术方案实现：

一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置，包括成型室16，设置成型室16内的成型缸12、铺粉机构、供粉装置、激光选区熔化装置、控制系统；所述成型缸12和供粉机构沿成型室16的长度方向，排列在成型室16基板平面下方；

供粉装置为可转动的轮盘式粉料缸，轮盘式粉料缸呈圆筒形结构，其内部通过隔板8分为四个等分的粉料缸，即：第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9；这四个粉料缸可用于盛装不同材质的粉末；

轮盘式粉料缸的转轴6转动时，驱动这四个粉料缸分别交替、并对正成型室16的铺粉工位13，以使该粉料缸内的粉末由铺粉机构平铺至成型缸12上。

所述铺粉机构包括铺粉导轨2及安装在其上的铺粉臂3，铺粉臂3由铺粉驱动电机4驱动其在铺粉导轨2上直线往复运动；铺粉刷19安装在铺粉臂3的下侧，铺粉臂3运动的初始位置位于转轴6的左侧、隔板8的上方；铺粉驱动电机4驱动其由初始位置运动至铺粉导轨2的末端，用于在铺粉作业过程中将该粉料缸内的粉末平铺在成型缸12上。

所述铺粉导轨2设置在成型室16一侧独立隔仓23内；所述铺粉臂3的长度方向与成型室16的中心点和转轴6轴心连成的直线彼此垂直。

所述第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9的截面形状为均等、且对称的扇面结构；扇面的圆弧边的两个端点连成的直线长度大于成型室16的直径。

所述铺粉刷19的下端与隔板8的上边缘相接触。

所述成型缸12的左侧设有粉末回收缸14，用于在铺粉过程中收集剩余的粉末。

所述轮盘式粉料缸的转轴6的转动由轮盘驱动电机22带动；

所述轮盘式粉料缸的外周壁面与成型室16基板衔接处设有柔性密封胶圈10；柔性密封胶圈10与成型室16基板衔接处保持50‐100N的预压紧力。

所述第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9均设有独立的升降机构。

本发明轮盘式多材料激光选区熔化成型装置的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：根据待加工零件15的工艺要求，将不同材质的粉末分别装入相应的四个粉料缸，即：第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9；

步骤二：根据零件15的属性要求，控制系统对轮盘驱动电机22发出指令，驱动转轴6转动，带动其中一个装有所需材质粉末的粉料缸转动至铺粉工位13；控制系统控制该粉料缸的升降机构推动粉末上升一个粉层高度，铺粉驱动电机4驱动处于初始位置的铺粉臂3，从铺粉工位13的起始端将该粉料缸内的粉末沿铺粉工位13平铺在成型缸12上；完成一层铺粉作业；激光选区熔化装置的扫描振镜18根据零件15的轮廓信息，通过激光束17扫描熔化粉末，开始激光加工作业；

如此循环，根据零件15的属性要求，并由控制系统控制装有所需材质粉末的粉料缸交替、循环转动至铺粉工位13，直至完成零件15各层铺粉、激光加工作业。

上述步骤二铺粉作业过程中，多余的粉末被铺粉臂3上的铺粉刷19刮落至粉末回收缸14内。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明粉料缸采用了圆筒形轮盘供粉模式，将轮盘均分为四个相同的粉料缸，各粉料缸之间由隔板隔离；在加工过程中，根据零件15的属性要求，控制系统对轮盘驱动电机22发出指令，驱动转轴6转动，带动其中一个装有所需材质粉末的粉料缸转动至铺粉工位13；控制系统控制该粉料缸的升降机构推动粉末上升一个粉层高度，铺粉驱动电机4驱动处于初始位置的铺粉臂3，从铺粉工位13的起始端将该粉料缸内的粉末沿铺粉工位13平铺在成型缸12上；完成一层铺粉作业；激光选区熔化装置的扫描振镜18根据零件15的轮廓信息，通过激光束17扫描熔化粉末，开始激光加工作业；如此循环，根据零件15的属性要求，并由控制系统控制装有所需材质粉末的粉料缸交替、循环转动至铺粉工位13，直至完成零件15各层铺粉、激光加工作业。进而，能够根据零件15的属性要求，在一次成型过程中，同时选择多种不同材质的粉末材料。

本发明在轮盘式粉料缸的外周壁面与成型室16基板衔接处设有柔性密封胶圈10；柔性密封胶圈10与成型室16基板衔接处保持50‐100N的预压紧力。柔性密封胶圈10既防止两者之间的金属刚性摩擦，又保证成型室16内密封环境以及粉末的无障碍通过。

