本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于激光增材制造的鋪粉裝置。

背景技術(shù)：

因具有柔性化程度高、產(chǎn)品性能優(yōu)良、材料適應(yīng)性廣泛等一系列優(yōu)點(diǎn)，激光增材制造技術(shù)已經(jīng)成為金屬零件加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

根據(jù)工藝特性的不同，激光增材制造技術(shù)可分為同步送料、預(yù)置鋪粉、同步送料與預(yù)置鋪粉相結(jié)合三種類(lèi)型。其中，同步送料激光增材制造技術(shù)包括激光熔覆沉積與激光送絲沉積，在加工過(guò)程中利用同軸送料噴嘴將金屬粉末/金屬絲同步運(yùn)送至由激光束輻照形成的動(dòng)態(tài)熔池中，完成金屬粉末/金屬絲的熔化、凝固成形，具有較高的成形效率，但僅能成形簡(jiǎn)單形狀產(chǎn)品。預(yù)置鋪粉激光增材制造技術(shù)主要指激光選區(qū)熔化，其預(yù)先使用刮刀在基板上方鋪設(shè)一層具有一定厚度的金屬粉末，再利用掃描振鏡輸出激光束，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末層的選擇性熔化/凝固成形。該技術(shù)可成形復(fù)雜形狀產(chǎn)品，但必須使用成形缸來(lái)容納基板和基板上方的零件及粉末床，如需成形大尺寸零件，則必須使用大尺寸的成型缸，而后者承載的大量粉末會(huì)給裝備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件帶來(lái)巨大的負(fù)荷，大幅度提升裝備的制造難度與維護(hù)成本。

與前述兩種類(lèi)型的激光增材制造技術(shù)相較，同步送料與預(yù)置鋪粉相結(jié)合的激光增材制造方法具有更為廣闊的應(yīng)用前景,其首先以激光熔覆沉積或激光送絲沉積的方式在基板表面制備一層形狀與金屬零件層相適應(yīng)的閉合隨形缸體，然后以隨形缸體為鋪粉基準(zhǔn)，在隨形缸體內(nèi)部鋪置粉末層，并采用掃描振鏡選區(qū)熔化粉末床成形零件切片層，還可根據(jù)精度需求在制造下一隨形缸體切片層前對(duì)已成形的金屬零件片層進(jìn)行機(jī)械加工。這種方法不僅繼承了激光選區(qū)熔化技術(shù)可成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，還突破了常規(guī)激光選區(qū)熔化設(shè)備中尺寸固定成型缸對(duì)零部件尺寸的限制，同時(shí)避免了現(xiàn)有激光增材制造中零件內(nèi)表面精度難以達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，可一次性地制造各種尺寸及結(jié)構(gòu)的高精度金屬零件。

由工作原理決定，同步送料與預(yù)置鋪粉相結(jié)合的激光增材制造技術(shù)在成形金屬零件時(shí)，粉末床的水平截面輪廓一般會(huì)沿零件豎直方向變化。然而，現(xiàn)有的鋪粉裝置通常只能鋪置水平截面輪廓固定的粉末床。為保證零件成形過(guò)程中每層粉末均能完整鋪置，必須使用有效鋪粉區(qū)域可將隨形缸體最大水平截面覆蓋的鋪粉裝置，這無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致在大多數(shù)粉末層的鋪置過(guò)程中出現(xiàn)多余粉末散落至隨形缸體之外區(qū)域的情況，造成粉末原料的浪費(fèi)。因此，開(kāi)發(fā)一種鋪粉區(qū)域可在零件制造過(guò)程中靈活調(diào)整的鋪粉裝置具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于激光增材制造的鋪粉裝置，旨在提升同步送料與預(yù)置鋪粉相結(jié)合的激光增材制造技術(shù)的粉末原料利用率。

本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于激光增材制造的鋪粉裝置，其特征在于，該裝置包括儲(chǔ)粉組件、選區(qū)鋪粉組件和輔助移動(dòng)組件；

