一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，包括A移动支架、A负压通道器、柔性铺粉刷、安装支架、B负压通道器，B移动支架；安装支架内设有负压腔；A移动支架和B移动支架，分别固定在安装支架的两端；安装支架的底部设有吸附槽和储粉槽；柔性铺粉刷的上平面吸附在吸附槽内；柔性铺粉刷的侧面卡槽与吸附槽的侧面重合；柔性铺粉刷的铺粉平面突出再吸附槽外；A负压通道器和B负压通道器，分别安装支架的两端；A负压通道器和B负压通道器，通过与负压腔相通；本装置不仅可以使得铺粉平整，又能避免零件成型面不平整时出现扬粉现象。同时采用吸附式安装方式，便于拆卸和安装，具有铺粉效果好、使用方便等优点。
【专利说明】一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光选区熔化成型系统中的零件成型制造领域，尤其涉及一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置。
【背景技术】
[0002]增材制造是一类新型的制造技术，目前作为传统制造技术的补充正在快速的发展。而激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术由于可以直接成型组织致密、冶金结合的金属零件，成为了一种最主流的金属零件增材制造技术。
[0003]激光选区熔化成型过程如下:铺粉装置在成型缸上铺上一层金属粉末，激光束在计算机控制下，根据成型件截面形状信息，对粉末进行选择性扫描，使扫描区域内的粉末粘结或熔化，得到成型件的单层形状；接着成型缸下降一个层厚的距离，铺粉装置重新铺粉，继续进行下一层的成型；如此逐层叠加，最终获得特定几何形状的金属零件。
[0004]SLM快速成型金属零件的致密度、表面粗糙度与铺粉质量(表面平整度、紧实度)密切相关。当铺粉平整时，粉床对激光的吸收平稳，激光熔化粉末后容易获得平整的成型表面；当铺粉平面凹凸不平时，则导致粉床对激光的吸收不稳定，粉床的不同位置激光聚焦效果不同，因离焦量的变化导致粉床吸收激光能量不一致，粉末熔化的效果有差异，因而导致SLM扫描成型面也呈现凹凸不平状态，最终使得成型件的致密度、表面质量下降严重。另外SLM成型过程中，成型表面质量具有“反馈效果”，如果铺粉不平整，激光熔化粉末后成型面呈现凸起或者凹陷状态，导致下一次铺粉效果更加不平；而当铺粉平整，激光在整个粉床表面照射均匀，获得平整的熔化表面，因而下一层铺粉容易实现平整的效果。SLM完全熔化金属粉末，粉末从松装密度大约45%完全熔化获得90%以上致密度，材料收缩严重，导致激光与粉末作用的不稳定性增加。当粉末松装密度提高，使得激光熔化粉末后收缩减小，增加了激光与材料作用的稳定性。所以，铺粉效果的好坏某种程度上决定了 SLM成型效果。为了获得理想的成型效果，必须获得平整、紧实的铺粉效果。
[0005]目前应用于SLM技术(国外也称呼为金属直接激光烧结DMSL)的铺粉方式主要包括刚性旋转辊和刮板结构两种，其中实用新型专利(ZL201020670962.5)《一种选择性激光烧结双辊铺粉装置》采用的刚性旋转辊虽然能较好的压实金属粉末，但是铺粉过程中经常出现撞辊，同轴度偏差会导致表面波浪形纹等铺粉缺陷。所以刚性旋转辊主要应用于SLS技术烧结非金属成型过程的铺粉，并不能满足SLM成型金属零件的要求。普通刮板结构的铺粉装置在铺粉过程中与成型面相撞，一般刮板装置对粉末的压实作用非常小，刮板推动粉末在成型面上行走，与成型面产生的剪切力容易导致成型薄壁件、强度不高的精密件被撞坏。例如本实验室发明的实用新型专利(ZL200920295730.3)《用于快速成型的金属粉末铺粉装置》使用的是刮板结构，虽然能保证铺粉平整，但是板对粉末的压实作用非常小，在激光辐照后，收缩比较大，容易造成成型件内部残余应力较大，发生变形或者翘曲。并且在铺粉过程中，刮板容易和零件发生碰撞，使零件破损，最终导致成型失败。
[0006]因此SLM成型系统需要一种柔性铺粉装置，目前主要采用金属柔性薄片作为铺粉刷，这种金属薄板柔性铺粉装置能够较好的保证铺粉过程的平整度和紧实度。例如本实验室的发明专利(ZL201010202552.2)《医用镁合金金属零件的选区激光熔化成型装置及方法》，采用的是不锈钢薄片，每个薄片上有20个刷片单元。但是金属薄片的弹性较大，在遇到金属零件发生热膨胀和翘曲时，虽然不至于将零件碰坏，但是会产生较严重的弹粉和扬粉现象，会使铺粉平面产生一个凹坑，影响铺粉质量。
