一种用于制造三维物体的装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于制造三维物体的装置和方法，其通过激光作用将粉末材料逐层地固结在物体各横截面相应的位置，该装置包括一用于承载已固结三维物体的成形缸体，该缸体可以提供粉末固结的工作平面，还包括一加压系统，用于对已铺好在表面的粉末材料进行压缩。通过该装置，可以使铺粉层更加紧实，减少粉末颗粒之间空隙，从而减小固结过程中三维物体的尺寸收缩，提高其致密性，最终获得更高质量的三维制件。
【专利说明】一种用于制造三维物体的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造三维物体的装置和方法。
【背景技术】
[0002]本发明涉及一种用于制造三维物体的装置和方法，更具体的，是一种通过激光作用将粉末材料逐层的、选择性的固结叠加并形成三维物体的装置和方法。
[0003]这种方法通常的的步骤为:通过一个粉末输送系统和一个铺粉系统将粉末铺送到一个用于承载三维物体的缸体(成形缸)平面，激光根据三维物体的在各截面相应的位置信息进行相应的固结，一层截面固结完成后，缸体下降一定高度，进行新一轮的固结，如此往复经若干层固结后最终得到三维物体。
[0004]在现有的该类装置中，粉末的输送方式可以自上向下，如可将粉末装入漏斗，漏斗下方用滚筒封住，其中一侧完全封住，另一侧留出一定间隙用于出粉和控制出粉量，粉末在重力和滚筒摩擦力的作用下，沿着一定方向滚落，铺粉系统将滚落的粉末铺送至工作平面形成粉床。
[0005]粉末输送的方式也可以自下而上，如通过一个装有粉末的缸体(供粉缸)往复向上运动一定距离，向上输送一定量的粉末，铺粉系统将输送的粉末铺送至工作平面形成粉床。
[0006]以上两种粉末输送方式是在无压力或微压力下完成，因此粉床上粉末仍呈松散堆积状态，其密度为理论密度(粉末的形貌均为球状、粒径分布趋于正态分布)的70%左右。粉床密度对固结过程有如下影响:粉床密度越小，粉末颗粒与颗粒之间间隙越大，固结过程中三维物体的收缩率越大，致密性越差，最终影响其三维物体的尺寸精度和机械性能。同时，粉床密度越大，其有效导热系数也就越高，越有利于得到高质量的三维物体制件。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种用于制造三维物体的装置和方法，提高用于构建三维物体的待固结粉末的堆积密度。通过一加压系统压缩粉床内粉末材料，减小其颗粒间空隙，使粉末堆积更加紧实，从而减小固结过程中发生的尺寸收缩，提高其致密性，获得更高质量的三维制件。
[0008]该目的可通过这样一种装置实现，其装置通过激光作用将粉末材料逐层地固结在物体各横截面相应的位置，该装置包括一用于承载已固结三维物体的成形缸体，该缸体可以提供粉末固结的工作平面。该装置还包括一个加压系统，用于压缩已铺好在表面的粉末材料，减小其粉末颗粒与颗粒之间的空隙。
[0009]按本发明所述的制造三维物体的装置，其加压系统包括一个固定组件和一个施压组件。其中固定组件包括固定板和驱动机构，固定板在加压过程中位置固定，并与粉末发生挤压作用；驱动机构驱动固定板运动。施压组件包括一组驱动机构，驱动机构驱动成形缸作用于粉末材料进行压缩。压缩过程完成后，施压组件返回原位置，完成对粉末一定位移量的压缩。[0010]按本发明所述的制造三维物体的装置，加压系统还可以为一气动控制装置，通过控制气动控制装置的压强，实现对粉末以恒定压力进行压缩。
[0011]按本发明所述的制造三维物体的装置，其加压系统还有一个锁定机构，当固定板运动到指定位置时自行锁定，确保加压过程中不发生位移偏转。
[0012]此外，本发明的目的也通过用于制造三维物体的方法实现，所述方法包括:a)将制造三维物体的粉末材料铺在底板或者已经固结的层上；b)通过激光作用将粉末材料固结在三维物体在该横截面相应的位置上；通过一加压系统对铺在底板或者已固结层上的粉末材料在一定量的压缩，提高粉末堆积致密度，然后再实行b)步骤。
[0013]本发明的优点在于，通过可对待固结的粉末材料进行压缩，减小其颗粒间隙，提高堆积密度，进而减小固结过程中三维制件的尺寸收缩，提高其致密度，最终获得更高质量的二维制件。
[0014]本发明的另一个优点在于，每次压缩过程的压缩量或压力大小都是可控的，这有利于获得精度更好的三维制件。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为依据本发明的一种激光烧结装置；
图2为本发明的一种固定组件结构图；
图3为本发明的一种施压组件结构图；
图4为本发明的另一种加压系统结构图；
图5为本发明用于制造三维物体的方法流程图。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:
图1为依据本发明的一种激光烧结装置。该激光烧结装置有一个用于承载三维物体和提供粉末工作平面的成形缸6。激光烧结过程开始时，供粉缸I沿垂直方向向上运动一定距离，溢出一定量的粉末材料，铺粉装置2将溢出的粉末材料向右均匀铺开在成形缸6的工作表面上。固定板7可以在粉末上层与粉末层无接触移动，铺粉过程完成后，固定板7通过驱动机构运动至成形缸6正上方时自锁。丝杠5安装在安装板9上，成形缸6在丝杠5的作用下沿垂直方向向上运动，直至铺在成形缸6表面的粉末与锁定的固定板7接触，并继续向上运动一段距离，对铺好的粉末压缩。完成压缩后，成形缸6反向移动相同位移返回原位，固定板7解锁并返回原位。振镜4控制激光器3发出的激光束将已完成加压动作的粉末进行选择性固结，循环该过程直至三维物体8完成。
[0017]图2和图3是实施例1的具体体现，固定组件设有固定板7，固定板两侧安装有滑块11，加压过程中，滑块11引导固定板7沿导杆12滑动，该运动过程由电机15驱动皮带13带动滑块11实现。导杆12的两侧安装有位置传感器10和传感器14，当固定板7运动至指定位置时即可停止自锁。施压组件设有一对丝杠5固定在成形缸6上，活动端固定在安装板9上，安装板9用于固定在机器上，电机15驱动固连的带轮18，通过皮带19带动带轮20转动，带轮20带动固连的丝杠螺母转动，丝杠5将转动转化为成形缸6在垂直方向的运动。通过固定板7与成形缸6的配合运动实现对铺好的粉末材料的压缩。[0018]通过该种实施方式可以实现每一层粉末的粉末压缩位移一致。
[0019]实施例2:
该实施例与实施例1装置结构大致相似，区别仅在于加压系统为一气动加压系统。激光烧结过程开始时，供粉缸I沿垂直方向向上运动一定距离，溢出一定量的粉末材料，铺粉装置2将溢出的粉末材料向右均匀铺开在成形缸6的工作表面上。固定板7可以在粉末上层与粉末层无接触移动，铺粉过程完成后，固定板7通过驱动机构运动至成形缸6正上方时自锁。
[0020]加压系统为一气动控制装置，包括固定板7和加压顶板25,如图4所不,包括一气缸21、两个导杆22，气缸上包括一进气口 23，一出气口 24，出气口装有一溢流阀，气缸一端A和加压顶板25连接，下部另一端B与固定板7连接，两个导杆22下部C与固定板7连接。
[0021]加压时，向气缸进气口 23通入气体形成一定气压，气压推动导杆22和固定板7向下运动，实现固定板7与成形缸6表面粉末的压缩，当压力大于某一设定值时，气压溢流阀打开泄压，维持对粉末压力不变。
[0022]完成压缩后，固定板7解锁，离开粉床表面，振镜4控制激光器3发出的激光束将已完成加压动作的粉末进行选择性固结，循环该过程直至三维物体8完成。
[0023]通过该种实施方式可以实现每一层粉末的压力一致。
[0024]实施例3:
图5为本发明用于制造三维物体的方法流程图，如图5所示，用于制造三维物体的方法包括以下步骤:
步骤51:将制造三维物体的粉末材料均匀铺在底板或者已经固结的层上；
步骤52:通过加压系统对铺在底板或者已固结层上的粉末材料进行压缩，可以对铺好的粉末层进行一定位移的压缩，也可以对粉末层进行一定压力的压缩；
步骤53:通过激光作用将压缩好的粉末材料固结在三维物体在该横截面相应的位置上，该步骤执行完后返回继续执行步骤51，直至最后完成整个三维物体的固结。
【权利要求】
1.一种用于制造三维物体的装置，其通过激光作用将粉末材料逐层地固结在物体各横截面相应的位置，该装置包括:一用于承载已固结三维物体的成形缸体，该缸体可以提供粉末固结的工作平面，其特征在于，该装置还包括一加压系统，用于压缩已铺好在成形缸表面的粉末材料。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，加压系统包括一用于承受压力的固定组件和一用于压缩粉末材料的施压组件，固定组件包括一固定板和驱动机构，驱动机构驱动固定板沿一定轨迹运动，施压组件包括安装板、丝杠和电机，安装板提供支撑作用，丝杠一端固定于安装板上，另一端固定于成形缸，电机驱动丝杠引导成形缸运动至其表面粉末材料与固定板接触挤压，实现对粉末材料的压缩。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，加压系统包括固定板、加压顶板、导杆、气缸和驱动机构，导杆穿过加压顶板与固定板相连，气缸一端与加压顶板相连，另一端与固定板相连，气压推动导杆和固定板向下运动，实现固定板与成形缸表面粉末的压缩，当压力大于某一设定值时，气缸内排出气体泄压，维持对粉末压力不变。
4.根据权利要求2或3所述装置，其特征在于，加压系统还包括一个锁定装置，固定板运动到表面正上方时，固定板锁定。
5.一种用于制造三维物体的方法，包括如下步骤: a)将制造三维物体的粉末材料铺在底板或者已经固结的层上； b)通过激光作用将粉末材料三维物体在该横截面相应的位置上固结； 重复步骤a)和b)，直到三维物体完成； 其特征在于，完成步骤a)时，通过一个加压系统对已铺好的粉末材料进行压缩，再实施步骤b )。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法由权利要求1-4任一所述设备实现。
【文档编号】B29C67/00GK104028757SQ201410298470
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】唐璟, 周智阳 申请人:湖南华曙高科技有限责任公司