一种激光选区熔化快速预热铺粉装置的制作方法

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种激光选区熔化快速预热铺粉装置。

背景技术：

激光选区熔化是增材制造技术的典型代表，基于增材制造快速成型的基本思想，它将传统的三维制造工艺转变为累积叠加的平面制造工艺，通过对零件的三维模型切片获取每层零件的轮廓数据，用激光束依据每层轮廓逐层熔化金属粉末，层层堆积制造实体零件，所以激光选区熔化技术适合几乎任意复杂形状的金属零部件制造。

但是，在激光选区熔化加工成型过程当中，金属粉末在高能量密度的激光辐照下会经历一个快速熔化和快速凝固的过程，而这种温度的剧烈变化会引起成型件内部组织存在较大的残余应力，以至于会导致打印的零部件翘曲变形、产生开裂，严重影响了成型件的形状精度和尺寸精度。因此，降低或者消除成型过程中产生的残余应力具有重要的意义，研究表明对基材进行预热能够有效的降低成型件的内应力。专利“选择性激光选区熔化slm设备送粉筒预热装置和预热方法”（专利号：cn103100713b）提出了一种利用电磁感应加热载粉筒从而预热金属粉末的方法，该方法虽然能预热金属粉末，但对载粉筒内的粉末加热不均匀，且对整个载粉筒加热，不仅加热效率低而且能量损耗也大。专利“一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置及其预热方法”（申请号：cn106623919a）提出了一种采用多个加热单元镶嵌在成形缸主体的侧面，对成型缸主体进行加热，该方法能使零件在打印过程中缓慢冷却，减小内部应力集中，但是加热单元若长期对成型缸进行循环加热冷却再加热会影响其整体形状和内部组织，且没有温度监控功能，不能实时的监控其加热温度。同时，目前激光选区熔化成形系统普遍利用铺粉方式来保障金属粉层的水平度和均匀性问题，因此与铺粉效果好坏相关的刮刀部分直接影响零件成型质量，刮刀部分使用方便与否也影响着工作效率。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种实现对金属粉末快速均匀的可控预热，减小成型件内部残余应力，同时能够实现定量送粉，双向铺粉，能在线调一次性调平的激光选区熔化快速预热铺粉装置。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案得以解决：一种激光选区熔化快速预热铺粉装置，包括密闭腔，所述密闭腔内设置有成型腔和回收腔，位于成型腔的上部设置有自动加粉机构，与自动加粉机构配合设置有刮刀铺粉机构，所述刮刀铺粉机构包括顶部带有挡尘盖，底部设置有双侧出粉口的储粉舱外壳，位于储粉舱外壳内具有由加热装置形成的加热腔，加热腔通过送粉轴与储粉舱外壳联通，位于双侧出粉口之间设置有带刮刀组件，并且刮刀组件上设置有用于刮刀在线调平的调节组件。

上述方案中，优选的，所述自动加粉机构包括供粉舱，设置于供粉舱顶部的快装蝶阀，设置于供粉舱腔体内的第一粉末余量传感器，以及设置于供粉舱底部用于控制供粉舱下端出粉口的电磁开关阀，第一粉末余量传感器用于监控整个供粉舱的粉末余量，电磁开关阀用于控制供粉舱下端出粉口的开关。

上述方案中，优选的，所述回收腔设置有两个，并对称设置于成型腔的两侧。

上述方案中，优选的，所述加热装置包括第二粉末余量传感器、温度传感器、与储粉舱外壳固定连接，并且下部设有呈圆弧状开口的耐热板、嵌于耐热板内并且外侧面粘贴有加热带的导热板，以及位于加热带与耐热板之间的隔热层，导热板外侧面粘贴加热带，通过内六角螺丝将导热板嵌入到耐热板内，在耐热板和加热带之间镶嵌有隔热材料。所述的导热板材料为铜或铝等其他传热效率高的材料。耐热板通过内六角螺丝安装固定在储粉舱外壳上。所述的耐热板下部有开口且呈圆弧状。所述的隔热材料为石棉或玻璃纤维或岩棉或硅酸盐等。

