專利名稱：快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于零件成型制造領(lǐng)域，特別涉及能提高粉末密度的預(yù)置金屬粉末的 柔性鋪粉裝置。
背景技術(shù)：
激光快速成型已廣泛應(yīng)用于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期與提升產(chǎn)品質(zhì)量，近幾年發(fā)展的 由CAD數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)直接制造金屬零件，零件幾乎不需要任何后處理，直接滿足實(shí)際應(yīng)用要求， 而且零件的致密度、表面精度等都比較高。激光快速成型使用的方法各異，具體包括激光熔 覆(LENS)，選區(qū)激光熔化/選擇性激光燒結(jié)(SLM/SLS)，電子束直接熔化(EBM)等，這些工 藝按照粉末的添加方式可以分為預(yù)置粉末(layer bed)方式和實(shí)時(shí)送粉(powder feed) 方式兩種?，F(xiàn)有的鋪粉裝置一般用于預(yù)置粉末方式。選區(qū)激光熔化快速成型金屬零件的工藝過程如下開始將一層金屬粉末預(yù)置到成 型缸表面基板上，典型的粉末層厚為0. 02mm 0. 05mm,激光按照零件截面信息掃描粉末， 粉末熔化凝固，成型缸下降一個(gè)層厚的距離，鋪粉裝置推動(dòng)粉末到以掃描成型面，熔化過程 重復(fù)，整個(gè)過程在充滿氮?dú)饣蛘邭鍤獾拿芊獬尚褪抑羞M(jìn)行。選區(qū)激光熔化快速成型金屬零件的關(guān)鍵指標(biāo)主要包括致密度、精度與表面粗糙度 等，而致密度與表面粗糙度的提高與鋪粉層的質(zhì)量(粉層表面平整度、緊實(shí)度)密切相關(guān)。 粉層表面平整，則粉末對激光的吸收平穩(wěn)，激光熔化粉末后容易獲得平整的成型表面；粉層 表面凹凸不平，則導(dǎo)致粉末對激光的吸收不穩(wěn)定，因離焦導(dǎo)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，粉末熔化效果有差異，導(dǎo)致成型面也凹凸不平，最終使得成 型件的致密度、表面精度等嚴(yán)重下降。而且，在選區(qū)激光熔化過程中，粉層表面平整度對成 型件表面質(zhì)量會產(chǎn)生循環(huán)效果。如果粉層不平，則激光熔化粉末平面呈現(xiàn)為凹凸不平，導(dǎo)致 下一次鋪粉同樣不平，形成惡性循環(huán)；而當(dāng)鋪粉平整，激光在整個(gè)粉末表面照射均勻，則獲 得平整的熔化表面，則使得下一層鋪粉平整容易實(shí)現(xiàn)，形成良性循環(huán)。最后，選區(qū)激光熔化 金屬粉末，使得粉末完全熔化，粉末從松裝態(tài)50%致密度到完全熔化勢必發(fā)生收縮。如果 鋪粉層不緊實(shí)，粉末松裝密度只有40%左右，材料收縮嚴(yán)重，激光與粉末作用的不穩(wěn)定性增 加。而當(dāng)粉末松裝密度提高，使得粉末熔化再凝固時(shí)收縮減小，增加了激光與材料作用的可 控性。所以，鋪粉效果的好壞決定了選區(qū)激光熔化快速成型零件的優(yōu)劣，為了獲得理想 的成型效果，鋪粉裝置在鋪粉時(shí)必須能夠獲得平整且緊實(shí)的鋪粉效果。而目前應(yīng)用于選區(qū)激光熔化或選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的預(yù)置粉末方式的鋪粉裝置 主要包括使用剛性旋轉(zhuǎn)輥、刮板結(jié)構(gòu)。這些剛性鋪粉裝置結(jié)構(gòu)對其表面的光滑度與同軸度 要求非常高，且在鋪粉過程中容易出現(xiàn)撞輥、同軸度偏差導(dǎo)致表面波浪形紋等鋪粉缺陷，所 以旋轉(zhuǎn)輥主要應(yīng)用于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，如石蠟材料等燒結(jié)成型，并不能滿足金屬粉末 成型的要求。而隨著技術(shù)的發(fā)展，目前也出現(xiàn)了一些柔性鋪粉裝置，而現(xiàn)有的柔性鋪粉裝置 雖然能保證粉層平整，但是對粉末的壓實(shí)作用非常小，在激光輻照后，收縮比較大，容易造成成型件內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，發(fā)生變形或者翹曲。