专利名称：一种易于压紧预置金属粉末的铺粉装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于零件成型制造领域，特别涉及一种易于压紧预置金属粉末的铺粉
装置O
背景技术：
随着科学技术的发展，用于金属零件快速成型的方法多种多样，其中选区激光烧 结是目前被广泛应用的快速成型方法；而选区激光熔化是在选区激光烧结的基础上发展的 另一种快速成型方法。这两种成型方法的基本原理均是根据零件的CAD数据，采用激光 选择性地扫描金属粉末，逐层叠加成型，从而加工形成具有特定几何形状的金属零件(成 型件)。这些工艺按照粉末的添加方式可以分为预置粉末(layer bed)方式和实时送粉 (powder feed)方式两禾中。选区激光烧结/选区激光熔化按照预置粉末方式添加粉末的成型过程如下铺粉 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。选区激光熔化快速成型金属零件的关键指标主要包括致密度、精度与表面粗糙度 等，而致密度与表面粗糙度的提高与铺粉的质量(表面平整度、紧实度)密切相关。铺粉平 整，则粉末对激光的吸收平稳，激光熔化粉末后容易获得平整的成型表面；铺粉平面凹凸不 平，则导致粉末对激光的吸收不稳定，因离焦量的变化导致粉末吸收激光能量不足，激光照 射在粉末表面功率密度不等，粉末熔化效果有差异，倒置成型面也凹凸不平，最终使得成型 件的致密度、表面精度等下降严重。再者，在选区激光熔化过程中，成型表面质量具有“反馈 效果”。如铺粉不平，则激光熔化粉末平面呈现凸起或者凹陷，导致下一次铺粉同样不平，如 此循环，则会出现“正反馈”效果，即成型表面成型精度越来越差，即使激光扫描同一层也会 出现因凹凸不平而导致的功率密度相差较大的现象；而当铺粉平整，激光在整个粉末表面 照射均勻，则获得平整的熔化表面，则使得下一层铺粉平整容易实现，则会出现“负反馈”效 果，即成型表面精度较好，激光熔化粉末后的成型面平整而光滑，激光辐照金属粉末的熔化 凝固行为稳定。选区激光熔化金属粉末，可使得粉末完全熔化，粉末从松装态50%致密度到完全 熔化势必发生收缩。如果铺粉不紧实，粉末松装密度只有40%左右，材料收缩严重，激光与 粉末作用的不稳定性增加。而当粉末松装密度提高，使得激光熔化粉末收缩减小，增加了激 光与材料作用的可控性。所以，铺粉的好坏决定了选区激光熔化快速成型零件的优劣，为了获得理想的成 型效果，必须获得平整且紧实的铺粉效果。而目前，应用于选区激光熔化或选择性激光烧结技术的铺粉方式主要包括使用刚 性旋转辊、刮板结构或柔性铺粉单元。刚性旋转辊子的制作材料为高硬度不锈钢，一般为420型号，对其表面的光滑度与同轴度要求非常高，铺粉过程中经常出现撞辊、同轴度偏差 倒置表面波浪形纹等铺粉缺陷，所以刚性旋转辊子还主要应用于选择性激光烧结技术，如 石蜡材料等烧结成型，并不能满足金属粉末成型的要求。而使用刮板结构或柔性铺粉单元， 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。因此，在快速成型的加工中，需要有一 种既能使得铺粉平整，又能保证铺粉紧实的铺粉装置。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，且 既能使得铺粉平整，又能保证铺粉紧实的预置金属粉末的铺粉装置，该装置可用于选区激 光烧结和选区激光熔化等快速成型。本实用新型的目的通过下述技术方案实现一种易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，包括刮板、压板和安装板，所述刮板和压 板依次安装在安装板的同一侧边，或分别安装在安装板的两个侧边；所述压板的最低点与 刮板的最低点之间设有一定的高度差，且所述压板的最低点低于刮板的最低点；所述安装 板外接驱动机构。所述高度差的范围优选为0. 05mm 0. 15mm。所述刮板的最低点距离粉末平面的高度为0. 1mm 0. 2mm，所述压板的最低点距 离粉末平面的高度为0. 02mm 0. 1mm。所述压板的下沿设有倒圆角或自由曲面，作为优选方案，所述倒圆角或自由曲面 设在压板的下沿的单边或两边。所述压板的厚度为5mm 8mm ；所述倒圆角的半径范围为2mm 5mm ；所述自由曲 面的曲率为1mm 3mm。倒圆角的半径或自由曲面曲率大小可根据工艺要求可以调整。当 粉末较细小时，倒圆角的半径或者自由曲面曲率小，当粉末较粗大时，倒圆角的半径或自由 曲面曲率较大，且可根据粉末的流动性来设计。所述刮板和压板的材质均为马氏体不锈钢、H13工具钢或钨钢，以保证刮板和压板 在使用时不会因摩擦原因影响其使用寿命，可保证其使用寿命及质量。所述刮板的厚度为0. 3mm 2mm。