所述儲(chǔ)粉組件包括儲(chǔ)粉艙與轉(zhuǎn)軸；儲(chǔ)粉艙用于存儲(chǔ)金屬粉末；轉(zhuǎn)軸安裝于儲(chǔ)粉艙下方，用于在金屬零件的激光增材制造過(guò)程中通過(guò)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)將儲(chǔ)粉艙存儲(chǔ)的金屬粉末提供給所述選區(qū)鋪粉組件；

所述選區(qū)鋪粉組件位于儲(chǔ)粉組件下方，包括框架、活動(dòng)擋板、伸縮機(jī)構(gòu)和刮刀；活動(dòng)擋板可在伸縮機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，與框架的一部分共同構(gòu)成臨時(shí)儲(chǔ)粉空間；在金屬零件的激光增材制造過(guò)程中，臨時(shí)儲(chǔ)粉空間首先移動(dòng)至儲(chǔ)粉組件下方，并接受儲(chǔ)粉組件所提供的金屬粉末；然后，臨時(shí)儲(chǔ)粉空間駛向零件增材制造區(qū)域上方；待臨時(shí)儲(chǔ)粉空間運(yùn)行至需要鋪粉的位置上方后，活動(dòng)擋板在伸縮機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下將臨時(shí)儲(chǔ)粉空間內(nèi)的粉末選擇性地落下；刮刀用于將臨時(shí)儲(chǔ)粉空間落下的金屬粉末鋪置為均勻的粉末床；

所述輔助移動(dòng)組件包括左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)與豎直移動(dòng)機(jī)構(gòu)；左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)選區(qū)鋪粉組件在零件增材制造區(qū)域沿左右方向往復(fù)移動(dòng)；豎直移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)選區(qū)鋪粉組件在零件增材制造區(qū)域沿豎直方向往復(fù)移動(dòng)。

上述技術(shù)方案可以采用下述一種或任幾種方式進(jìn)行改進(jìn)：

所述儲(chǔ)粉艙安裝在激光增材設(shè)備的工作腔體上方，儲(chǔ)粉艙下部呈體積逐漸縮小的漏斗形，漏斗底部具有一個(gè)落粉口；轉(zhuǎn)軸安裝在所述落粉口下方，能夠沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，且表面開(kāi)設(shè)有若干鍵槽；

所述框架包含豎直板與矩形儲(chǔ)粉槽；豎直板前后兩端分別設(shè)置有第一、第二定位塊；環(huán)形儲(chǔ)粉槽底部設(shè)有一個(gè)開(kāi)口；矩形儲(chǔ)粉槽通過(guò)肋板與豎直板側(cè)部相連；矩形開(kāi)口下方設(shè)有一排沿前后方向緊密排列的所述活動(dòng)擋板；

所述伸縮機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)伸縮桿和電動(dòng)伸縮桿基座；每個(gè)活動(dòng)擋板均與一個(gè)電動(dòng)伸縮桿連接，各電動(dòng)伸縮桿均通過(guò)電動(dòng)伸縮桿基座安裝在豎直板側(cè)部，并能夠在外配或自帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)控下獨(dú)立地沿左右方向伸縮，進(jìn)而帶動(dòng)與其相連的活動(dòng)擋板獨(dú)立地進(jìn)行左右往復(fù)移動(dòng)；在電動(dòng)伸縮桿帶動(dòng)下，活動(dòng)擋板既能夠?qū)㈤_(kāi)口封閉進(jìn)而與環(huán)形儲(chǔ)粉槽共同構(gòu)成臨時(shí)儲(chǔ)粉空間，又能夠?qū)㈤_(kāi)口開(kāi)啟進(jìn)而將臨時(shí)儲(chǔ)粉空間內(nèi)的粉末選擇性落下；刮刀安裝于豎直板下部；

所述左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水平支架與絲桿；絲桿安裝于水平支架前后兩側(cè)的上表面，水平支架前后兩側(cè)的絲桿分別與選區(qū)鋪粉組件的第一、第二定位塊相連，使左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在外配或自帶控制系統(tǒng)調(diào)控下帶動(dòng)選區(qū)鋪粉組件沿左右方向往復(fù)移動(dòng)；

