一种旋转式多缸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领域，尤其涉及一种旋转式多缸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)成型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。相比其它金属增材制造技术，激光选区熔化成形技术具有更高的成形精度以及更少的后续加工量，可成形复杂度更高的零件，它以结构功能一体化设计制造、短周期、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，提供一种旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置与方法。实现异种材料零件的整体成型，以及一个成型室内多个零件循环加工。

本发明通过下述技术方案实现：

一种旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置，包括成型室，置于其内的成型缸机构、粉料缸机构、铺粉机构和激光器12；所述成型缸机构为旋转式成型缸机构3，所述粉料缸机构为旋转式粉料缸机构5；

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5并排设置在铺粉机构的一侧；旋转式成型缸机构3的成型缸转轴6和旋转式粉料缸机构5的粉料缸转轴7连成的直线与铺粉机构的直线导轨9相平行；铺粉机构铺粉刷作业时，将旋转式粉料缸机构5上的粉末平铺至旋转式成型缸机构3上，供激光器12在旋转式成型缸机构3上方进行激光选区熔化作业。

所述旋转式成型缸机构3包括一个圆形平面，圆形平面内嵌合有三个结构相同、且等角度对称分布在其周缘的成型缸2；这三个成型缸2的上边缘与圆形平面的上表面在同一水平面；

所述旋转式粉料缸机构5包括一个圆形平面，圆形平面内嵌合有三个结构相同、且等角度对称分布在其周缘的粉料缸4；这三个粉料缸4的上边缘与圆形平面的上表面在同一水平面；

铺粉机构进行铺粉作业时，铺粉臂10携带铺粉刷13沿着直线导轨9的轨迹往复运动；铺粉刷13往复运动所覆盖的区域为预铺粉区域；

当其中一个粉料缸4和其中一个成型缸2旋转至该预铺粉区域时，即正对直线导轨9，铺粉刷13将高于成型缸2上表面的粉末推送、平铺至该成型缸2的成型平面上。

所述成型缸转轴6的轴线位置与旋转式成型缸机构3的圆形平面的圆心同轴；所述粉料缸转轴7的轴线位置与旋转式粉料缸机构5的圆形平面的圆心同轴；

当所述粉料缸转轴7转动时，这三个粉料缸4围绕粉料缸转轴7作圆周运动，它们的位置分别在预铺粉区域交替或交替停留；当所述成型缸转轴6转动时，这三个成型缸2围绕成型缸转轴6作圆周运动，它们的位置分别在预铺粉区域交替或交替停留。

所述粉料缸4和成型缸2旋转至预铺粉区域的旋转角度为120°；所述粉料缸4和成型缸2上方分别盖设有密封金属盖18，在该密封金属盖18上对应于铺粉区域侧开设有粉料缸工位开口和成型缸工位开口；密封金属盖18用于防止加工过程中各粉料缸4及成型缸2之间的粉末飞溅；密封金属盖18不跟随成型缸转轴6和粉料缸转轴7转动；密封金属盖18的上平面与铺粉底台15上表面齐平。

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5转动时为顺时针或者逆时针转动。

所述铺粉臂10、旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5的运动由各自的步进电机驱动；所述成型缸2的左侧设有粉末回收室1，用于收集铺粉过程中多余的粉末。

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5均由各自独立的丝杆升降机构。

所述三个粉料缸4为矩形结构，他们可分别用于盛装相同或者不同材质的金属粉末；所述铺粉机构的直线导轨9置于独立的隔仓内，以避免粉末污染直线导轨9。

一种旋转式多缸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：启动激光选区熔化成型装置，根据成型零件材料属性要求，将所需材质的粉末添加至相应的粉料缸4内；做好作业前成型基板装载、抽真空和通保护气准备工作；

步骤二：根据加工要求，将该成型缸2转动至预铺粉区域；根据该成型缸成型零件16所需要的粉末材质的要求，将装有相应粉末材质的粉料缸4转动至预铺粉区域；接着该粉料缸4的丝杆升降机构将粉料缸4内的粉末升高一个铺粉层高度，此时铺粉刷13将高于粉料缸4上表面的粉末推送、平铺至该成型缸2的成型平面上后退回初始位置，完成一次铺粉作业；接着，供激光器12在该成型缸2上方发射激光束17，以对进行激光选区熔化作业；

激光器12完成该层零件的激光加工并下降一个层厚作业，若该零件下一层所需粉末与上一层粉末材料不同时，将另一个装有其所需粉末材料的粉料缸转动至预铺粉区域，由该粉料缸的丝杆升降机构将其内的粉末材料升高一个铺粉层所需高度，此时铺粉刷13将高于该粉料缸上表面的粉末材料推送、平铺至该成型缸的零件成型面上后退回初始位置；接着，供激光器12在该成型缸2上方发射激光束17，以对进行激光选区熔化作业；

步骤三：循环步骤二，直至各个成型缸内的零件加工完成。

上述步骤二所述铺粉作业过程中，剩余的粉末由粉末回收室1收集。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明在一个旋转式成型缸机构内设置三个成型缸，在一个旋转式粉料缸机构内设置三个粉料缸；根据零件的加工要求，可在粉料缸内盛装不同材质的粉末。铺粉机构进行铺粉作业时，铺粉臂携带铺粉刷沿着直线导轨的轨迹往复运动；铺粉刷往复运动所覆盖的区域为预铺粉区域；当其中一个粉料缸和其中一个成型缸旋转至该预铺粉区域时，即正对直线导轨，铺粉刷将高于成型缸上表面的粉末推送、平铺至该成型缸的成型平面上。采用这种结构实现了异种材料的整体成形，突破了激光选区熔化成形单一材料零部件的局限性，极大拓展该技术的应用范围。