[0007]因此，在SLM快速成型的加工中，需要有一种既能使得铺粉平整均匀，铺粉装置不会与零件发生刚性碰撞，又能保证铺粉紧实，不会产生弹粉和扬粉现象的金属粉末柔性铺粉装置。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置。既能使得铺粉平整均匀，铺粉装置不会与零件发生刚性碰撞，又能保证铺粉紧实，不会产生弹粉和扬粉现象；由于柔性铺粉刷与铺粉平面是面接触，所以铺粉过程中遇到凸起和球化缺陷时，铺粉刷不容易被刮坏，寿命长。
[0009]本发明通过下述技术方案实现:
[0010]一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，包括A移动支架1、A负压通道器2、柔性铺粉刷4、安装支架5、B负压通道器6，B移动支架8 ；
[0011]安装支架5内设有负压腔19 ；
[0012]所述A移动支架I和B移动支架8，分别固定在安装支架5的两端；
[0013]所述安装支架5的底部设有吸附槽13和储粉槽11 ；
[0014]所述柔性铺粉刷4的上平面30吸附在吸附槽13内；
[0015]所述柔性铺粉刷4的侧面卡槽22与吸附槽13的侧面重合；
[0016]所述柔性铺粉刷4的铺粉平面23突出在吸附槽13外；
[0017]所述A负压通道器2和B负压通道器6，分别安装支架5的两端；
[0018]所述A负压通道器2和B负压通道器6，通过负压腔19相通；
[0019]所述A移动支架I和B移动支架8，通过紧固螺钉3分别固定在安装支架5的两端。
[0020]所述A负压通道器2和B负压通道器6，分别通过紧固螺钉固定在安装支架5的两端。
[0021]所述A负压通道器2和B负压通道器6与安装支架5之间分别垫有密封圈18。
[0022]所述安装支架5的两侧设有拆卸槽12。
[0023]所述吸附槽13为矩形槽。
[0024]所述负压腔19底部设置吸附孔10，所述吸附孔10与柔性铺粉刷4接触；所述负压腔19顶部设置有进气孔21，进气孔21与进气腔20连通，所述进气腔20通过进气腔口 16吸入空气。
[0025]所述柔性铺粉刷4的截面为T型结构。
[0026]所述柔性铺粉刷4的材质为硅胶。
[0027]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0028]1、本发明采用硅胶材料作为铺粉刷，此硅胶铺粉刷不仅有一定的硬度，保证能够推动粉末，使铺粉平面均匀、厚实；而且有一定的柔性，避免铺粉刷跟零件发生刚性碰撞，防止使零件被碰坏。并且硅胶材料弹性差，铺粉过程不会产生扬粉和弹粉现象。
[0029]2、本发明铺粉刷采用小孔吸附式将其吸附在吸附槽内，能够较好的保证铺粉刷铺粉平面的平行度。而且吸附式的铺粉刷方便安装和拆卸更换。
[0030]3、本发明铺粉刷铺粉平面采用面接触，有较好的柔韧性，当熔道产生小凸起或球化缺陷时，柔性铺粉刷也能平顺的刮过凸起，防止扬粉和弹粉现象。而且跟线接触的柔性铺粉刷相比，面接触的铺粉刷在遇到凸起缺陷时不容易被刮坏，就算铺粉刷前沿有部分破损，后沿部分仍会保持完好，不会对铺粉的平整性产生影响。因此该面接触的铺粉刷使用寿命长，铺粉质量高。
[0031]本发明技术手段手段简便易行，可用在激光选区熔化等快速成型设备中。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明的总体结构示意图。
[0033]图2是图1所示的安装支架底面结构示意图。
[0034]图3是图1所示的安装支架顶面结构示意图。
[0035]图4是图1所示的安装支架内部负压通道剖面结构示意图。
[0036]图5是图1所示的安装支架内部进气腔剖面结构示意图。
[0037]图6是图1所示的柔性铺粉刷结构示意图。
[0038]图7是激光选区熔化加工示意图。
[0039]图8是柔性铺粉装置铺粉示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0041]实施例
[0042]如图1至8所示。本发明一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，包括A移动支架1、A负压通道器2、柔性铺粉刷4、安装支架5、B负压通道器6，B移动支架8 ;
[0043]安装支架5内设有负压腔19 ；
[0044]所述A移动支架I和B移动支架8，分别固定在安装支架5的两端；
[0045]所述安装支架5的底部设有吸附槽13和储粉槽11 ;储粉槽11用于预储粉，为铺粉过程提供充足的金属粉末。
[0046]所述柔性铺粉刷4的上平面30吸附在吸附槽13内，并可根据需要调整柔性铺粉刷4的位置。
[0047]所述柔性铺粉刷4的侧面卡槽22与吸附槽13的侧面重合；
[0048]所述柔性铺粉刷4的铺粉平面23突出在吸附槽13外；铺粉平面23与金属粉末25接触，用于铺平金属粉末25。这样的形状设计可以减少柔性铺粉刷4的力矩，使固定部分更加稳定的固定在吸附槽13内。