上述方案中，优选的，所述刮刀组件包括刮刀刀座、设置于刮刀刀座上呈“凸”字形，并且顶部具有两个半球形凹槽，中间有一个通槽和分布在通槽两侧一边一个的曲面凹槽，底部一端有台阶的刮刀刀柄、卡和于刀柄内并呈“t”型的刮刀，刮刀刀柄底部一端设置的台阶用于限制刮刀一个方向上的移动，刮刀刀柄底部截面形状为多边形结构，如矩形、三角形、梯形或其他，所述的刮刀刀座上有一个双头螺柱和两个紧定螺钉，紧定螺钉用于压紧刮刀刀柄水平方向，刮刀刀柄通过双头螺柱悬挂在刮刀刀座上。

上述方案中，优选的，所述刮刀的上部为金属结构，下部分为橡胶结构，刮刀橡胶部分的凸沿为曲面，其直径为0.85~1.85mm。

上述方案中，优选的，调节组件包括分别由连接板a和连接板b连接的调节组件a和调节组件b，调节组件a和调节组件b用于调平刮刀刀柄。

上述方案中，优选的，所述所述驱动机构包括设置于成型腔两侧直线导轨上安装的直线电机，位于挡尘盖顶部的电机a以及通过联轴器a与送粉轴联通的电机b。

上述方案中，优选的，所述送粉轴与耐热板下部的圆弧部分相切，且所述送粉轴的周向均布有四个形状规则凹槽，规则形状凹槽截面为三角形，四边形，六边形或圆形等沿对称轴的一半。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明将金属粉末预热单元直接集成到储粉舱里面，只需对即将参与打印的粉末进行快速预热到设定温度，能耗小，保证了粉末在合适的温度范围内，降低了金属粉末在成型过程中由于温度梯度过大而产生的残余应力，保证成型件的形状精度和尺寸精度，本发明设计的刮刀部分，能够实现定量送粉，双向铺粉，并且刮刀能在线调平，调平后以后使用只需更换刮刀即可，无需再次调平，保证了铺粉的顺利进行以及铺粉层厚的均匀性，提高了铺粉的致密性，进而提高了零件成型质量。

附图说明

图1为本发明激光选区熔化快速预热铺粉装置整体结构示意图。

图2为本发明激光选区熔化快速预热铺粉装置俯视图。

图3为本发明刮刀部分整体结构示意图。

图4为本发明刮刀刀座三维结构示意图。

图5为本发明刮刀刀柄截面示意图1。

图6为本发明刮刀刀柄截面示意图2。

图7为本发明刮刀刀柄截面示意图3。

图8为本发明刮刀刀柄截面示意图7。

图9为本发明刮刀刀柄三维结构示意图。

图10为本发明送粉轴截面示意图1。

图11为本发明送粉轴截面示意图2。

图12为本发明送粉轴截面示意图3。

图13为本发明送粉轴截面示意图4。

图14为本发明送粉轴截面为半圆形的三维结构示意图。

图15为本发明刮刀截面示意图1。

图16为本发明刮刀截面示意图2。

图17为本发明刮刀截面示意图3。

图18为本发明刮刀截面示意图4。

图19为本发明刮刀三维结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参加图1至图3，一种激光选区熔化快速预热铺粉装置，包括密闭腔1，所述密闭腔1内设置有成型腔3和回收腔2，位于成型腔3的上部设置有自动加粉机构，与自动加粉机构配合设置有刮刀铺粉机构，所述刮刀铺粉机构包括顶部带有挡尘盖13，底部设置有双侧出粉口的储粉舱外壳8，位于储粉舱外壳8内具有由加热装置形成的加热腔81，加热腔81通过送粉轴16与储粉舱外壳8联通，位于双侧出粉口之间设置有带刮刀组件，并且刮刀组件上设置有用于刮刀在线调平的调节组件。

所述自动加粉机构包括供粉舱10，设置于供粉舱10顶部的快装蝶阀9，设置于供粉舱10腔体内的第一粉末余量传感器，以及设置于供粉舱10底部用于控制供粉舱下端出粉口的电磁开关阀12，所述回收腔2设置有两个，并对称设置于成型腔3的两侧，所述加热装置包括第二粉末余量传感器15、温度传感器11、与储粉舱外壳8固定连接，并且下部设有呈圆弧状开口的耐热板5、嵌于耐热板5内并且外侧面粘贴有加热带7的导热板14，以及位于加热带7与耐热板5之间的隔热层6，所述刮刀组件包括刮刀刀座17、设置于刮刀刀座17上呈“凸”字形，并且顶部具有两个半球形凹槽，中间有一个通槽和分布在通槽两侧一边一个的曲面凹槽，底部一端有台阶的刮刀刀柄19、卡和于刀柄19内并呈“t”型的刮刀18，刮刀刀柄底部一端设置的台阶用于限制刮刀一个方向上的移动，如图5-9所示，刮刀刀柄底部截面形状为多边形结构，如矩形、三角形、梯形或其他，如图4所示，所述的刮刀刀座上有一个双头螺柱和两个紧定螺钉，紧定螺钉用于压紧刮刀刀柄水平方向，刮刀刀柄通过双头螺柱悬挂在刮刀刀座上。

