一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)及自動鋪粉燒結(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，包括成形腔體，所述成形腔體內(nèi)設(shè)置有成形工作臺及安裝在成形工作臺上的動力裝置，動力裝置上連接有由其驅(qū)動移動的刮刀，所述動力裝置上連接有管道，所述管道穿過有成形腔體后連接有動力泵，所述動力裝置為氣缸或液壓缸。本發(fā)明受溫度、粉塵影響較小，采用流體作為動力傳輸介質(zhì)，而且本鋪粉機(jī)構(gòu)工作時只有動力裝置處于環(huán)境較差的成形腔體內(nèi)，所以成形腔體內(nèi)的高溫環(huán)境和粉末的揮發(fā)與飛濺對鋪粉機(jī)構(gòu)的影響較??；本發(fā)明可靠性高：因為采用流體傳動后，鋪粉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，而且還具有了耐高溫、防粉塵和過載保護(hù)的能力，所以鋪粉機(jī)構(gòu)的可靠性得到了很大的提高。
【專利說明】一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)及自動鋪粉燒結(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成形設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)及自動鋪粉燒結(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]基于各種材質(zhì)的粉末進(jìn)行零件成形是快速成形領(lǐng)域目前研宄的重要方向。通過對不同材質(zhì)(高分子、金屬或陶瓷等)的粉末進(jìn)行分層燒結(jié)或融化，就可以成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。
[0003]對粉末材料進(jìn)行快速成形設(shè)備的工藝主要包括:選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaser Sintering，SLS)、選擇性激光融化(Selective Laser Melting，SLM)、直接金屬粉末激光燒結(jié)(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、電子束恪化(Electron Beam Melting，EBM)等。其中，SLS是采用激光有選擇地分層燒結(jié)添加有粘結(jié)劑的固體粉末，并使燒結(jié)成形的固化層層層疊加，從而得到所需要的零件。SLM是采用激光對需要的區(qū)域進(jìn)行掃描融化，逐層堆積得到復(fù)雜的零件。DMLS是采用激光對二元金屬進(jìn)行燒結(jié)，將低熔點的金屬熔化實現(xiàn)最后的成形。EBM是采用高能電子束將金屬粉末熔化實現(xiàn)成形。
[0004]基于粉末的快速成形設(shè)備可以成形精度較高的、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的零件。鋪粉機(jī)構(gòu)作為快速成形設(shè)備的重要部分，其鋪粉裝置的穩(wěn)定性和可靠性影響著成形零件的精度和質(zhì)量。通過提高鋪粉裝置的各項性能，保證粉層的水平度和均勻度，可以有效保證成形零件的最終質(zhì)量。
[0005]目前對于一般的粉床快速成形設(shè)備，鋪粉裝置都是由導(dǎo)軌和皮帶或者滾珠絲桿帶動。以電機(jī)作為動力，通過皮帶導(dǎo)軌或滾珠絲桿進(jìn)行傳動的鋪粉裝置雖然有控制方便，精度較高的優(yōu)點，但是在實際的使用過程中，存在如下的一些問題。
[0006]I)電機(jī)、絲杠等不耐高溫
[0007]在快速成形設(shè)備中，有些粉末的成形需要提前預(yù)熱，并且在超過100°的高溫下成形。在這種情況下，鋪粉傳動裝置等就需要放置在成形腔體外，造成設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加。
[0008]2)可靠性不高
[0009]現(xiàn)有鋪粉設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而粉末的快速成形環(huán)境較差，在粉末成形過程中，激光對其進(jìn)行熔化和燒結(jié)，會產(chǎn)生粉末的揮發(fā)與飛濺。當(dāng)粉末黏著在鋪粉裝置的關(guān)鍵部位時，就會對鋪粉過程造成影響，降低鋪粉的精度與質(zhì)量，同時還會影響設(shè)備的壽命。
[0010]3)沒有過載保護(hù)，鋪粉時會產(chǎn)生振動