因此，為了滿足成型加工要求，需要提供 一種能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)置粉末層表面平整的條件下壓實(shí)粉末、且能提高成型件質(zhì)量的鋪粉裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、合理，能 夠獲得平整且緊實(shí)的鋪粉效果的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，包 括基架、刷片和彈性體，所述基架的前后兩側(cè)連接有夾板，刷片通過夾板固定于基架上；基 架后側(cè)夾板的后方設(shè)有固定板，所述彈性體固定于固定板下方的前側(cè)，且與鋪粉平面成一 定角度；所述基架外接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述刷片的橫截面呈U型，其兩側(cè)固定于基架的前后兩側(cè)壁內(nèi)，其底部呈弧狀的 部分置于基架的下方外面。所述刷片置于基架的下方外面的部分分割為若干個(gè)刷片單元。所述若干個(gè)刷片單元的寬度相等。作為優(yōu)選方案，每個(gè)刷片單元的寬度為3 6mm，相鄰的兩個(gè)刷片單元之間的間隙 為0. 08 0. 12mm ；每個(gè)刷片的厚度為0. 03mm 0. 1mm。所述固定板的下方與鋪粉平面成一定角度彎折，所述角度與彈性體相對于鋪粉平 面的角度相對應(yīng)。作為優(yōu)選方案，所述彈性體的最低點(diǎn)與所述刷片的最低點(diǎn)在同一直線上；所述彈 性體與鋪粉平面的夾角為30° 60° ；所述固定板的下方與鋪粉平面成30° 60°的角
度彎折。所述基架的前后兩側(cè)的夾板分別通過螺栓結(jié)構(gòu)夾緊固定，以使刷片的兩側(cè)固定于 基架上；所述固定板通過依次穿越基架前側(cè)夾板、刷片、基架后側(cè)夾板的螺栓結(jié)構(gòu)夾緊固定。所述彈性體優(yōu)選海綿彈性體或橡膠彈性體；所述刷片優(yōu)選彈性金屬片，刷片由彈 性金屬片沿軸線彎曲形成，使得其橫截面呈U型。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)選為電機(jī)。本實(shí)用新型的作用原理電機(jī)帶動(dòng)基架向前運(yùn)行，具有一定彈性呈U型的刷片能 越過成型制件表面的凸起，推動(dòng)粉末到成型表面，并壓實(shí)粉末，彈性體抹平刷片各刷片單元 間隙縫漏過的粉末，使鋪粉層完全平整。推動(dòng)粉末時(shí)，刷片的底部圓弧部分受粉末阻力會向 后產(chǎn)生變形，變形的程度取決于粉末的多少及刷片自身的彈性模量。刷片在前進(jìn)過程中，遇 到成型制件表面超過鋪粉層高度的凸起時(shí)，會產(chǎn)生較大的彈性形變，刷片底部不再保持完 整圓形，而是沿凸起表面輪廓變形，直至渡過凸起再復(fù)原至初始的半圓形狀。刷片變形產(chǎn)生 的彈性力可分解為平行于運(yùn)動(dòng)方向與垂直運(yùn)動(dòng)方向兩個(gè)力。平行于運(yùn)動(dòng)方向的力作為推動(dòng) 粉末向前的動(dòng)力；垂直運(yùn)動(dòng)方向的分力則對經(jīng)過的粉末層施以壓力，對粉末進(jìn)行壓實(shí)。由于 刷片底部的圓弧形狀形似圓輥，能以類似軋壓(Rolling)的方式，讓粉末由圓弧前部的松 散狀態(tài)過渡到圓弧底部的壓實(shí)狀態(tài)。另一方面，刷片置于基架的下方外面的部分是由若干 個(gè)刷片單元構(gòu)成，由于成型制件表面一般只在局部出現(xiàn)凸起，因此刷片在推粉時(shí)，成型制件 表面局部的凸起只會影響到一個(gè)或兩個(gè)相鄰的刷片單元，不會影響其他的刷片單元，因此也不會影響整個(gè)裝置的鋪粉效果。因此，本裝置的刷片以及彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兼具了推動(dòng) 粉末和壓實(shí)粉末的功能，充分保證了鋪粉效果。本鋪粉裝置的鋪粉效果與粉末流動(dòng)性密切相關(guān)，根據(jù)粉末的材料、粒度來選擇和 設(shè)計(jì)刷片的尺寸。