一种加强型金属激光3D打印复合刮粉刀的制作方法

本发明属于金属激光3d打印刮粉刀技术领域，具体涉及一种金属激光3d打印软硬复合刮粉刀。

背景技术：

金属激光3d打印是粉末床熔融。使用激光，逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工至物件完成，粉末床熔融系统有热源和粉末分布控制机制。

在金属激光3d打印过程中，可能会出现大量设备操作者试图避免的问题，包括孔隙、残余应力、翘曲、裂纹、局部隆起等。

（一）金属激光3d打印常见缺陷

1.孔隙

零件激光3d打印过程中，内部非常小的孔穴会形成孔隙，这可由金属激光3d打印工艺本身或者粉末引起。这些微孔会降低零件的整体密度，导致裂纹和疲劳问题的出现。

在雾化制粉过程中，气泡可能在粉末的内部形成，它将转移到最终的零件中。更常见的是，金属激光3d打印过程本身会产生小孔。比如当激光功率过低，会导致金属粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现金属飞溅的现象，融化的金属飞出熔池进入到周围区域。

当粉末的尺寸大于层厚，或者激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。熔化的金属没有完全流到相应的区域也会造成小孔出现。

为了解决这些问题，在金属激光3d打印工艺中，可以通过调整光斑形状来减少粉末飞溅，例如“脉冲整形”可以实现区域逐渐融化。

2.残余应力

在金属激光3d打印中，残余应力由冷热变化、膨胀收缩过程引起。当残余应力超过材料或者基板的拉伸强度，将有缺陷产生，如零件有裂纹或者基板翘曲。

残余应力在零件和基板的连接处最为集中，零件中心位置有较大压应力，边缘处有较大拉应力。

可以通过添加支撑结构来降低残余应力，因为它们比单独的基板温度更高。一旦零件从基板上取下来，残余应力会被释放，但这个过程中零件可能会变形。

为了降低残余应力，必须控制温度起伏，可采取减小扫描矢量长度的方式代替连续激光扫描。选用支撑把零件牢固连接在平台上，并使用体支撑来快速导热。

3.裂纹

除了零件内部孔隙会产生裂纹外，熔融金属凝固或某片区域进一步加热也会出现裂纹。如果热源功率太大，冷却过程中可能会产生应力。

分层现象有可能会出现，导致层间发生断裂。这可能是粉末熔化不充分或熔池下面若干层重熔引起的。

4.翘曲

为了确保打印任务能顺利开始，打印的第一层熔融在基板上。当打印完成后，通过线切割加工使零件从基板上分离。然而，如果基板热应力超过了其强度，基板会发生翘曲，最终会导致零件发生翘曲，会有致使刮刀撞到零件的风险。

为了防止翘曲，需要在合适位置添加适量的支撑。

5.局部隆起

其他变形，比如弹粉、膨胀或者球化，使金属激光3d打印过程中，熔化的金属局部隆起超出了粉末的高度。

（二）金属激光3d打印产生缺陷的原因

1.粉末质量问题

粉末有杂质粉，末流动性不好，粉末颗粒太大。

2.激光参数不合理

激光功率过低，会导致金属粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现金属飞溅的现象，融化的金属飞出熔池进入到周围区域。激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。激光扫描控制不合理，残余应力会增大。

3.刮粉方式不合理

对于刚性刮条，由于膨胀、球化、局部翘曲等原因，发生熔化的金属隆起超出了粉末的高度，使刚性刮条与打印工件碰撞、刮擦，设备产生停机故障，打印失败。

对于柔性刮条，由于柔性刮条刚性不足，在刮粉过程中，刮条会在支撑、工件的迎粉侧产生弹粉，导致熔化的金属局部隆起超出了粉末的高度，由于积累效应，多层后粉层铺粉厚度不均匀，出现打印分层和翘曲，设备产生停机故障，打印失败。

针对上述问题，中国专利申请（申请号为2019114146497）和中国专利申请（申请号为2019114146590）通过改进刮粉刀结构解决了上述存在的问题，但也存在一些缺陷。

中国专利申请（申请号为2019114146497）公开了一种铝或铜激光3d打印刃面钢条胶条复合刮粉刀，包括前k形胶条刮刀、刃面钢条刮刀和后k形胶条刮刀，前k形胶条刮刀、刃面钢条刮刀和后k形胶条刮刀固定连接在刀架上，刃面钢条刮刀位于前k形胶条刮刀和后k形胶条刮刀中间，该结构能很好地解决铝和铜等软质金属的高精度激光3d打印中刨高刮粉问题，但该专利刮粉刀由于受打印对象所限，对于钢、钛等高强度金属及合金的高精度激光3d打印仍然存在以下几点缺陷：a未设置排渣槽；b.k形胶条和钢条刮刀间隙过小。在金属高精度激光3d打印中，刃面钢条刮刀会刨出金属渣屑，如无排渣槽，或胶条和钢条刮刀间隙过小，金属渣屑会塞在胶条和钢条刮刀之间运动，当刨出金属渣屑过多又不能压入空粉处（非打印处）时，会导致胶条变形，加速胶条磨损。