所述安装板包括顶板、侧板、端板和隔板，所述侧板分别安装在顶板的两个侧边， 所述隔板和端板依次连接在顶板的端部下方，以固定顶板。所述刮板和压板分别固定于顶板两侧的侧板上，或所述刮板和压板均固定于顶板 同一侧的侧板上。所述顶板连接有电机；所述刮板和压板通过螺丝与所述侧板连接。本实用新型的作用原理电机带动安装板的顶板运动，并带动侧板与端板向前运 行，刮板与压板推动粉末到成型表面，当压板前的粉末量过多时，容易使得粉末堆积过多， 太紧实，阻碍压板前行；在压板前装配刮板，刮板的作用是将粉末首先均勻“推”到扫描成型 面上，因为刮板没有对粉末施加压力，只是较平整的将粉末均勻“推”到整个成型件表面，所 以铺展的粉末还比较松散；压板跟随在刮板后部对成型面上的粉末进行压实，压板的高度 要低于刮板的高度，它们的高度差决定了铺粉装置对粉末的压实程度。如果高度差太小，使得刮板铺粉层厚小，后期达不到压实效果；而如果高度差太大，则每次粉末需要很大的添加 量，压板压过粉末容易出现太紧实而造成电机过载现象，因此高度差需要较高的精度。本装 置安装时，为了保证刮板与压板的高度差精度，可以使用厚度为0. 05mm 0. 2mm的塞尺置 于刮板下端。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本实用新型设有刮板和压板，刮板和压板之间设有一定高度差，装配精度较高， 有利于提高成型质量，可保证铺粉均勻平整且紧实，具有铺粉效果好等优点。2、本实用新型的压板下沿设有倒圆角或自由曲面，可保证有一点的弧度，使得其 在成型过程中不会与成型表面进行严重的碰撞，即当压板遇到表面凸起时，压板受力分解 为垂直运动方向与平行于运动方向，使得铺粉装置稍微升高，而不至于将零件损坏；同时可 保证铺粉紧实。3、本实用新型的压板下沿的倒圆角或自由曲面，倒圆角的半径或自由曲面曲率大 小可根据工艺要求可以调整。当粉末较细小时，倒圆角的半径或者自由曲面曲率小，当粉末 较粗大时，倒圆角的半径或自由曲面曲率较大，且可根据粉末的流动性来设计。4、本实用新型可通过电机带动侧板与端板向前运行，进而带动刮板与压板推动粉 末到成型表面，并实现粉末的铺平及压实，具有操作效率高、操作方便等优点。5、本实用新型的的刮板和压板均采用高硬度材料，使得本装置在使用过程中不会 因摩擦原因影响其使用寿命，可保证其使用寿命及质量。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是图1所示的左视图。图3是图1所示的压板的结构示意图。图4是图1所示装置的使用示意图。图5是本实用新型的第三种结构的压板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例1图1 图4示出了本实施例的具体结构示意图，如图1所示，本易于压紧预置金属 粉末的铺粉装置，包括刮板1、压板4和安装板，所述刮板1和压板4分别安装在安装板的两 个侧边；如图2所示，所述压板4的最低点8与刮板1的最低点9之间设有一定的高度差， 且所述压板4的最低点低于刮板1的最低点，高度差为0. 08mm。所述安装板外接驱动机构。如图2所示，刮板1的最低点9距离粉末平面的高度为0. 1mm，所述压板4的最低 点8距离粉末平面的高度为0. 02mm。如图3所示，压板4的下沿单边设有倒圆角10。压板4的厚度为5mm ；倒圆角的半径范围为2mm。所述刮板1和压板4的材质均为马氏体不锈钢。[0039]刮板1的厚度为0. 3mm。如图1所示，安装板包括顶板3、侧板2、端板5和隔板，所述侧板2分别安装在顶 板3的两个侧边，所述隔板和端板5依次连接在顶板3的端部下方，以固定顶板3。刮板1和压板4分别固定于顶板3两侧的侧板2上。顶板3连接有电机；所述刮板1和压板4分别通过螺丝6、7与所述侧板2连接，如 图2所示。本实施例的作用原理电机带动安装板的顶板3运动，并带动侧板2与端板5向前 运行，如图4所示，刮板1与压板4推动粉末11到成型表面，当压板4前的粉末11量过多 时，容易使得粉末11堆积过多，太紧实，阻碍压板4前行；在压板4前装配刮板1，刮板1的 作用是将粉末11首先均勻“推”到扫描成型面上，因为刮板1没有对粉末11施加压力，只 是较平整的将粉末11均勻“推”到整个成型件表面，所以铺展的粉末11还比较松散；压板 4跟随在刮板1后部对成型面上的粉末11进行压实，压板4的高度要低于刮板1的高度，它 们的高度差决定了铺粉装置对粉末11的压实程度。如果高度差太小，使得刮板1铺粉层厚 小，后期达不到压实效果；而如果高度差太大，则每次粉末11需要很大的添加量，压板4压 过粉末11容易出现太紧实而造成电机过载现象，因此高度差需要较高的精度，而本实施例 的高度差为0. 08mm，可有效地避免上述问题。