粉末的流動(dòng)性較好時(shí)，推動(dòng)粉末時(shí)阻力較小、較均勻，刷片變形量小，鋪粉 過程中變形量波動(dòng)也較小，鋪粉層相對平整；由于刷片變形量小，相應(yīng)地用于壓實(shí)粉末的垂 直運(yùn)動(dòng)方向的分力也小，壓實(shí)作用較弱。反之，粉末的流動(dòng)性差時(shí)，刷片變形量大，對粉末的 壓實(shí)作用明顯，但實(shí)際鋪粉層厚與設(shè)計(jì)高度可能存在誤差。為達(dá)到兼具鋪粉平整、密實(shí)的要 求，一般地在鋪粉過程中刷片向后傾斜不應(yīng)超過30°。所以，首先應(yīng)根據(jù)粉末的流動(dòng)性選擇 刷片的材料與厚度，彈性模量越大的刷片在鋪粉過程中變形量越小。刷片的總體彈性模量 還受到其在夾板以下的自由彈性部分的高度的影響。刷片置于基架的下方外面的部分的若干個(gè)刷片單元可使用光束質(zhì)量好的光纖激 光進(jìn)行切割形成，以防止熱應(yīng)力導(dǎo)致薄片變形無法保證尺寸精度。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、刷片采用U型彈性金屬片結(jié)構(gòu)，其底部在推動(dòng)粉末時(shí)，能夠通過垂直運(yùn)動(dòng)方向 的分力對經(jīng)過的粉末層施以壓力，對粉末進(jìn)行壓實(shí)；而且，刷片底部的圓弧形狀形似圓輥， 能以類似軋壓(Rolling)的方式，讓粉末由圓弧前部的松散狀態(tài)過渡到圓弧底部的壓實(shí)狀 態(tài)；因此，可大大提高鋪粉層粉末密度。2、本實(shí)用新型采用刷片和彈性體兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，由刷片實(shí)現(xiàn)推粉和壓實(shí) 粉末，并由彈性體抹平刷片的間隙漏過的粉末，使得鋪粉層面完全平整，本鋪粉裝置可以避 免與制件表面凸起發(fā)生碰撞從而造成的制件損壞及設(shè)備磨損，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)置粉末層表面平 整的條件下，壓實(shí)粉末，提高成型件質(zhì)量。3、刷片的左右高度可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)彈性體的高度時(shí)不會影響刷片的左右高 度(彈性體的高度通過調(diào)整固定板的高低來調(diào)節(jié)，而松開固定固定板的螺母時(shí)并不會松開 固定前后夾板的螺母，所以不會影響刷片高度)，可克服相對于現(xiàn)有技術(shù)中刮粉單元安裝高 低不平的情況；同時(shí)，利用呈“U”型的刷片前后兩側(cè)的相互約束，通過前后拉力保持形狀， 使刷片的剛度高于現(xiàn)有技術(shù)中的單片鋼片結(jié)構(gòu)，在推粉時(shí)形變要比鋼片小，所以在渡過障 礙后能基本保持形狀而減小回彈幅度，也由于圓形底面而不會向前揚(yáng)起粉末，由此可大大 提高鋪粉平面的平整性。4、由于呈U型的刷片前后兩側(cè)的相互約束，可大大提高了刷片的抗變形能力，使 刷片底部在長時(shí)間使用及意外碰撞擠壓之后不易發(fā)生塑性變形，影響鋪粉效果，從而大大 提高了本鋪粉裝置的抗變形能力，延長其使用壽命。5、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，刷片的安裝及調(diào)整與彈性體的安裝及調(diào)整互 不影響，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝、調(diào)整、拆卸都相對簡單方便。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所述刷片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所述刷片的橫截面示意圖。圖4是圖2所述刷片的A處示意圖。