本发明巧妙地采用轮盘式粉料缸，可以通过转动，可任意选择装有所需材料的粉料缸，来完整零件不同加工层的材质要求。

本发明轮盘式粉料缸，分为了四个等分，并且其可顺时针或者逆时针旋转，因此转动角度小，避免了多圈转动出现轮盘驱动电机接线缠绕在转轴上的问题，大大简化了机构的额复杂性，轻松安全实现多材料的激光选区熔化成型。

本发明四个粉料缸可分别盛装不同材质的粉末，灵活性大，结构简单，占用空间小，造价低廉，实现了一个零件多种粉末加工的成型要求，大大提高了成型效率及品质，由于加工过程中，无需打开成型室更换粉末，因此大大提高了零件的异种材料之间良好冶金结合性能。

附图说明

图1为本发明轮盘式多材料激光选区熔化成型装置结构示意图。

图2为图1中A-A剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1和2所示。本发明公开了一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置，包括成型室16，设置成型室16内的成型缸12、铺粉机构、供粉装置、激光选区熔化装置、控制系统；所述成型缸12和供粉机构沿成型室16的长度方向，排列在成型室16基板平面下方；

供粉装置为可转动的轮盘式粉料缸，轮盘式粉料缸呈圆筒形结构，其内部通过隔板8分为四个等分的粉料缸，即：第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9；这四个粉料缸可用于盛装不同材质的粉末；

轮盘式粉料缸的转轴6转动时，驱动这四个粉料缸分别交替、并对正成型室16的铺粉工位13，以使该粉料缸内的粉末由铺粉机构平铺至成型缸12上。

所述铺粉机构包括铺粉导轨2及安装在其上的铺粉臂3，铺粉臂3由铺粉驱动电机4驱动其在铺粉导轨2上直线往复运动；铺粉刷19安装在铺粉臂3的下侧，铺粉臂3运动的初始位置位于转轴6的左侧、隔板8的上方；铺粉驱动电机4驱动其由初始位置运动至铺粉导轨2的末端，用于在铺粉作业过程中将该粉料缸内的粉末平铺在成型缸12上。

所述铺粉导轨2设置在成型室16一侧独立隔仓23内；所述铺粉臂3的长度方向与成型室16的中心点和转轴6轴心连成的直线彼此垂直。

所述第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9的截面形状为均等、且对称的扇面结构；扇面的圆弧边的两个端点连成的直线长度大于成型室16的直径。本发明采用对称分布的四个粉料缸，但根据具体零件的工艺要求，数量可以增加增加后者减少。

所述铺粉刷19的下端与隔板8的上边缘相接触。防止在刮粉过程中，该粉料缸内的粉末越过隔板8进入相邻粉料缸内。

所述成型缸12的左侧设有粉末回收缸14，用于在铺粉过程中收集剩余的粉末，并定期对其进行清理。

所述轮盘式粉料缸的转轴6的转动由轮盘驱动电机22带动；

所述轮盘式粉料缸的外周壁面与成型室16基板衔接处设有柔性密封胶圈10；柔性密封胶圈10与成型室16基板衔接处保持50‐100N的预压紧力。柔性密封胶圈10既防止两者之间的金属刚性摩擦，又保证成型室16内密封环境以及粉末的无障碍通过。

所述第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9均设有独立的升降机构。

本发明轮盘式多材料激光选区熔化成型装置的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：根据待加工零件15的属性要求，将不同材质的粉末分别装入相应的四个粉料缸，即：第一粉料缸11、第二粉料缸5、第三粉料缸7和第四粉料缸9；

步骤二：根据零件15的属性要求，控制系统对轮盘驱动电机22发出指令，驱动转轴6转动，带动其中一个装有所需材质粉末的粉料缸转动至铺粉工位13；控制系统控制该粉料缸的升降机构推动粉末上升一个粉层高度，铺粉驱动电机4驱动处于初始位置的铺粉臂3，从铺粉工位13的起始端将该粉料缸内的粉末沿铺粉工位13平铺在成型缸12上；完成一层铺粉作业；激光选区熔化装置的扫描振镜18根据零件15的轮廓信息，通过激光束17扫描熔化粉末，开始激光加工作业；

如此循环，根据零件15的属性要求，并由控制系统控制装有所需材质粉末的粉料缸交替、循环转动至铺粉工位13，直至完成零件15各层铺粉、激光加工作业。

上述步骤二铺粉作业过程中，多余的粉末被铺粉臂3上的铺粉刷19刮落至粉末回收缸14内。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。