本发明采用多缸组合，不仅结构简单、操作便捷，而且能在一次准备工作中，实现多个零件的循环加工，从而大大提高了工作效率，节约了生产时间及成本。

附图说明

图1为本发明旋转式多缸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。

图3为图2中B-B剖面结构示意图。

图4为密封金属盖结构示意图。

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至4所示。本发明公开了一种旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置，包括成型室，置于其内的成型缸机构、粉料缸机构、铺粉机构和激光器12；所述成型缸机构为旋转式成型缸机构3，所述粉料缸机构为旋转式粉料缸机构5；

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5并排设置在铺粉机构的一侧；旋转式成型缸机构3的成型缸转轴6和旋转式粉料缸机构5的粉料缸转轴7连成的直线与铺粉机构的直线导轨9相平行；铺粉机构铺粉刷作业时，将旋转式粉料缸机构5上的粉末平铺至旋转式成型缸机构3上，供激光器12在旋转式成型缸机构3上方进行激光选区熔化作业。

所述旋转式成型缸机构3包括一个圆形平面，圆形平面内嵌合有三个结构相同、且等角度对称分布在其周缘的成型缸2；这三个成型缸2的上边缘与圆形平面的上表面在同一水平面；

所述旋转式粉料缸机构5包括一个圆形平面，圆形平面内嵌合有三个结构相同、且等角度对称分布在其周缘的粉料缸4；这三个粉料缸4的上边缘与圆形平面的上表面在同一水平面；

铺粉机构进行铺粉作业时，铺粉臂10携带铺粉刷13沿着直线导轨9的轨迹往复运动；铺粉刷13往复运动所覆盖的区域为预铺粉区域；

当其中一个粉料缸4和其中一个成型缸2旋转至该预铺粉区域时，即正对直线导轨9，铺粉刷13将高于成型缸2上表面的粉末推送、平铺至该成型缸2的成型平面上。

所述成型缸转轴6的轴线位置与旋转式成型缸机构3的圆形平面的圆心同轴；所述粉料缸转轴7的轴线位置与旋转式粉料缸机构5的圆形平面的圆心同轴；

当所述粉料缸转轴7转动时，这三个粉料缸4围绕粉料缸转轴7作圆周运动，它们的位置分别在预铺粉区域交替或交替停留；当所述成型缸转轴6转动时，这三个成型缸2围绕成型缸转轴6作圆周运动，它们的位置分别在预铺粉区域交替或交替停留。

所述粉料缸4和成型缸2旋转至预铺粉区域的旋转角度为120°；所述粉料缸4和成型缸2上方分别盖设有密封金属盖18，在该密封金属盖18上对应于铺粉区域侧开设有粉料缸工位开口和成型缸工位开口；密封金属盖18用于防止铺粉和加工过程中各粉料缸4及成型缸2之间的粉末流窜、飞溅等；密封金属盖18不跟随成型缸转轴6和粉料缸转轴7转动；密封金属盖18的上平面与铺粉底台15上表面齐平，保证铺粉过程中粉末无障碍通过。

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5转动时为顺时针或者逆时针转动。

所述铺粉臂10、旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5的运动由各自的步进电机驱动；所述成型缸2的左侧设有粉末回收室1，用于收集铺粉过程中多余的粉末。

所述旋转式成型缸机构3和旋转式粉料缸机构5均由各自独立的丝杆升降机构。

所述三个粉料缸4为矩形结构，他们可分别用于盛装相同或者不同材质的金属粉末；所述铺粉机构的直线导轨9置于独立的隔仓内，以避免粉末污染直线导轨9。

本发明旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置的运行方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：启动激光选区熔化成型装置，根据成型零件材料属性要求，将所需材质的粉末添加至相应的粉料缸4内；做好作业前成型基板装载、抽真空和通保护气准备工作；

步骤二：根据加工要求，将该成型缸2转动至预铺粉区域；根据该成型缸成型零件16所需要的粉末材质的要求，将装有相应粉末材质的粉料缸4转动至预铺粉区域；接着该粉料缸4的丝杆升降机构将粉料缸4内的粉末升高一个铺粉层高度，此时铺粉刷13将高于粉料缸4上表面的粉末推送、平铺至该成型缸2的成型平面上后退回初始位置，完成一次铺粉作业；铺粉作业过程中，剩余的粉末由粉末回收室1收集；接着，供激光器12在该成型缸2上方发射激光束17，以对进行激光选区熔化作业；

激光器12完成该层零件的激光加工并下降一个层厚作业，若该零件下一层所需粉末与上一层粉末材料不同时，将另一个装有其所需粉末材料的粉料缸转动至预铺粉区域，由该粉料缸的丝杆升降机构将其内的粉末材料升高一个铺粉层所需高度，此时铺粉刷13将高于该粉料缸上表面的粉末材料推送、平铺至该成型缸的零件成型面上后退回初始位置；接着，供激光器12在该成型缸2上方发射激光束17，以对进行激光选区熔化作业；

步骤三：循环步骤二，直至各个成型缸内的零件加工完成。

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。