[0049]所述A负压通道器2和B负压通道器6，分别安装支架5的两端；
[0050]所述A负压通道器2和B负压通道器6，通过负压腔19相通；[0051]所述A移动支架I和B移动支架8，通过紧固螺钉3分别固定在安装支架5的两端。
[0052]所述A负压通道器2和B负压通道器6，分别通过紧固螺钉固定在安装支架5的两端。
[0053]所述A负压通道器2和B负压通道器6与安装支架5之间分别垫有密封圈18，保证密闭性。
[0054]所述安装支架5的两侧设有拆卸槽12，便于安装支架5的拆卸和搬运。
[0055]所述吸附槽13为矩形槽，保证了柔性铺粉刷4的平整性，保证加工顺利。
[0056]所述负压腔19底部设置吸附孔10 (五个)，所述吸附孔10与柔性铺粉刷4接触；所述负压腔19顶部设置有进气孔21 (五个)，进气孔21与进气腔20连通，所述进气腔20通过进气腔口 16吸入空气。进气腔20应保持清洁。
[0057]所述柔性铺粉刷4的截面为T型结构。
[0058]所述柔性铺粉刷4的材质为硅胶。
[0059]如图7所示，金属粉末25预置于粉缸24内，柔性铺粉刷4将金属粉末25从粉缸24处刮到成型缸27处，铺于待成型金属零件26上，然后柔性铺粉刷4回到粉缸处，完成一次铺粉。
[0060]如图8所示，柔性铺粉刷4将金属粉末25平铺到已成型表面29上。所述柔性铺粉刷4碰到翘曲28，局部变形后顺利越过翘曲28，避免了刚性碰撞和弹粉扬粉现象。即使因为翘曲28使得柔性铺粉刷4的前沿有部分破损，但是后沿部分仍会保持完好，因此不会对铺粉的平整性产生影响。
[0061]实际应用中，A负压通道器2和B负压通道器6分别与一个微型抽气泵连接。微型抽气泵工作时，将负压腔内的空气抽走，这导致负压腔内的气压小于外界大气压，则吸附孔内的气压小于外界大气压，则柔性铺粉刷4在内外压力差的作用下被紧紧吸附在吸附槽13内。
[0062]进气孔的设计是为维持负压腔内一个恒定的气压而设计的，同时避免了负压腔内因压力太小导致微型抽气泵过载而损坏。
[0063]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0064]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。
【权利要求】
1.一种激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在于包括A移动支架、A负压通道器、柔性铺粉刷、安装支架、B负压通道器，B移动支架； 安装支架内设有负压腔； 所述A移动支架和B移动支架，分别固定在安装支架的两端； 所述安装支架的底部设有吸附槽和储粉槽； 所述柔性铺粉刷的上平面吸附在吸附槽内； 所述柔性铺粉刷的侧面卡槽与吸附槽的侧面重合； 所述柔性铺粉刷的铺粉平面突出在吸附槽外； 所述A负压通道器和B负压通道器，分别安装支架的两端； 所述A负压通道器和B负压通道器，通过负压腔相通。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述A移动支架和B移动支架，通过紧固螺钉分别固定在安装支架的两端。
3.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述A负压通道器和B负压通道器，分别通过紧固螺钉固定在安装支架的两端。
4.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述A负压通道器和B负压通道器与安装支架之间分别垫有密封圈。
5.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述安装支架的两侧设有拆卸槽。
6.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述吸附槽为矩形槽。
7.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述负压腔底部设置吸附孔，所述吸附孔与柔性铺粉刷接触；所述负压腔顶部设置有进气孔，进气孔与进气腔连通，所述进气腔通过进气腔口吸入空气。
8.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述柔性铺粉刷的截面为T型结构。
9.根据权利要求1所述的激光选区熔化成型系统的吸附式面接触柔性铺粉装置，其特征在:所述柔性铺粉刷的材质为硅胶。
【文档编号】B22F3/105GK104001916SQ201410226235
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】王迪, 杨永强, 白玉超, 刘睿诚, 宋长辉 申请人:华南理工大学