一种用于铺粉式增材制造设备的成型缸及缸内活塞体截面调整方法与流程

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种提高铺粉式增材制造设备粉末利用率的成型缸及缸内活塞体截面调整方法。

背景技术：

铺粉式增材制造技术属于增材制造技术的范畴，以激光选区熔化及激光选区烧结最为典型，其利用激光将传统的三维制造工艺转化为平面制造叠加工艺。通过聚焦的激光光斑按指定路线扫描金属粉末层，不断烧结或熔化金属粉末并成形出平面轮廓，然后层层堆叠完成加工，最终实现任意复杂形状金属零件的制造。

现有技术中，铺粉式增材制造设备都涉及供粉缸、成形缸及铺粉装置，工作时铺粉装置由供粉缸向成形缸运动，带动铺粉缸内的粉末在成形缸内均匀地铺满一层，然后利用计算机根据切片模形控制激光束的二维扫描轨迹有选择地烧结已铺好的固体粉末，以形成零件的一个层面；该层面成形后，电缸带到成形缸内活塞下降一个层厚，再利用铺粉装置将供粉缸内的粉末在成形缸内均匀地铺满一层，如此循环往复，运用激光束不断烧结或熔化各个粉末层面成形，层层堆叠最终完成整个零件的加工成形。

然而现有的设备依然存在很大的铺粉浪费现象，原因在于几乎所有的设备均采用定尺寸成形缸，为满足可加工较大尺寸零件需要，其成形缸尺寸通常较大，当运用这样的成形缸来完成小尺寸零件的加工时，加工每一层之前依然要将成形缸铺满一个层厚，这样就会造成大量粉末的浪费，由于金属粉末价格昂贵，加工小尺寸零件的成本很高；且现有成形缸均采用圆形缸设计，相较于方形缸可用成形面积较小，因此，目前铺粉式增材制造技术领域中亟需一种能够提高其粉末利用率的方法和成形缸装置。

技术实现要素：

针对于上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于铺粉式增材制造设备的成型缸及缸内活塞体截面调整方法，通过切换不同尺寸的成形缸实体完成相应尺寸零件加工，可有效提高粉末利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于铺粉式增材制造设备的成型缸，包括缸体以及设置在所缸体内的活塞体，其特征在于：所述活塞体由中心塞体和至少一个套在所述中心塞体外沿中心塞体径向分布的外围塞体，所述外围塞体具有与缸体连接的第一连接部和与所述中心塞体连接的第二连接部；一个或一个以上的所述外围塞体，通过在第一连接部和缸体解除连接，在第二连接部与中心塞体实现连接，与中心塞体形成变截面活塞体。

在所述缸体内设置有n个固定板，每个固定板具有与对应的外围塞体连接的第一连接位置和与相邻固定板连接的第二连接位置，所述外围塞体的第二连接部与所述固定板的第二连接位置对应，其中n为外围塞体的个数。

所述固定板与外围塞体及相邻固定板之间采用紧固件连接。

所述外围塞体的第一连接部为销孔，所述外围塞体通过销钉与缸体连接。

所述中心塞体和外围塞体的形状均为方形。

在所述中心塞体下端连接有电缸伸缩杆。

所述固定板与电缸伸缩杆之间设有防尘垫以隔绝粉末。

一种成型缸的缸内活塞体截面调整方法，其特征在于：根据活塞体截面的要求，选择中心塞体，或通过逐个解除与缸体连接的外围塞体并与中心塞体依次连接形成不同截面的活动塞体。

所述外围塞体为两个，分别为第一外围塞体和第二外围塞体，在第一外围塞体的下端设置第一固定板，在第二外围塞体的下端设置第二固定板；当加工较小尺寸零件时，将成形缸切换至最小成形空间位置，即将销钉插至两个外围塞体内与缸体固定不动，中心塞体跟随电缸的伸缩杆做上下运动；当加工中等尺寸零件时，将成形缸切换至中等成形空间位置，第一固定板与中心塞体连接，同时销钉前端至插至与缸体相邻的第一外围塞体内，这样，第一外围塞体和中心塞体相连接共同做上下伸缩运动；当加工较大尺寸零件时，将成形缸切换至最大成形空间位置，第二固定板和与第一固定板相连，第二外围塞体固定在第二固定板上，拔出销钉不作固定，这样，第一外围塞体、第二外围塞体及中心塞体相连接，共同做伸缩运动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明是一种提高铺粉式增材制造设备粉末利用率的成型缸及调节方法，其成形缸内的多个活塞体可根据实际需要或固定、或跟随电缸活塞杆伸缩，使得成形缸的成形面积可变，这样可以根据加工零件的实际尺寸选择相应尺寸的成形面积，有效地避免了运用大尺寸成形缸加工小尺寸零件的铺粉浪费现象，大大提高了粉末利用率，节省了加工成本。