如图15-19所示，所述刮刀18的上部为金属结构，下部分为橡胶结构，刮刀橡胶部分的凸沿为曲面，其直径为0.85~1.85mm，所述调节组件包括分别由连接板a25和连接板b30连接的调节组件a24和调节组件b29，所述驱动机构包括设置于成型腔两侧直线导轨上安装的直线电机32，位于挡尘盖13顶部的电机a4以及通过联轴器a22与送粉轴16联通的电机b21，所述送粉轴16与耐热板5下部的圆弧部分相切，如图10-14所示，所述送粉轴16的周向均布有四个形状规则凹槽，电机a4同时与联轴器b27相连，联轴器b27与挡尘盖13相连，通过控制电机a4的转动来控制挡尘盖13的开合状态。

所述回收腔2设置有两个，并对称设置于成型腔3的两侧,成型腔两侧各有一个直线导轨，直线电机32安装在直线导轨31上，刮刀部分通过连接块a20、连接块b28固定在直线电机32上面，直线电机32用于驱动刮刀组件的左右运动。

激光选区熔化设备开机后，若以前没对刮刀组件进行调平应先进行刮刀组件调平工作。将新的刮刀18套在刮刀刀柄19上，然后放入刮刀刀座17里并用双头螺柱将刮刀18悬挂起来，然后再用扳手通过储粉舱外壳上的两个圆孔调节刮刀刀座上的两个紧定螺钉使刮刀在水平方向上稍微有个预紧力以至于不移动。在中央控制器上控制刮刀组件来回运动，并调节连接板a25和连接板b28上的两个调节组件使其能铺上一层均匀的薄薄的金属粉末，然后拧紧调节组件上的锁紧螺母，拧紧刮刀刀座上的两个紧定螺钉，确保刮刀刀柄固定。刮刀组件调平工作完成后，直线电机32带动刮刀组件到达零位，这时激光选区熔化设备里的中央控制器会根据粉末余量传感器152预先判断刮刀铺粉机构中的金属粉末余量是否充足，若金属粉末余量充足的话，在中央控制器上进行设置预热温度。若余量不足则会反馈给中央控制器并提示要给刮刀铺粉机构加入金属粉末。当操作人员在中央控制器上点击确认要给刮刀铺粉机构加入金属粉末时，刮刀铺粉机构会运动到自动加粉部分下面的指定位置，电机a4带动挡板盖13打开，然后电磁开关阀12打开，供粉舱10里的金属粉末加入到刮刀组件里，当加粉完成后，电磁开关阀12关闭，同时挡板盖13关上。然后在中央控制器上设置预热温度，设置好后加热带7会快速加热并通过导热板14快速对金属粉末预热，当温度传感器检11测到温度达到设定值后处于保温状态，同时中央控制器会提示预热完成可以进行铺粉操作。随后，刮刀组件在直线电机32的带动下运动到指定位置，根据slm成型厚度在中央控制器上进行设置，设置完成后中央控制器会给电机b21发指令并执行相应角度的偏转，送粉轴通过轴承a23和轴承b26安装在耐热板5上，送粉轴16在电机b15的带动下也转动相应的角度，于是送粉轴16凹槽内的金属粉末在重力作用下通过储粉舱外壳8内的送粉口自由落下，然后直线电机32带动刮刀18进行铺粉。当刮刀完成铺粉动作的同时，激光光束通过光路系统在成型区域面按照中央控制器上规划好的切片图形进行扫描，在激光扫描图形的同时，刮刀部分反向运动到预先定好的位置，电机b15的偏转带动送粉轴16反转到指定的角度，金属粉末在重力的作用下通过储粉舱外壳8内的另一个出粉口自由落下。当激光扫描完成后，直线电机32带动刮刀18进行铺粉。铺粉完成后，激光光束通过光路系统在成型区域面按照中央控制器上规划好的切片图形进行扫描，直至扫描完成。这样，刮刀部分一个来回便完成了双向铺粉动作，如此重复运行以上步骤直到打印件成型。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。