中国专利申请（申请号为2019114146590）公开了一种金属激光3d打印钨钢刨刀条胶条复合刮粉刀，该专利刮粉刀只设置了一把柔性胶条刮刀，由于柔性胶条刮刀和合金刨刀高度不一致，胶条刮刀在打印工件上刮粉时，刮粉刀会产生向合金刨刀一侧倾斜的力矩，这种结构要求金属激光3d打印机的刮粉刀驱动导轨必须是刚性的，不能有明显的前后晃动，否者会造成刮粉刀倾斜卡死。

以上已经公开的二个专利复合刮粉刀，均未考虑到刮粉刀后落粉及装配精度问题。在金属激光3d打印过程中，对于上送粉打印机，金属粉末堆积于刮粉刀上斜面，刮粉刀向前刮铺粉时，很难保证刮粉刀上斜面的金属粉末全部向刮粉刀前面滑落，有少量金属粉末可能会向刮粉刀后落粉，导致工件打印面上局部粉末层厚过大，激光无法熔融，产生打印分层缺陷，打印失败。未设置装配定位孔，会增加刮粉刀装配难度，装配精度难以控制。

因此，上述已经公开的二个专利复合刮粉刀结构存在排渣、倾斜、后落粉、无装配定位问题，也正是本发明能够解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种加强型金属激光3d打印复合刮粉刀，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种加强型金属激光3d打印复合刮粉刀，包括两个胶条刮刀和合金刨刀，合金刨刀固定连接在两个胶条刮刀中间。

优选的，上述合金刨刀的刀刃低于胶条刮刀的刀刃0.03-0.05mm。

优选的，上述合金刨刀的刀刃与胶条刮刀的刀刃之间保持大于5mm间隙。

优选的，上述胶条刮刀的两端和合金刨刀的两端插入有装配定位销，并采用螺钉锁紧两个胶条刮刀和合金刨刀。

优选的，上述每个胶条刮刀包括前刮板、耐磨胶刮条和后刮板，后刮板固定连接在前刮板上，且在后刮板和前刮板底部处设置有t字形截面的安装镶嵌槽，耐磨胶刮条背面嵌入到安装镶嵌槽内。

优选的，上述耐磨胶刮条背面设置有t字形截面的安装镶嵌齿，安装镶嵌齿弹性紧固地嵌入到安装镶嵌槽内，耐磨胶刮条的刀刃为单棱台或双棱台。

优选的，上述合金刨刀包括刨刀护板和钨钢刨刀条，刨刀护板为倒立l型截面长条结构，固定连接在胶条刮刀后侧，并与前侧的胶条刮刀后侧下端形成倒立的u型开口槽，钨钢刨刀条背面通过刨刀护板固定连接在u型开口槽上。

优选的，上述刨刀护板下端设置有排渣槽，排渣槽位于u型开口槽相对一侧。

优选的，上述后侧的胶条刮刀外侧固定连接有后挡片，后挡片为软薄片，上侧高度高于复合刮粉刀上端面。

优选的，上述钨钢刨刀条背面抵靠有两对称的调节螺，调节螺钉螺旋连接在u型开口槽顶部。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

（1）本发明的复合刮刀，采用两胶条刮刀夹紧合金刨刀，使合金刨刀力矩平衡，整个刮粉刀不产生倾斜，降低刮粉刀驱动导轨刚性要求，提高金属激光3d打印机刮粉刀驱动系统可靠性；

（2）本发明的复合刮刀，采用两胶条刮刀夹持合金刨刀，使金属粉末受多次刮抹，工件打印表面粉末更均匀，打印质量更好，胶条刮刀为刮粉主刀，同时对微小隆起，合金刨刀为辅刀，对每层打印局部超高隆起进行刨削，避免隆起继续恶化，胶条刮刀可单独使用；

（3）合金刨刀的刀刃低于胶条刮刀的刀刃，能确保每层刮粉合金刨刀不与打印工件大面积碰撞、刮擦；

（4）间隙大于5mm的设置确保每次刨削废屑被刮出打印范围，不影响下层铺粉；

（5）两个胶条刮刀和合金刨刀插入两装配定位销后使用螺钉锁紧，使刮粉刀装配更精确、更容易；

（6）前、后胶条刮刀均使用耐磨胶刮条，使金属粉末受多次刮抹，工件打印表面粉末更均匀，3d打印质量更高，胶条刮刀结构安装方便，维护更换方便，t字形结构，便于胶条的嵌入固定，提高连接稳定性，并起到防脱作用；

