一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，包括A移動支架、A負(fù)壓通道器、柔性鋪粉刷、安裝支架、B負(fù)壓通道器，B移動支架；安裝支架內(nèi)設(shè)有負(fù)壓腔；A移動支架和B移動支架，分別固定在安裝支架的兩端；安裝支架的底部設(shè)有吸附槽和儲粉槽；柔性鋪粉刷的上平面吸附在吸附槽內(nèi)；柔性鋪粉刷的側(cè)面卡槽與吸附槽的側(cè)面重合；柔性鋪粉刷的鋪粉平面突出再吸附槽外；A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器，分別安裝支架的兩端；A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器，通過與負(fù)壓腔相通；本裝置不僅可以使得鋪粉平整，又能避免零件成型面不平整時出現(xiàn)揚(yáng)粉現(xiàn)象。同時采用吸附式安裝方式，便于拆卸和安裝，具有鋪粉效果好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)中的零件成型制造領(lǐng)域，尤其涉及一種激 光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 增材制造是一類新型的制造技術(shù)，目前作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的補(bǔ)充正在快速的發(fā) 展。而激光選區(qū)烙化（SelectiveLaserMelting,SLM)技術(shù)由于可以直接成型組織致密、冶 金結(jié)合的金屬零件，成為了一種最主流的金屬零件增材制造技術(shù)。
[0003] 激光選區(qū)熔化成型過程如下：鋪粉裝置在成型缸上鋪上一層金屬粉末，激光束在 計算機(jī)控制下，根據(jù)成型件截面形狀信息，對粉末進(jìn)行選擇性掃描，使掃描區(qū)域內(nèi)的粉末粘 結(jié)或熔化，得到成型件的單層形狀；接著成型缸下降一個層厚的距離，鋪粉裝置重新鋪粉， 繼續(xù)進(jìn)行下一層的成型；如此逐層疊加，最終獲得特定幾何形狀的金屬零件。
[0004]SLM快速成型金屬零件的致密度、表面粗糙度與鋪粉質(zhì)量（表面平整度、緊實度） 密切相關(guān)。當(dāng)鋪粉平整時，粉床對激光的吸收平穩(wěn)，激光熔化粉末后容易獲得平整的成型表 面；當(dāng)鋪粉平面凹凸不平時，則導(dǎo)致粉床對激光的吸收不穩(wěn)定，粉床的不同位置激光聚焦效 果不同，因離焦量的變化導(dǎo)致粉床吸收激光能量不一致，粉末熔化的效果有差異，因而導(dǎo)致 SLM掃描成型面也呈現(xiàn)凹凸不平狀態(tài)，最終使得成型件的致密度、表面質(zhì)量下降嚴(yán)重。另外 SLM成型過程中，成型表面質(zhì)量具有"反饋效果"，如果鋪粉不平整，激光熔化粉末后成型面 呈現(xiàn)凸起或者凹陷狀態(tài)，導(dǎo)致下一次鋪粉效果更加不平；而當(dāng)鋪粉平整，激光在整個粉床表 面照射均勻，獲得平整的熔化表面，因而下一層鋪粉容易實現(xiàn)平整的效果。SLM完全熔化金 屬粉末，粉末從松裝密度大約45 %完全熔化獲得90 %以上致密度，材料收縮嚴(yán)重，導(dǎo)致激 光與粉末作用的不穩(wěn)定性增加。當(dāng)粉末松裝密度提高，使得激光熔化粉末后收縮減小，增加 了激光與材料作用的穩(wěn)定性。所以，鋪粉效果的好壞某種程度上決定了SLM成型效果。為 了獲得理想的成型效果，必須獲得平整、緊實的鋪粉效果。
[0005]目前應(yīng)用于SLM技術(shù)（國外也稱呼為金屬直接激光燒結(jié)DMSL)的鋪粉方式主要包 括剛性旋轉(zhuǎn)輥和刮板結(jié)構(gòu)兩種，其中實用新型專利（ZL201020670962. 5)《一種選擇性激光 燒結(jié)雙輥鋪粉裝置》采用的剛性旋轉(zhuǎn)輥雖然能較好的壓實金屬粉末，但是鋪粉過程中經(jīng)常 出現(xiàn)撞輥，同軸度偏差會導(dǎo)致表面波浪形紋等鋪粉缺陷。所以剛性旋轉(zhuǎn)輥主要應(yīng)用于SLS 技術(shù)燒結(jié)非金屬成型過程的鋪粉，并不能滿足SLM成型金屬零件的要求。普通刮板結(jié)構(gòu)的 鋪粉裝置在鋪粉過程中與成型面相撞，一般刮板裝置對粉末的壓實作用非常小，刮板推動 粉末在成型面上行走，與成型面產(chǎn)生的剪切力容易導(dǎo)致成型薄壁件、強(qiáng)度不高的精密件被 撞壞。例如本實驗室發(fā)明的實用新型專利（ZL200920295730. 3)《用于快速成型的金屬粉末 鋪粉裝置》使用的是刮板結(jié)構(gòu)，雖然能保證鋪粉平整，但是板對粉末的壓實作用非常小，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。并且在 鋪粉過程中，刮板容易和零件發(fā)生碰撞，使零件破損，最終導(dǎo)致成型失敗。