所述豎直移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓伸縮桿與液壓伸縮桿基座；液壓伸縮桿通過(guò)液壓伸縮桿基座安裝于激光增材制造設(shè)備的工作臺(tái)表面，能夠?yàn)樗街Ъ芴峁┲?，并在外配或自帶控制系統(tǒng)調(diào)控下帶動(dòng)水平支架沿豎直方向升降。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)效果：

(1)通過(guò)配合使用儲(chǔ)粉組件、選區(qū)鋪粉組件和輔助移動(dòng)組件，可根據(jù)金屬零件與隨形缸體的切片截面靈活調(diào)整鋪粉區(qū)域的位置與形狀，極大提升金屬粉末原料利用率；

(2)鋪粉裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移植性強(qiáng)，不僅可用于同步送料與預(yù)置鋪粉相結(jié)合的激光增材制造過(guò)程，也可以用于傳統(tǒng)的激光選區(qū)熔化過(guò)程；

(3)鋪粉過(guò)程僅涉及部分構(gòu)件的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)控制系統(tǒng)要求低，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置中儲(chǔ)粉組件示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置中框架示意圖；

圖4為本發(fā)明裝置中選區(qū)鋪粉組件示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-儲(chǔ)粉艙；2-轉(zhuǎn)軸；3-框架；4-活動(dòng)擋板；5-電動(dòng)伸縮桿；6-電動(dòng)伸縮桿基座；7-刮刀；8-絲桿；9-水平支架；10-液壓伸縮桿；11-液壓伸縮桿基座；31-豎直板；32-矩形儲(chǔ)粉槽；33-開(kāi)口；34、35-肋板；36、37-定位塊。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)借助一個(gè)實(shí)施例及其附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但該實(shí)施例及附圖僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受其限制。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的一種鋪粉裝置，該裝置包括儲(chǔ)粉組件、選區(qū)鋪粉組件和輔助移動(dòng)組件；

所述儲(chǔ)粉組件包含儲(chǔ)粉艙1與轉(zhuǎn)軸2，用于存儲(chǔ)金屬粉末，并在金屬零件的激光增材制造過(guò)程中為選區(qū)鋪粉組件提供金屬粉末；如圖2所示，儲(chǔ)粉艙1安裝在激光增材設(shè)備的工作腔體上方，其下部呈體積逐漸縮小的漏斗形；漏斗底部具有一個(gè)落粉口，落粉口下方安裝轉(zhuǎn)軸2；轉(zhuǎn)軸2表面開(kāi)設(shè)有若干鍵槽，可在外配或自帶控制系統(tǒng)調(diào)控下沿軸向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)儲(chǔ)粉艙1中的金屬粉末下落；轉(zhuǎn)軸2與儲(chǔ)粉艙1底部開(kāi)口之間的間隙既須保證轉(zhuǎn)軸2平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，又須保證金屬粉末不會(huì)從間隙中泄漏。

所述選區(qū)鋪粉組件位于儲(chǔ)粉組件下方,包括框架3、活動(dòng)擋板4、伸縮機(jī)構(gòu)和刮刀7，用于在金屬零件的激光增材制造過(guò)程中鋪置形狀與位置可根據(jù)金屬零件與隨形缸體的切片截面靈活調(diào)整的粉末床；如圖3所示，框架3包含豎直板31與矩形儲(chǔ)粉槽32；其中，豎直板31前后兩端分別設(shè)置有用于與輔助移動(dòng)組件連接的第一、第二定位塊36、37；環(huán)形儲(chǔ)粉槽32底部設(shè)有一個(gè)開(kāi)口33；豎直板31的側(cè)部與矩形儲(chǔ)粉槽32通過(guò)肋板34、35相連；如圖4所示，矩形開(kāi)口33下方設(shè)有一排沿前后方向緊密排列的活動(dòng)擋板4；伸縮機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)伸縮桿5和電動(dòng)伸縮桿基座6；每個(gè)活動(dòng)擋板4均與一個(gè)電動(dòng)伸縮桿5連接，這些電動(dòng)伸縮桿5均通過(guò)電動(dòng)伸縮桿基座6安裝在豎直板31側(cè)部，并可在外配驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)控下獨(dú)立地沿左右方向伸縮，進(jìn)而帶動(dòng)與其相連的活動(dòng)擋板4獨(dú)立地進(jìn)行左右往復(fù)移動(dòng)；電動(dòng)伸縮桿5的行程須保證活動(dòng)擋板4既可完全將開(kāi)口33封閉進(jìn)而與環(huán)形儲(chǔ)粉槽(32)共同構(gòu)成臨時(shí)儲(chǔ)粉空間，又可完全將開(kāi)口33開(kāi)啟進(jìn)而將臨時(shí)儲(chǔ)粉空間內(nèi)的粉末選擇性落下；刮刀7安裝于豎直板31下部，本發(fā)明對(duì)刮刀7并無(wú)特殊要求，使用激光選區(qū)熔化技術(shù)通用的刮刀即可；