（7）台刃结构，刚性更好，降低弹粉，刮平效果更好；

（8）合金刨刀结构简单，安装方便，钨钢刨刀条夹持稳定可靠；

（9）在合金刨刀上的刀刃后侧增加了排渣槽，避免大块刨削金属屑刮坏耐磨胶刮条；

（10）设置对称的调节螺钉，能够实现钨钢刨刀条平整度的调节以及伸出高度调节；

（11）刮粉刀增加后挡片，后档片为软薄片，高度高于刮粉刀架，能阻止金属粉末向后抛洒在打印面上，避免金属粉末局部厚度过高而产生分层缺陷，提高金属激光3d打印成功率；

综上所述，本发明有效解决了现有复合刮粉刀结构存在排渣、倾斜、后落粉、无装配定位问题。

附图说明

图1为本发明的等轴侧结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的右视结构示意图；

图4为本发明的前视示意图；

图5为图4中a-a剖视结构示意图；

图6为图3中b-b剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-图6所示，一种加强型金属激光3d打印复合刮粉刀，包括两个胶条刮刀1和合金刨刀2，合金刨刀2固定连接在两个胶条刮刀1中间，两个胶条刮刀1和合金刨刀2固定在一起后上表面设置有均匀平滑过渡的斜坡17。

优选的，上述合金刨刀2的刀刃低于胶条刮刀1的刀刃0.03-0.05mm。

优选的，上述合金刨刀2的刀刃与胶条刮刀1的刀刃之间保持大于5mm间隙。

优选的，上述两个胶条刮刀1的两端和合金刨刀2的两端插入有装配定位销8并采用螺钉15锁紧两个胶条刮刀1的两端和合金刨刀2，两个胶条刮刀1和合金刨刀2采用2个φ2的装配销通孔，插入两装配定位销后使用螺钉锁紧，使刮粉刀装配更精确、更容易。

优选的，上述每个胶条刮刀1包括前刮板4、耐磨胶刮条5和后刮板6，后刮板6固定连接在前刮板4上，且在后刮板6和前刮板4底部处设置有t字形截面的安装镶嵌槽7，耐磨胶刮条5背面嵌入到安装镶嵌槽7内，耐磨胶刮条5采用耐磨、耐高温、弹性好的硅橡胶制成。

优选的，上述耐磨胶刮条5背面设置有t字形截面的安装镶嵌齿9，安装镶嵌齿9弹性紧固地嵌入到安装镶嵌槽7内，耐磨胶刮条5的刀刃为单棱台或双棱台。

优选的，上述合金刨刀2包括刨刀护板10和钨钢刨刀条11，刨刀护板10为倒立l型截面长条结构，固定连接在胶条刮刀1后侧，并与前侧的胶条刮刀1后侧下端形成倒立的u型开口槽13，钨钢刨刀条11背面通过刨刀护板10固定连接在u型开口槽13上，刨刀护板10长度大于胶条刮刀1长度，两端凸出后设置有安装孔16。

优选的，上述钨钢刨刀条11使用40度钨钢刀，使合金刨刀适应金属材料更广，刨片锋利，不易损坏，钨钢刨刀条11刀刃截面为直角三角形，钨钢刨刀条11等于打印基板宽度。

优选的，上述刨刀护板10下端设置有排渣槽12，排渣槽12位于u型开口槽13相对一侧。

优选的，上述后侧的胶条刮刀1外侧固定连接有后挡片14，后挡片14为软薄片，高度高于刮粉刀架，能阻止金属粉末向后抛洒在打印面上，避免金属粉末局部厚度过高而产生分层缺陷，提高金属激光3d打印成功率。

优选的，上述钨钢刨刀条11背面抵靠有两对称的调节螺钉3，调节螺钉3螺旋连接在u型开口槽13顶部，能够实现钨钢刨刀条平整度的调节以及伸出高度调节。

对于微小隆起容错：当粉末中有杂质或其他原因导致某一层截面小部分略微隆起，胶条刮刀可以让过隆起的位置，继续铺平其余截面，而小部分的微小隆起会随着后续层的扫描自动修复平整。所以，为了提高金属激光3d打印机刮粉的可靠性，必须允许打印机对微小隆起有容错，采用胶条刮刀实现。

高精度打印铺粉刮刀：就打印质量及精度而言，硬质刮刀比胶条刮刀更具优势，为提高打印质量和精度，采用硬质刮刀实现。

高精度容错铺粉刮刀：为满足金属激光3d打印高质量、高精度、适当容错的需要，就必须在同一把刮刀实现硬质刮刀和胶条刮刀的特性，因此，采用本发明的一种加强型金属激光3d打印钨钢刨刀条胶条复合刮粉刀，前、后柔性刮粉刀均使用耐磨胶刮条，使金属粉末受多次刮抹，工件打印表面粉末更均匀；金属粉末在激光烧结后，刮粉刀向后运动，合金刨刀才对隆起部位刨削，因此在合金刨刀上的刀刃后侧增加了排渣槽，避免大块刨削金属屑刮坏耐磨胶刮条；刮粉刀增加后挡片，后档片为软薄片，高度高于刮粉刀架，能阻止金属粉末向后抛洒在打印面上，避免金属粉末局部厚度过高而产生分层缺陷，提高金属激光3d打印成功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。