[0006] 因此SLM成型系統(tǒng)需要一種柔性鋪粉裝置，目前主要采用金屬柔性薄片作為鋪粉 刷，這種金屬薄板柔性鋪粉裝置能夠較好的保證鋪粉過程的平整度和緊實度。例如本實驗 室的發(fā)明專利（ZL201010202552. 2)《醫(yī)用鎂合金金屬零件的選區(qū)激光熔化成型裝置及方 法》，采用的是不銹鋼薄片，每個薄片上有20個刷片單元。但是金屬薄片的彈性較大，在遇 到金屬零件發(fā)生熱膨脹和翹曲時，雖然不至于將零件碰壞，但是會產(chǎn)生較嚴(yán)重的彈粉和揚(yáng) 粉現(xiàn)象，會使鋪粉平面產(chǎn)生一個凹坑，影響鋪粉質(zhì)量。
[0007] 因此，在SLM快速成型的加工中，需要有一種既能使得鋪粉平整均勻，鋪粉裝置不 會與零件發(fā)生剛性碰撞，又能保證鋪粉緊實，不會產(chǎn)生彈粉和揚(yáng)粉現(xiàn)象的金屬粉末柔性鋪 粉裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種激光選區(qū)熔化 成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置。既能使得鋪粉平整均勻，鋪粉裝置不會與零件發(fā) 生剛性碰撞，又能保證鋪粉緊實，不會產(chǎn)生彈粉和揚(yáng)粉現(xiàn)象；由于柔性鋪粉刷與鋪粉平面是 面接觸，所以鋪粉過程中遇到凸起和球化缺陷時，鋪粉刷不容易被刮壞，壽命長。
[0009] 本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0010] 一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，包括A移動支架1、A 負(fù)壓通道器2、柔性鋪粉刷4、安裝支架5、B負(fù)壓通道器6,B移動支架8;
[0011] 安裝支架5內(nèi)設(shè)有負(fù)壓腔19 ;
[0012] 所述A移動支架1和B移動支架8,分別固定在安裝支架5的兩端；
[0013] 所述安裝支架5的底部設(shè)有吸附槽13和儲粉槽11;
[0014] 所述柔性鋪粉刷4的上平面30吸附在吸附槽13內(nèi)；
[0015] 所述柔性鋪粉刷4的側(cè)面卡槽22與吸附槽13的側(cè)面重合；
[0016] 所述柔性鋪粉刷4的鋪粉平面23突出在吸附槽13外；
[0017] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,分別安裝支架5的兩端；
[0018] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,通過負(fù)壓腔19相通；
[0019] 所述A移動支架1和B移動支架8,通過緊固螺釘3分別固定在安裝支架5的兩 端。
[0020] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,分別通過緊固螺釘固定在安裝支架5的兩 端。
[0021] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6與安裝支架5之間分別墊有密封圈18。
[0022] 所述安裝支架5的兩側(cè)設(shè)有拆卸槽12。
[0023] 所述吸附槽13為矩形槽。
[0024] 所述負(fù)壓腔19底部設(shè)置吸附孔10,所述吸附孔10與柔性鋪粉刷4接觸；所述負(fù)壓 腔19頂部設(shè)置有進(jìn)氣孔21，進(jìn)氣孔21與進(jìn)氣腔20連通，所述進(jìn)氣腔20通過進(jìn)氣腔口 16 吸入空氣。
[0025] 所述柔性鋪粉刷4的截面為T型結(jié)構(gòu)。
[0026] 所述柔性鋪粉刷4的材質(zhì)為硅膠。
[0027] 本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0028] 1、本實用新型采用硅膠材料作為鋪粉刷，此硅膠鋪粉刷不僅有一定的硬度，保證 能夠推動粉末，使鋪粉平面均勻、厚實；而且有一定的柔性，避免鋪粉刷跟零件發(fā)生剛性碰 撞，防止使零件被碰壞。并且硅膠材料彈性差，鋪粉過程不會產(chǎn)生揚(yáng)粉和彈粉現(xiàn)象。
