多功能选择性激光熔化成形SLM基板调平装置的制作方法

本发明涉及一种多功能选择性激光熔化成形SLM基板调平装置，属于3D打印增材制造技术领域。

背景技术：

激光增材制造（3D打印）技术是以3D模型数据为基础，采用层层叠加的方法来制备零件。该技术省去了传统加工中开模、铸造、锻造、切割、部件组装等复杂的过程，可以一次成形，简化了制造程序，缩短了新品研制周期，降低了开发成本和风险。随着科学技术的发展和推广应用的需要，利用3D打印技术直接成形制品越来越受到人们关注。

目前典型的3D打印技术主要有：选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、光固化立体成形（SLA）、熔融沉积制造（FDM）等。SLM技术是3D打印技术领域最具发展潜力的技术之一。该技术利用高能束激光直接熔化金属粉末，可成形高性能金属零件。

SLM 技术的基本原理是：首先利用三维建模软件建立成形件的三维数据模型，随后利用切片软件对三维数据模型进行切片分层，得到各截面的二维轮廓数据及激光扫描路径，将这些数据导入快速成形设备中，进行激光选区熔化成形。成形时，首先将成形缸中的基板调平，随后铺粉装置把成形粉末铺到成形缸基板上，激光束根据制品当前的截面轮廓数据进行选区熔化成形。加工完当前层后，成形缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一定距离，铺粉装置在已加工好的当前层上铺好金属粉末，设备调入下一层轮廓的数据进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。

SLM成形过程中，制品内部容易产生较大应力，引起制品翘曲变形。为了减小零件翘曲变形，通常将制品烧结在基板上，使制品与基板成为一体。成形开始时，首先要对基板进行调平，若基板不平，所铺粉末不均匀，将降低成形件与基板的结合强度，影响成形质量。目前基板调平主要是人工采用塞尺进行调平，调整过程繁琐，精度低，降低了成形效率。基板调平后，在基板上铺粉时，铺粉密度对制品质量也存在较大影响，如果铺粉密度低，将会增加制品内部孔隙率，降低制品质量，因此需要进一步提高铺粉密度，提高制品质量。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种在SLM成形时，能够对成形基板进行自动调平，提高铺粉致密度的多功能选择性激光熔化成形SLM基板调平装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为多功能选择性激光熔化成形SLM基板调平装置，包括：成形缸、供粉缸和集料缸，所述成形缸、供粉缸和集料缸内均设置有液压缸和基板，所述基板设置在液压缸的活塞杆上，所述成形缸、供粉缸和集料缸的上方两侧设置有滑轨，刮刀支架通过滑块滑动安装在滑轨上，所述刮刀支架的下部固定有刮刀，所述滑块上设置有丝杠螺母，所述丝杠螺母内设置有丝杠，所述丝杠端部设置有驱动电机，滚筒架的一端铰接在刮刀支架上，另一端安装有压实滚筒，所述刮刀支架上设置有固定板，所述固定板上设置有圆柱梁，所述圆柱梁上设置有扭力弹簧，所述扭力弹簧一端卡在固定板上，另一端卡在滚筒架上，所述滚筒架的两侧下方设置有应力传感器，所述应力传感器固定在刮刀支架上，所述成型缸的基板上设置有调平机构，所述液压缸、驱动电机、应力传感器和调平机构均与主控系统相连接。

优选的，所述调平机构主要有调平油缸和平衡板构成，所述平衡板固定在液压缸的活塞杆上，所述平衡板的四角设置有调平油缸，所述调平油缸的缸体固定在平衡板上，活塞杆固定在基板的底部。

优选的，所述应力传感器主要由变形体、电阻应变式传感器、AD转换电路构成。

优选的，所述滚筒架之间设置有加固横梁。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明在SLM成形时，该能够对成形基板进行自动调平，并且能够对成形粉末进行压实，提高铺粉致密度。该装置对提高SLM成形制品质量，推动SLM成形技术的发展具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一。