5[0031]圖5是圖2所述刷片的展開結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型加工時(shí)的一種狀態(tài)示意圖。圖7是本實(shí)用新型加工時(shí)的另一種狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此。實(shí)施例1如圖1所示，本快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置包括基架1、刷片3和彈性體4，所 述基架1的前后兩側(cè)連接有夾板2，刷片3通過夾板2固定于基架1上，基架1后側(cè)夾板的 后方設(shè)有固定板13，所述彈性體4固定于固定板13下方的前側(cè)，且與鋪粉平面成一定角度； 所述基架1外接電機(jī)。如圖3所示，刷片3的橫截面呈U型，其兩側(cè)8、9均固定于基架1的前后兩側(cè)壁內(nèi)， 其底部呈弧狀的部分置于基架1的下方外面，如圖1所示。所述刷片3的材質(zhì)為彈性金屬 片。如圖5所示，刷片3由彈性金屬片7沿軸線6彎曲形成，使得其橫截面呈U型。如圖1和圖2所示，所述刷片3置于基架1的下方外面的部分分割為若干個(gè)刷片 單元5。所述若干個(gè)刷片單元5的寬度相等，每個(gè)刷片單元5的寬度為3mm，如圖4所示，相 鄰的兩個(gè)刷片單元5之間存在間隙，間隙為0. 08mm(取決于切割時(shí)使用的激光光斑直徑)。所述刷片3的厚度為0. 03mm。如圖6所示，所述固定板13的下方與鋪粉平面成一定角度彎折，且角度與彈性體 4相對于鋪粉平面的角度相對應(yīng)，均為30°。所述彈性體4的最低點(diǎn)與所述刷片3的最低 點(diǎn)在同一直線上。所述基架1的前后兩側(cè)的夾板2分別通過螺栓結(jié)構(gòu)夾緊固定，以使刷片3的兩側(cè) 固定于基架1上；所述固定板13通過依次穿越基架前側(cè)夾板、刷片3、基架后側(cè)夾板的螺栓 和螺母12配合夾緊固定。所述彈性體4為海綿彈性體。本實(shí)用新型的作用原理電機(jī)帶動(dòng)基架1向前運(yùn)行，具有一定彈性呈U型的刷片3 能越過成型制件表面的凸起表面11，推動(dòng)粉末10到成型表面，并壓實(shí)粉末10，如圖6所示， 彈性體4抹平刷片3的各刷片單元5間隙縫漏過的粉末10，使鋪粉層完全平整。推動(dòng)粉末 10時(shí)，刷片3的底部圓弧部分受粉末10阻力會向后產(chǎn)生變形，變形的程度取決于粉末10的 多少及刷片3自身彈性模量。如圖7所示，刷片3在前進(jìn)過程中，遇到成型制件表面超過鋪 粉層高度的凸起表面11時(shí)，會產(chǎn)生較大的彈性形變，刷片3底部不再保持完整圓形，而是沿 凸起表面11表面輪廓變形，直至渡過凸起表面11再復(fù)原至初始的半圓形狀。刷片3變形 產(chǎn)生的彈性力可分解為平行于運(yùn)動(dòng)方向與垂直運(yùn)動(dòng)方向兩個(gè)力。平行于運(yùn)動(dòng)方向的力作為 推動(dòng)粉末10向前的動(dòng)力；垂直運(yùn)動(dòng)方向的分力則對經(jīng)過的粉末層施以壓力，對粉末進(jìn)行壓 實(shí)。由于刷片3底部的圓弧形狀形似圓輥，能以類似軋壓(Rolling)的方式，讓粉末10由 圓弧前部的松散狀態(tài)過渡到圓弧底部的壓實(shí)狀態(tài)。另一方面，刷片3置于基架1的下方外 面的部分是由若干個(gè)刷片單元5構(gòu)成，由于成型制件表面一般只在局部出現(xiàn)凸起表面11，因此刷片3在推粉時(shí)，成型制件表面局部的凸起表面11只會影響到一個(gè)或兩個(gè)相鄰的刷片 單元5，不會影響其他的刷片單元5，因此也不會影響整個(gè)裝置的鋪粉效果。因此，本裝置的 刷片3以及彈性體4的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兼具了推動(dòng)粉末10和壓實(shí)粉末10的功能，充分保證了鋪 粉效果。實(shí)施例2本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1 每個(gè)刷片單元5的寬度為6mm，相鄰 的兩個(gè)刷片單元5之間存在間隙，間隙為0. 12mm所述刷片3的厚度為0. 1mm。所述彈性體4為橡膠彈性體。所述固定板13的下方與鋪粉平面成一定角度彎折，且角度與彈性體4相對于鋪粉 平面的角度相對應(yīng)，均為60°。實(shí)施例3本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1 每個(gè)刷片單元5的寬度為5mm，相鄰 的兩個(gè)刷片單元5之間存在間隙，間隙為0. 