[0029] 2、本實用新型鋪粉刷采用小孔吸附式將其吸附在吸附槽內(nèi)，能夠較好的保證鋪粉 刷鋪粉平面的平行度。而且吸附式的鋪粉刷方便安裝和拆卸更換。
[0030] 3、本實用新型鋪粉刷鋪粉平面采用面接觸，有較好的柔韌性，當(dāng)熔道產(chǎn)生小凸起 或球化缺陷時，柔性鋪粉刷也能平順的刮過凸起，防止揚(yáng)粉和彈粉現(xiàn)象。而且跟線接觸的柔 性鋪粉刷相比，面接觸的鋪粉刷在遇到凸起缺陷時不容易被刮壞，就算鋪粉刷前沿有部分 破損，后沿部分仍會保持完好，不會對鋪粉的平整性產(chǎn)生影響。因此該面接觸的鋪粉刷使用 壽命長，鋪粉質(zhì)量高。
[0031] 本實用新型技術(shù)手段手段簡便易行，可用在激光選區(qū)熔化等快速成型設(shè)備中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2是圖1所示的安裝支架底面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖3是圖1所示的安裝支架頂面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖4是圖1所示的安裝支架內(nèi)部負(fù)壓通道剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖5是圖1所示的安裝支架內(nèi)部進(jìn)氣腔剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖6是圖1所示的柔性鋪粉刷結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖7是激光選區(qū)熔化加工示意圖。
[0039] 圖8是柔性鋪粉裝置鋪粉示意圖。

【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0041] 實施例
[0042] 如圖1至8所示。本實用新型一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪 粉裝置，包括A移動支架1、A負(fù)壓通道器2、柔性鋪粉刷4、安裝支架5、B負(fù)壓通道器6,B移 動支架8;
[0043] 安裝支架5內(nèi)設(shè)有負(fù)壓腔19 ;
[0044] 所述A移動支架1和B移動支架8,分別固定在安裝支架5的兩端；
[0045] 所述安裝支架5的底部設(shè)有吸附槽13和儲粉槽11 ;儲粉槽11用于預(yù)儲粉，為鋪 粉過程提供充足的金屬粉末。
[0046] 所述柔性鋪粉刷4的上平面30吸附在吸附槽13內(nèi)，并可根據(jù)需要調(diào)整柔性鋪粉 刷4的位置。
[0047] 所述柔性鋪粉刷4的側(cè)面卡槽22與吸附槽13的側(cè)面重合；
[0048] 所述柔性鋪粉刷4的鋪粉平面23突出在吸附槽13外；鋪粉平面23與金屬粉末 25接觸，用于鋪平金屬粉末25。這樣的形狀設(shè)計可以減少柔性鋪粉刷4的力矩，使固定部 分更加穩(wěn)定的固定在吸附槽13內(nèi)。
[0049] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,分別安裝支架5的兩端；
[0050] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,通過負(fù)壓腔19相通；
[0051] 所述A移動支架1和B移動支架8,通過緊固螺釘3分別固定在安裝支架5的兩 端。
[0052] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6,分別通過緊固螺釘固定在安裝支架5的兩 端。
[0053] 所述A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6與安裝支架5之間分別墊有密封圈18,保 證密閉性。
[0054] 所述安裝支架5的兩側(cè)設(shè)有拆卸槽12,便于安裝支架5的拆卸和搬運(yùn)。
[0055] 所述吸附槽13為矩形槽，保證了柔性鋪粉刷4的平整性，保證加工順利。
[0056] 所述負(fù)壓腔19底部設(shè)置吸附孔10(五個），所述吸附孔10與柔性鋪粉刷4接觸； 所述負(fù)壓腔19頂部設(shè)置有進(jìn)氣孔21(五個），進(jìn)氣孔21與進(jìn)氣腔20連通，所述進(jìn)氣腔20 通過進(jìn)氣腔口16吸入空氣。進(jìn)氣腔20應(yīng)保持清潔。
[0057] 所述柔性鋪粉刷4的截面為T型結(jié)構(gòu)。