图2为本发明的结构示意图二。

图3为本发明中滚筒架的结构示意图一。

图4为本发明中滚筒架的结构示意图二。

图5为本发明中刮刀支架的结构示意图。

图6为本发明中成型缸调平机构的结构示意图。

图7为本发明中应力传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图5所示，多功能选择性激光熔化成形SLM基板调平装置，包括：成形缸11、供粉缸10和集料缸12，成形缸11、供粉缸10和集料缸12内均设置有液压缸18和基板20，基板20设置在液压缸18的活塞杆上，成形缸11、供粉缸10和集料缸12的上方两侧设置有滑轨1，刮刀支架7通过滑块8滑动安装在滑轨1上，刮刀支架7的下部固定有刮刀6，滑块8上设置有丝杠螺母4，丝杠螺母4内设置有丝杠3，丝杠3端部设置有驱动电机2，滚筒架9的一端铰接在刮刀支架7上，另一端安装有压实滚筒15，刮刀支架7上设置有固定板19，固定板19上设置有圆柱梁17，圆柱梁17上设置有扭力弹簧13，扭力弹簧13一端卡在固定板19上，另一端卡在滚筒架9上，滚筒架9的两侧下方设置有应力传感器16，应力传感器16固定在刮刀支架7上，成型缸11的基板上设置有调平机构，液压缸18、驱动电机2、应力传感器16和调平机构均与主控系统5相连接。

如图7所示，应力传感器16主要由变形体24、电阻应变式传感器23、AD转换电路25构成。

具体的，铺粉系统主要包括导轨1、刮刀支架7、刮刀6、压实滚筒15、滚筒架9、应力传感器16、驱动电机2和主控系统5。导轨1上安装刮刀支架7，刮刀6嵌在刮刀支架7前面底部，并通过螺栓固定。滚筒架9一端通过螺栓安装在刮刀支架7上，另一端通过螺栓安装压实滚筒15。在刮刀支架7两侧的圆柱横梁17上分别安装同样的扭力弹簧13，扭力弹簧13一端固定在刮刀支架7上，另外一端固定在滚筒架9上。扭力弹簧13对滚筒架9及压实滚筒15产生向下的压力，使压实滚筒15能够对成形粉末进行压实。刮刀支架7后端底部安装应力传感器16，滚筒架9两侧作用在应力传感器16上。应力传感器16主要用于测量压实滚筒15在基板20上运动时滚筒架9两侧受力情况，并将滚筒架9两侧所受应力反馈给主控系统5。如果滚筒架9两侧受力均衡，则说明基板20已经调平，如果滚筒架9两侧受力不均衡，则说明基板20不平整，需要进一步调平。刮刀支架7两侧底部安装滑块8，滑块8上安装螺母4，螺母4内安装丝杠3，丝杠3一端与电机2相连，电机2驱动丝杠3转动，从而驱动刮刀支架7及支架上的装置运动。

导轨1与刮刀支架7材质为不锈钢，导轨1结构为凸台结构，刮刀支架7底部与导轨1接触位置为凹槽结构；压实滚筒15材质为不锈钢，压实滚筒15轴线与刮刀6尖端直线在同一平面内，且两者平行。

滚筒架9材质为不锈钢，滚筒架9一端安装在刮刀支架7上，另一端可以相对刮刀支架7进行转动，滚筒架9之间安装有横梁14，用于保证滚筒架不变形及尺寸精度。

如图6所示，调平机构主要包括液压缸18、基板20、平衡板21和调平油缸22。平衡板21采用不锈钢材质，调平油缸22一共四个，一端安装在基板20底面四个角，另外一端安装在平衡板21上，用于调整基板20四个角的高度及整个基板20是否水平。平衡板21下端安装液压缸18用于调整平衡板21及安装在平衡板上的基板20的高度。

在进行调平工作时，1）启动液压缸18，调整平衡板21及平衡板21上的基板20到指定高度，使基板20与压实滚筒15接触，使滚筒架9受到扭力弹簧13的作用力及基板20的支撑力。2）将压实滚筒15调整到基板20最左侧。此时滚筒架9两侧的应力传感器16将压力数值传到主控系统5，主控系统5将会根据应力传感器16反馈的数据调整基板20左侧下面两个调平油缸22的高度，使滚筒架9两侧的应力传感器16数值一致。3）将压实滚筒15调整到基板20最右侧，主控系统5根据最左侧应力传感器16的数值，调整基板20最右侧下面两个调平油缸22的高度，使滚筒架9两侧的应力传感器16数值与最左侧应力传感器16的数值一致。此时，整个基板20处于调平状态。4）启动铺粉系统，刮刀6将成形粉末从供粉缸10均匀平铺到成形缸11内的基板20上，并将多余粉末刮到集料缸12。刮刀后面的压实滚筒15对成形缸11内铺好的粉末进行压实，提高所铺粉末的致密度。5）激光烧结成形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。