一种SLM抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置

一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置
技术领域
1.本发明涉及一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置，属于激光增材制造领域。


背景技术：

2.激光选区熔化(selective laser melting，slm)技术是利用高能量的激光束，按照预定的扫描路径，扫描预先铺覆好的金属粉末将其完全熔化，再经冷却凝固后成形的一种技术，在航空航天、汽车、生物制造等领域中具有广阔应用前景。然而在slm逐层加工过程中，在各层的轮廓搭接处会产生一部分超出轮廓面的台阶，从而导致增材表面质量是很难满足高端零件的工业标准要求。如何实现slm增材表面抛光，特别是内孔流道、型腔、复杂外表面的抛光，已成为一道急需解决的难题。
3.激光抛光是伴随着激光技术的不断发展而出现的一种新型材料表面处理技术，可实现复杂型面的微区和选区精密抛光，对于形状复杂的slm增材构件，凡是光束可以直接照射到的零件区域，均可对其进行激光表面抛光处理。但对于复杂精细的空腔构件，由于slm增材成型后内腔表面被封闭在零件内，因此为了实现内表面的激光抛光，必须在slm增材过程中，对每一熔覆层或特定熔覆层表面进行激光抛光操作，从而实现内腔表面的激光抛光操作。
4.但由于slm增材加工逐层铺粉的特性，成型后内腔表面完全被粉末所包围覆盖，因此目前在slm增材过程中的激光抛光只能对熔覆层的内外轮廓进行修边扫描加工，无法对整个内腔表面进行扫描抛光。但是，由于内腔表面完全被粉末所包围，采用激光内外轮廓进行修边扫描加工时，极易造成粉末在内腔表面边缘的球化和粘附。因此，如何实现slm增材抛光一体化加工过程中成型仓中已成型零件周围粉末的精密去除是一个亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置，实现在增材制造的过程中对已成型构件区域、特别是构件内腔区域的激光抛光扫描，提高了最终成型构件的整体表面质量。
6.本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
7.一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法，其特征在于：
8.第一步，在slm增材制造逐层成型加工过程中，当某一待抛光层增材成型后，成型仓粉末精密去除装置按照一定速度和和气流量从粉床一侧运动到另一侧，成型仓粉床上表面的粉末在真空吸力的作用下被去除，得已成型构件的待抛光区域暴露出粉床表面；
9.第二步，对暴露在外的已成型构件表面进行激光扫描抛光或内外轮廓边缘激光修边操作，实现对已成型构件粗糙表面的抛光及内外轮廓面的多余材料的去除；
10.第三步，启动铺粉装置进行铺粉操作，待粉床中的粉末高度恢复至抛光前的状态
后，继续进行slm增材操作；
11.第四步，重复执行以上步骤，直至整个构件加工完成。
12.优选的，所述的粉末包括钛合金、钛合金、高强钢、不锈钢、镍基合金等常用slm增材粉末，粉末粒径10～100μm；
13.优选的，所述的成型仓粉末精密去除装置根据不同粉末去除厚度的要求，沿上表面运行速度控制在10～1000mm/s，真空吸气流量控制在1～500l/min，吸粉运行次数1～10次，同时可根据不同加工需求，灵活调整吸粉装置运行次数，单次粉床去除厚度20～1000μm，去除厚度精度小于5μm。
14.一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除装置，其特征在于：
15.该装置包括基座、刮刀铺粉组件、吸粉罩、吸粉歧管、快速接头；
16.基座通过螺栓与slm主设备上的直线导轨滑块相连接，从而实现基座上的铺粉、吸粉等装置沿着成型粉钢上表面左右移动；
17.铺粉组件通过螺栓连接在基座的左侧；吸粉罩通过螺栓连接在基座的右侧；
18.吸粉歧管上的分支接口通过快速接头与基座上的吸粉罩一侧相连接、另一侧连接到真空吸粉机并最终相连到回收粉仓中；
19.优选的，所述吸粉罩两端封闭，圆弧表面分布着大小50～1000μm的进气通道，通道间距0.5～5mm；
20.优选的，所述吸粉罩上的进气通道，通道形状包括圆形、正方形、长方形、六边形、五角星形等；
21.优选的，与吸粉罩连接的基座下方有两端封闭的凹槽结构，凹槽外侧面均匀分布至少3个快速接头接口；
22.优选的，基座下方的两端封闭的凹槽结构，其截面形状包括u型、圆形、椭圆形等，凹槽深度大于10mm；
23.优选的，吸粉歧管具有多个分支接口并通过快速接头与基座上的接口相连，吸粉歧管内径大于5mm；
24.本发明所述的一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置，通过在传统slm铺粉机构上增加真空吸粉装置，对成型仓中的粉床进行精密去除，使得已成型的待抛光零件暴露出粉床表面，实现了slm增材抛光一体化加工过程中，增材构件内腔表面的一体化高质量激光抛光。本发明的优点在于：
25.(1)本发明通过成型仓粉末精密去除装置在成型仓粉床上表面运动，实现了整体粉床粉末的按需精密去除，保证了在激光抛光操作完成后，后续铺粉时粉床的一致性，提高了slm增材构件的加工质量