[0011]一般情況下，在鋪粉時，刮刀或者鋪粉輥不會受到很大的阻力。但是當(dāng)成形效果不好時，刮刀或者鋪粉輥可能會觸碰到已成形的零件，在這種情況下，鋪粉裝置會受到?jīng)_擊載荷。因為電機(jī)驅(qū)動并不能承受很大的力，所以在受到?jīng)_擊載荷時，鋪粉機(jī)構(gòu)時會產(chǎn)生振動，影響鋪粉質(zhì)量，并且因為沒有過載保護(hù)，可能會損壞電機(jī)及快速成形設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，解決了目前快速成形領(lǐng)域中鋪粉裝置存在的不耐高溫、可靠性不高、鋪粉時產(chǎn)生振動等問題，其鋪粉時運(yùn)動平穩(wěn)、可靠性高、使用壽命長。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，包括成形腔體，所述成形腔體內(nèi)設(shè)置有成形工作臺及安裝在成形工作臺上的動力裝置，動力裝置上連接有由其驅(qū)動移動的刮刀，所述動力裝置上連接有管道，所述管道穿過有成形腔體后連接有動力泵，所述動力裝置為氣缸或液壓缸。
[0014]優(yōu)選地，所述動力裝置為氣缸時，其為無桿氣缸。
[0015]優(yōu)選地，所述動力裝置為液壓缸時，其為雙作用液壓缸。
[0016]一種快速成形自動鋪粉燒結(jié)方法，包括以下步驟:
[0017]I)將零件的三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，導(dǎo)入快速成形設(shè)備的數(shù)據(jù)處理裝置中，數(shù)據(jù)處理裝置讀取三維模型信息，對三維模型進(jìn)行切片分層；
[0018]2)流體在動力泵的作用下進(jìn)入動力裝置，使動力裝置處于準(zhǔn)備狀態(tài)；
[0019]3)快速成形設(shè)備的送粉裝置將粉末送至成形工作臺上；
[0020]4)動力裝置驅(qū)動刮刀進(jìn)行平穩(wěn)的鋪粉，一層鋪粉完成后，動力裝置帶動刮刀返回初始位置；
[0021]5)激光對所鋪區(qū)域內(nèi)的粉末進(jìn)行掃描燒結(jié)，完成燒結(jié)后，工作臺下降一個層厚；
[0022]6)重復(fù)送粉、鋪粉及掃描燒結(jié)過程，直至完成整個零件的成形。
[0023]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于動力裝置采用了液壓缸或氣壓缸，能夠取得下列有益效果:
[0024]I)鋪粉機(jī)構(gòu)受溫度、粉塵影響較小:本發(fā)明采用流體作為動力傳輸介質(zhì)，而且設(shè)備工作時只有動力裝置處于環(huán)境較差的成形腔體內(nèi)，所以成形腔體內(nèi)的高溫環(huán)境和粉末的揮發(fā)與飛濺都對鋪粉機(jī)構(gòu)影響較?。?br> [0025]2)鋪粉時運(yùn)動平穩(wěn)，無震動:本發(fā)明中刮刀的移動由動力裝置來推動，在流體壓力的控制下，可以使鋪粉過程中機(jī)構(gòu)平穩(wěn)并且不會產(chǎn)生微小的震動，從而保證了鋪粉的精度和最終零件的成形效果；
[0026]3)便于控制:由于基于粉末的快速成形設(shè)備對鋪粉機(jī)構(gòu)的位置精度要求體現(xiàn)在豎直方向上，在水平方向上對鋪粉機(jī)構(gòu)具體的位置精度要求不高，所以在本發(fā)明中，不需要對刮刀的水平運(yùn)動進(jìn)行很精確的控制，這樣就簡化了控制，而且對最終的鋪粉效果不會產(chǎn)生不利影響:
[0027]4)推力較大，并且有過載保護(hù):在一般的情況下，鋪粉時鋪粉機(jī)構(gòu)不會受到很大的阻力，然而當(dāng)零件的成形效果不理想時，鋪粉時刮刀就可能會觸碰到已燒結(jié)的粉末，在這種情況下，鋪粉機(jī)構(gòu)就會受到很大的沖擊力；本發(fā)明采用流體傳動，在鋪粉機(jī)構(gòu)受到阻力時能夠提供較大的動力，而且動力裝置有過載保護(hù)機(jī)制，提高了工作可靠性:
[0028]5)可靠性高:因為采用流體傳動后，整個鋪粉裝置的機(jī)構(gòu)變得簡單，而且還具有了耐高溫、防粉塵和過載保護(hù)的能力，所以整個鋪粉機(jī)構(gòu)的可靠性得到了很大的提高:
[0029]6)壽命長:由于采用流體為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間磨損小，所以整個鋪粉機(jī)構(gòu)使用壽命較長。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明撤去成形腔體后的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033]如圖1、圖2所示，一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，包括成形腔體1，所述成形腔體I內(nèi)設(shè)置有成形工作臺2及安裝在成形工作臺2上的動力裝置3，動力裝置3上連接有由其驅(qū)動移動的刮刀4，所述動力裝置3上連接有管道5，所述管道5穿過有成形腔體I后連接有動力泵6，所述動力裝置3為氣缸或液壓缸。所述動力裝置3為氣缸時，其為無桿氣缸，管道5內(nèi)輸送的流體為氣體；所述動力裝置3為液壓缸時，其為雙作用液壓缸，管道5內(nèi)輸送的流體為液壓油。