同时，三个活塞体置于成形缸体内部的设计方法与手动可移出式成形缸设计相比，操作更加简单便捷、不用拆卸成形缸零部件，只需运用螺钉完成相关连接即可实现不同尺寸成形面积的切换。

此外，三个活塞体均为方形且相互嵌套，区别于所有目前的圆形成形缸设计，很好地实现可用成形面积最大化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的成形缸装置的整体结构示意图；

图2为最小成形空间位置的结构示意图；

图3为中等成形空间位置的结构示意图；

图4为最大成形空间位置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种提高铺粉式增材制造设备粉末利用率的方法及装置，于实施例中，装置包括活塞体1、活塞体2和活塞体3，且活塞体1、2、3均置于成形缸缸体9内部，电缸通过螺钉与底板8相连接，电缸伸缩杆7穿过底板中心圆孔作用于活塞体1，使得活塞体1始终可以跟随电缸伸缩杆作上下伸缩运动，固定板5和固定板6平时水平置于缸体9底面，当需要切换不同尺寸缸进行加工时，固定板5可通过螺钉与活塞体3连接，以及通过螺钉与固定板6连接，固定板6可通过螺钉与活塞体2连接，以及通过螺钉与活塞体1连接，活塞体2与活塞体3左侧均开有销孔，销钉4可根据需要插至活塞体2或是活塞体3中，以防止活塞体2与活塞体3下落；

活塞体均为方形设计，通过活塞切换所形成的成形面为方形面，活塞体1端面为10×10mm，活塞体2端面外轮廓为20×20mm，活塞体3端面外轮廓为30×30mm；

在与活塞体3销孔对应缸体内壁处开有直径6～10mm圆孔，可由内壁往活塞体2、3内插入销钉；

活塞体1、2、3之间留有单边约1mm间隙，方便装配，并保证只有少量粉末从活塞上部漏出；

所用螺钉螺纹公称直径均大于m8，固定板5和6与螺钉配套连接处均为沉头孔；

固定板5与电缸伸缩杆之间设有防尘垫以隔绝粉末；

电缸伸缩杆7的长度为800mm，伸缩行程为600mm，成形缸的深度为600mm，以保证电缸行程与成形缸深度的合理匹配。

当加工较小尺寸零件（最大长度不超过10mm）时，将成形缸切换至最小成形空间位置，如图2所示，即固定板5与固定板6平置于缸体9底面，同时将销钉4插至活塞体2中使得活塞体2与活塞体3固定不动，活塞体1跟随电缸的伸缩杆做上下伸缩运动。当加工中等尺寸零件（长度在10～20mm）时，将成形缸切换至中等成形空间位置，如图3所示，即固定板5平置于缸体9底面，固定板6与活塞体1、2连接，同时销钉4至插至活塞体3中一定距离处，这样，活塞体2可与活塞体1相连接，共同做上下伸缩运动。当加工较大尺寸零件（最大长度超过20mm）时，将成形缸切换至最大成形空间位置，如图4所示，固定板6与活塞体1、2连接，固定板5与活塞体3连接，并通将固定板5与固定板6连接，拔出销钉不作固定，这样，活塞体2和活塞体3可与活塞体1相连接，共同做伸缩运动。

加工时，铺粉装置将粉末从铺粉缸铺至成形缸开口内并压实，然后利用激光束扫描指定路径作用于粉末形成相应轮廓的层面，完成一个层面的加工后，电缸带动活塞体1、或活塞体1和2，亦或者活塞体1、2、3一起向下移动一个层面的距离，继续完成铺粉及激光作用过程以完成较大尺寸零件的加工。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。