1mm。所述刷片3的厚度為0. 05mm。所述固定板13的下方與鋪粉平面成一定角度彎折，且角度與彈性體4相對于鋪粉 平面的角度相對應(yīng)，均為45°。上述各實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上 述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于包括基架、刷片和彈性體，所述基架的前后兩側(cè)連接有夾板，刷片通過夾板固定于基架上；基架后側(cè)夾板的后方設(shè)有固定板，所述彈性體固定于固定板下方的前側(cè)，且與鋪粉平面成一定角度；所述基架外接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述刷片的 橫截面呈U型，其兩側(cè)固定于基架的前后兩側(cè)壁內(nèi)，其底部呈弧狀的部分置于基架的下方 外面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述刷片置 于基架的下方外面的部分分割為若干個(gè)刷片單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述若干個(gè) 刷片單元的寬度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于每個(gè)刷片單 元的寬度為3 6mm，相鄰的兩個(gè)刷片單元之間的間隙為0. 08 0. 12mm ；每個(gè)刷片的厚度 為 0. 03mm 0. 1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述固定板 的下方與鋪粉平面成一定角度彎折，所述角度與彈性體相對于鋪粉平面的角度相對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述彈性 體的最低點(diǎn)與所述刷片的最低點(diǎn)在同一直線上；所述彈性體與鋪粉平面的夾角為30° 60° ；所述固定板的下方與鋪粉平面成30° 60°的角度彎折。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述基架的 前后兩側(cè)的夾板分別通過螺栓結(jié)構(gòu)夾緊固定，以使刷片的兩側(cè)固定于基架上；所述固定板 通過依次穿越基架前側(cè)夾板、刷片、基架后側(cè)夾板的螺栓結(jié)構(gòu)夾緊固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于所述彈性體 為海綿彈性體或橡膠彈性體；所述刷片為彈性金屬片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述的快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，其特征在于 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了快速成型柔性預(yù)置金屬鋪粉裝置，包括基架、刷片和彈性體，所述基架的前后兩側(cè)連接有夾板，刷片通過夾板固定于基架上；基架后側(cè)夾板的后方設(shè)有固定板，所述彈性體固定于固定板下方的前側(cè)，且與鋪粉平面成一定角度；所述基架外接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述刷片的橫截面呈U型，其兩側(cè)固定于基架的前后兩側(cè)壁內(nèi)，其底部呈弧狀的部分置于基架的下方外面。所述刷片置于基架的下方外面的部分分割為若干個(gè)刷片單元。本實(shí)用新型采用刷片和彈性體兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)置粉末層表面平整的條件下，壓實(shí)粉末，提高成型件質(zhì)量，可大大提高鋪粉層粉末密度。
文檔編號B22F3/105GK201693176SQ20102022837
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者盧建斌, 楊永強(qiáng), 王迪 申請人:華南理工大學(xué)