[0034]所述動力裝置3固定安裝于在成形工作臺2上，與動力泵6通過管道5連接在一起，動力裝置3、動力泵6和管道5共同組成動力系統(tǒng)，動力系統(tǒng)能控制刮刀4的往復(fù)運(yùn)動，從而實現(xiàn)鋪粉工作。
[0035]以采用選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)對金屬粉末材料進(jìn)行鋪粉燒結(jié)為例，具體的鋪粉燒結(jié)方法如下:
[0036]首先，用UG等造型軟件畫出零件的三維模型，將三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，然后導(dǎo)入快速成形設(shè)備的數(shù)據(jù)處理裝置中；數(shù)據(jù)處理裝置讀取零件的三維模型信息，對零件的三維模型進(jìn)行切片分層，此后完成基板固定及成形腔體I內(nèi)抽通保護(hù)氣等預(yù)備工序。
[0037]然后，打開動力系統(tǒng)，液壓油或壓縮空氣在動力泵6的作用下進(jìn)入動力裝置3，使動力裝置3處于準(zhǔn)備狀態(tài)；再控制快速成形設(shè)備的送粉裝置將粉末送至成形工作臺2的上表面。
[0038]接下來，通過控制動力系統(tǒng)的控制元件從而控制動力裝置3的運(yùn)動，帶動刮刀4進(jìn)行平穩(wěn)、無振動的鋪粉；一層鋪粉完成后，動力裝置3帶動刮刀4返回初始位置，此時完成一次鋪粉。
[0039]一層粉鋪完后，激光對所鋪區(qū)域內(nèi)的粉末進(jìn)行掃描燒結(jié)，完成燒結(jié)后，工作臺下降一個層厚，然后進(jìn)行下一次的送粉、鋪粉和燒結(jié)；不斷循環(huán)此過程，最終完成零件的成形。由于激光作用的區(qū)域只是有鋪有粉末的區(qū)域，因此激光產(chǎn)生的高溫對氣缸或液壓缸內(nèi)的流體的影響很小。
[0040]本發(fā)明所采用的鋪粉機(jī)構(gòu)采用了流體傳動，解決了之前的鋪粉機(jī)構(gòu)不耐高溫、易受粉塵影響、可靠性不高以及鋪粉時產(chǎn)生振動的問題，保證了鋪粉過程的平穩(wěn)無振動，而且整個鋪粉機(jī)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長，降低了快速成形設(shè)備的維護(hù)成本。
[0041]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，包括成形腔體(I)，所述成形腔體(I)內(nèi)設(shè)置有成形工作臺(2)及安裝在成形工作臺(2)上的動力裝置(3)，動力裝置(3)上連接有由其驅(qū)動移動的刮刀(4)，其特征在于:所述動力裝置(3)上連接有管道(5)，所述管道(5)穿過有成形腔體(I)后連接有動力泵出)，所述動力裝置(3)為氣缸或液壓缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述動力裝置(3)為氣缸時，其為無桿氣缸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速成形自動鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述動力裝置(3)為液壓缸時，其為雙作用液壓缸。
4.一種快速成形自動鋪粉燒結(jié)方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將零件的三維模型轉(zhuǎn)換為STL格式，導(dǎo)入快速成形設(shè)備的數(shù)據(jù)處理裝置中，數(shù)據(jù)處理裝置讀取三維模型信息，對三維模型進(jìn)行切片分層； 2)流體在動力泵￠)的作用下進(jìn)入動力裝置(3)，使動力裝置(3)處于準(zhǔn)備狀態(tài)； 3)快速成形設(shè)備的送粉裝置將粉末送至成形工作臺(2)上； 4)動力裝置(3)驅(qū)動刮刀(4)進(jìn)行平穩(wěn)的鋪粉，一層鋪粉完成后，動力裝置(3)帶動刮刀⑷返回初始位置； 5)激光對所鋪區(qū)域內(nèi)的粉末進(jìn)行掃描燒結(jié)，完成燒結(jié)后，工作臺下降一個層厚； 6)重復(fù)送粉、鋪粉及掃描燒結(jié)過程，直至完成整個零件的成形。
【文檔編號】B22F3/105GK104439242SQ201410756839
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】魏青松, 史玉升, 馬恒源, 唐萍, 譚杰文 申請人:華中科技大學(xué)