26.(2)本发明可实现对成型仓中的已铺粉末进行精密去除，克服了slm增材抛光一体化加工过程中由于内腔表面被粉末覆盖导致的难以进行激光表面扫描抛光的难题；
27.(3)本发明方法通过对slm增材过程中已成型零件周围粉末的去除，避免了在激光内外轮廓修边加工时的扫描边缘粉末的球化和粘附。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为实施例1中增材抛光一体加工装备主要结构安装位置示意图；
30.图2为实施例1中粉末精密去除装置；
31.图3为实施例1中粉末精密去除装置的基座及与吸粉罩连接的基座下方u型凹槽截面；
32.图4为实施例1中基座底部凹槽、吸粉罩、吸粉歧管所构成的负压吸粉通道及粉末运动路径示意图；
33.图5为实施例1中的吸粉罩；
34.图6为实施例1中的吸粉歧管。
35.其中，图1中1为光路系统，2为滑块、3和6为回收粉仓、4为slm主设备、5为成型粉钢、7为粉末精密吸粉去除装置、8为导轨、9为扫描振镜；
36.图2中201为基座、202为快速接头、203为吸粉歧管、204吸粉罩、205为铺粉组件；
37.图3中301为快速接头接口、302为u型凹槽截面。
38.图4中401为负压吸粉区域、402为粉末流动轨迹、403为吸粉罩上的进气通道
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置，该方法包括如下步骤：
41.第一步，在slm增材制造逐层成型加工过程中，当某一待抛光层增材成型后，成型仓粉末精密去除装置按照一定速度和和气流量从粉床一侧运动到另一侧，成型仓粉床上表面的粉末在真空吸力的作用下被去除，使得已成型构件的待抛光区域暴露出粉床表面；
42.第二步，对暴露在外的已成型构件表面进行激光扫描抛光或内外轮廓边缘激光修边操作，实现对已成型构件粗糙表面的抛光及内外轮廓面的多余材料的去除；
43.第三步，启动铺粉装置进行铺粉操作，待粉床中的粉末高度恢复至抛光前的状态后，继续进行slm增材操作。
44.第四步，重复执行以上步骤，直至整个构件加工完成。
45.优选的，所述的粉末包括钛合金、钛合金、高强钢、不锈钢、镍基合金等常用slm增材粉末，粉末粒径10～100μm；
46.优选的，所述的成型仓粉末精密去除装置根据不同粉末去除厚度的要求，沿上表面运行速度控制在10～1000mm/s，真空吸气流量控制在1～500l/min，吸粉运行次数1～10次，同时可根据不同加工需求，灵活调整吸粉装置运行次数，单次粉床去除厚度20～1000μm，去除厚度精度小于5μm。
47.本发明所述的一种slm抛光一体化设备成型仓粉末精密去除方法及装置，通过在
传统slm铺粉机构上增加真空吸粉装置，对成型仓中的已铺粉床进行精密去除，使得已成型的待抛光零件区域暴露在粉末外面，实现了slm增材抛光一体化加工过程中构件内腔表面的一体化高质量激光抛光。本发明的优点在于。
48.实施例一：
49.步骤一，在slm增材制造逐层成型待抛光层后，启动真空吸粉程序，成型仓粉末精密去除装置按照一定速度和和气流量沿着粉床上表面，匀速从粉床一侧运动到另一侧，成型仓粉床上表面的粉末在真空吸力的作用下被吸入到回收粉仓中，使得已成型构件的待抛光区域暴露出粉床表面；
50.步骤二，对暴露在外的已成型构件表面进行激光扫描抛光操作；
51.步骤三，启动铺粉装置进行铺粉操作，待粉床中的粉末高度恢复至抛光前的状态后，继续进行slm增材操作；
52.第四步，重复执行以上步骤，直至整个构件加工完成。
53.优选的，slm增材所用的粉末为钛合金粉末，粉末粒径20～50μm；
54.优选的，步骤一所述的成型仓粉末精密去除装置沿上表面运行速度为100mm/s、真空吸气流量10l/min，吸粉运行次数2次，单次粉床去除厚度70μm，总计去除粉床厚度140μm。
55.优选的，吸粉罩两端封闭，圆弧表面分布着直径100μm的圆形进气通道，通道间距0.5mm；
56.优选的，与吸粉罩连接的基座下方有两端封闭的u型凹槽结构，凹槽深度为15mm，凹槽外侧面均匀分布着4个快速接头接口；
57.优选的，吸粉歧管吸粉歧管内径为6mm；
58.实施例二：
59.步骤一，在slm增材制造逐层成型待抛光层后，启动真空吸粉程序，成型仓粉末精密去除装置按照一定速度和和气流量沿着粉床上表面，匀速从粉床一侧运动到另一侧，成型仓粉床上表面的粉末在真空吸力的作用下被吸入到回收粉仓中，使得已成型构件的待抛光区域暴露出粉床表面；
60.步骤二，对暴露在外的已成型构件表面进行内外轮廓边缘激光修边操作；
61.步骤三，启动铺粉装置进行铺粉操作，待粉床中的粉末高度恢复至抛光前的状态后，继续进行slm增材操作；
62.第四步，重复执行以上步骤，直至整个构件加工完成。
63.优选的，slm增材所用的粉末为镍基合金粉末，粉末粒径30～70μm；
64.优选的，步骤一所述的成型仓粉末精密去除装置沿上表面运行速度为500mm/s、真空吸气流量20l/min，吸粉运行次数4次，单次粉床去除厚度100μm，总计去除粉床厚度400μm。
65.优选的，吸粉罩两端封闭，圆弧表面分布着边长100μm的方形进气通道，通道间距0.7mm；
66.优选的，与吸粉罩连接的基座下方有两端封闭的v型凹槽结构，凹槽深度为20mm，凹槽外侧面均匀分布着5个快速接头接口；
67.优选的，吸粉歧管吸粉歧管内径为8mm；
68.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。