所述輔助移動(dòng)組件包含左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)與豎直移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于帶動(dòng)選區(qū)鋪粉組件在零件增材制造區(qū)域沿左右方向和豎直方向往復(fù)移動(dòng)；如圖1所示，左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水平支架9與絲桿8；絲桿8安裝于水平支架9前后兩側(cè)的上表面，絲桿8分別與定位塊36、37相連，可在外配控制系統(tǒng)調(diào)控下帶動(dòng)選區(qū)鋪粉組件沿左右方向往復(fù)移動(dòng)；豎直移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓伸縮桿10與液壓伸縮桿基座11；液壓伸縮桿10通過(guò)液壓伸縮桿基座11安裝于激光增材制造設(shè)備的工作臺(tái)表面，可為水平支架9提供支撐，并在外配控制系統(tǒng)調(diào)控下帶動(dòng)水平支架9沿豎直方向升降。

利用上述裝置進(jìn)行鋪粉的步驟如下：

(1)移動(dòng)選區(qū)鋪粉組件，使環(huán)形儲(chǔ)粉槽32位于轉(zhuǎn)軸2下方，并移動(dòng)活動(dòng)擋板4將開(kāi)口33完全封閉；

(2)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸2，使一定數(shù)量的金屬粉末落入環(huán)形儲(chǔ)粉槽32和活動(dòng)擋板4構(gòu)成的臨時(shí)儲(chǔ)粉空間中；

(3)移動(dòng)選區(qū)鋪粉組件，使刮刀7下表面與待鋪粉區(qū)域上表面之間的距離等于零件切片厚度；

(4)選區(qū)鋪粉組件在絲桿8帶動(dòng)下駛向待鋪粉區(qū)域上方，并重復(fù)以下流程，直至完成鋪粉：當(dāng)環(huán)形儲(chǔ)粉槽32運(yùn)行至需要鋪粉的位置上方時(shí)，移動(dòng)位于該位置上方的若干活動(dòng)擋板4，使數(shù)量足夠的金屬粉末落至該位置；繼續(xù)沿當(dāng)前方向移動(dòng)選區(qū)鋪粉組件，使刮刀7將下落的金屬粉末鋪平。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例，基于本發(fā)明的思路還可設(shè)計(jì)多種鋪粉裝備。例如，可在豎直板31的另一側(cè)安裝一套與本實(shí)施例對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)的矩形儲(chǔ)粉槽32、開(kāi)口33、肋板43與35、活動(dòng)擋板4、電動(dòng)伸縮桿5和電動(dòng)伸縮桿基座6，以實(shí)現(xiàn)雙向選區(qū)鋪粉；為了更好地提升粉末原料利用率，還可在成本與外配控制系統(tǒng)允許的條件下盡量增大活動(dòng)擋板4、電動(dòng)伸縮桿5和電動(dòng)伸縮桿基座6的數(shù)量；此外，亦可將電動(dòng)伸縮桿5和電動(dòng)伸縮桿基座6更換為任意可帶動(dòng)活動(dòng)擋板4左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配件，并將液壓伸縮桿10和液壓伸縮桿基座11更換為任意可帶動(dòng)水平支架9豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配件。

總之，本發(fā)明不應(yīng)該局限于上述實(shí)例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，仍應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。