本装置安装时，为了保证刮板1与压板4的高 度差精度，可以使用厚度为0. 1mm的塞尺置于刮板1下端。实施例2本实施例除下述特征外同实施例1 高度差为0. 15mm。所述刮板的最低点距离粉 末平面的高度为0. 2mm，所述压板的最低点距离粉末平面的高度为0. 05mm。所述压板的下沿两边设有倒圆角。压板的厚度为5mm ；所述两边的倒圆角半径分别为2mm、2. 5mm ；或压板的厚度为 8mm ；所述两边的倒圆角半径分别为3mm、3. 5mm。所述刮板和压板的材质均为H13工具钢。所述刮板的厚度为2mm。所述刮板和压板均固定于顶板同一侧的侧板上。实施例3本实施例除下述特征外同实施例2 所述压板的下沿设有倒圆角。压板的厚度为8mm ；所述倒圆角半径为5mm。实施例3本实施例除下述特征外同实施例2 如图5所示，所述压板的下沿两边设有倒圆角 12、13。压板的厚度为8mm ；所述倒圆角12、13的半径分别为4mm、5mm。实施例4本实施例除下述特征外同实施例1 高度差为0. 05mm ；所述刮板的最低点距离粉 末平面的高度为0. 15mm，所述压板的最低点距离粉末平面的高度为0. 1mm。所述压板的下沿设有自由曲面，自由曲面的曲率为1mm 3mm。压板的厚度为7mm。所述刮板和压板的材质均为钨钢。
6[0062]所述刮板的厚度为1讓。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于包括刮板、压板和安装板，所述刮板和压板依次安装在安装板的同一侧边，或分别安装在安装板的两个侧边；所述压板的最低点与刮板的最低点之间设有一定的高度差，且所述压板的最低点低于刮板的最低点；所述安装板外接驱动机构。
2.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述高度 差的范围为0. 05mm 0. 15mm。
3.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述刮板 的最低点距离粉末平面的高度为0. 1mm 0. 2mm，所述压板的最低点距离粉末平面的高度 为 0. 02mm 0. lmm0
4.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述压板 的下沿设有倒圆角或自由曲面。
5.根据权利要求4所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述压板 的厚度为5mm 8mm ；所述倒圆角的半径范围为2mm 5mm ；所述自由曲面的曲率为1mm 3mm。
6.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述刮板 和压板的材质均为马氏体不锈钢、H13工具钢或钨钢。
7.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述刮板 的厚度为0. 3mm 2mm。
8.根据权利要求1所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述安装 板包括顶板、侧板、端板和隔板，所述侧板分别安装在顶板的两个侧边，所述隔板和端板依 次连接在顶板的端部下方，以固定顶板。
9.根据权利要求8所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述刮板 和压板分别固定于顶板两侧的侧板上，或所述刮板和压板均固定于顶板同一侧的侧板上。
10.根据权利要求9所述的易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，其特征在于所述顶板 连接有电机；所述刮板和压板通过螺丝与所述侧板连接。
专利摘要本实用新型提供了一种易于压紧预置金属粉末的铺粉装置，包括刮板、压板和安装板，所述刮板和压板依次安装在安装板的同一侧边，或分别安装在安装板的两个侧边；所述刮板的最低点与压板的最低点之间设有一定的高度差，高度差的范围为0.05mm～0.15mm，所述压板的最低点低于刮板的最低点；所述刮板的最低点距离粉末平面的高度为0.1mm～0.2mm，所述压板的最低点距离粉末平面的高度为0.02mm～0.1mm。本实用新型可用于选区激光烧结和选区激光熔化等快速成型的预置金属粉末铺粉，不仅可以使得铺粉平整，又能保证铺粉紧实，具有铺粉效果好、使用寿命长、使用方便等优点。
文档编号B05C19/00GK201581131SQ200920296149
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘建业, 杨永强, 王红卫, 王迪, 苏旭彬 申请人:华南理工大学