[0058] 所述柔性鋪粉刷4的材質(zhì)為硅膠。
[0059] 如圖7所示，金屬粉末25預(yù)置于粉缸24內(nèi)，柔性鋪粉刷4將金屬粉末25從粉缸 24處刮到成型缸27處，鋪于待成型金屬零件26上，然后柔性鋪粉刷4回到粉缸處，完成一 次鋪粉。
[0060] 如圖8所示，柔性鋪粉刷4將金屬粉末25平鋪到已成型表面29上。所述柔性鋪 粉刷4碰到翹曲28,局部變形后順利越過翹曲28,避免了剛性碰撞和彈粉揚(yáng)粉現(xiàn)象。即使 因為翹曲28使得柔性鋪粉刷4的前沿有部分破損，但是后沿部分仍會保持完好，因此不會 對鋪粉的平整性產(chǎn)生影響。
[0061] 實際應(yīng)用中，A負(fù)壓通道器2和B負(fù)壓通道器6分別與一個微型抽氣泵連接。微 型抽氣泵工作時，將負(fù)壓腔內(nèi)的空氣抽走，這導(dǎo)致負(fù)壓腔內(nèi)的氣壓小于外界大氣壓，則吸附 孔內(nèi)的氣壓小于外界大氣壓，則柔性鋪粉刷4在內(nèi)外壓力差的作用下被緊緊吸附在吸附槽 13內(nèi)。
[0062] 進(jìn)氣孔的設(shè)計是為維持負(fù)壓腔內(nèi)一個恒定的氣壓而設(shè)計的，同時避免了負(fù)壓腔內(nèi) 因壓力太小導(dǎo)致微型抽氣泵過載而損壞。
[0063] 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型。
[〇〇64] 本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的 精神實質(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 本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特征在于，包括A移 動支架、A負(fù)壓通道器、柔性鋪粉刷、安裝支架、B負(fù)壓通道器，B移動支架； 安裝支架內(nèi)設(shè)有負(fù)壓腔； 所述A移動支架和B移動支架，分別固定在安裝支架的兩端； 所述安裝支架的底部設(shè)有吸附槽和儲粉槽； 所述柔性鋪粉刷的上平面吸附在吸附槽內(nèi)； 所述柔性鋪粉刷的側(cè)面卡槽與吸附槽的側(cè)面重合； 所述柔性鋪粉刷的鋪粉平面突出在吸附槽外； 所述A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器，分別安裝支架的兩端； 所述A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器，通過負(fù)壓腔相通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述A移動支架和B移動支架，通過緊固螺釘分別固定在安裝支架的兩端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器，分別通過緊固螺釘固定在安裝支架的兩端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述A負(fù)壓通道器和B負(fù)壓通道器與安裝支架之間分別墊有密封圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述安裝支架的兩側(cè)設(shè)有拆卸槽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述吸附槽為矩形槽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述負(fù)壓腔底部設(shè)置吸附孔，所述吸附孔與柔性鋪粉刷接觸；所述負(fù)壓腔頂部設(shè)置 有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔與進(jìn)氣腔連通，所述進(jìn)氣腔通過進(jìn)氣腔口吸入空氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述柔性鋪粉刷的截面為T型結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)的吸附式面接觸柔性鋪粉裝置，其特 征在：所述柔性鋪粉刷的材質(zhì)為硅膠。
【文檔編號】B22F3/105GK203863020SQ201420272715
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】王迪, 楊永強(qiáng), 白玉超, 劉睿誠, 宋長輝 申請人:華南理工大學(xué)