一種激光快速打印水泵殼體的裝置及方法
【專利說明】一種激光快速打印水栗殼體的裝置及方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種應用選擇性激光燒結技術快速打印水泵殼體的裝置和方法，尤其適用于水泵的新品開發(fā)和單件零件生產(chǎn)。
【背景技術】
[0003]隨著科技進步和全球市場一體化的形成，制造工業(yè)已經(jīng)從單品種、大批量、長周期向品種多、批量小、周期短的方向發(fā)展。為此，快速響應市場需求，已成為制造業(yè)發(fā)展的重要走向。近年來，工業(yè)化國家一直在不遺余力地開發(fā)先進的制造技術以提高制造工業(yè)的發(fā)展水平。隨著計算機、微電子、信息化、自動化、新材料和現(xiàn)代化企業(yè)管理技術的發(fā)展，產(chǎn)生了一批新的制造技術和制造模式，制造工程與科學取得了前所未有的成就。本世紀60年代發(fā)展起來的快速成型(Rapid Prototyping，RP)技術，就是在這種背景下產(chǎn)生的。而選擇性激光燒結技術(Selective Laser Sintering, SLS)是快速成型技術中發(fā)展最成熟、應用最廣泛的成型技術，它能在很短的時間內(nèi)直接制造產(chǎn)品樣品，無需傳統(tǒng)的機械加工設備和工藝，從而顯著地縮短了產(chǎn)品投放市場的周期，增強了企業(yè)的競爭能力。
選擇性激光燒結技術(SLS )是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成形的固化層，層層疊加生成所需形狀的零件。首先由CAD產(chǎn)生零件模型，并用分層切片軟件對其進行處理，獲得各截面形狀的信息參數(shù)，作為激光束進行二維掃描的軌跡，由激光發(fā)出的光束在計算機的控制下，根據(jù)幾何形體各層截面的坐標數(shù)據(jù)有選擇地對材料粉末層進行掃描，在激光輻照的位置上粉末燒結在一起，一層燒結完成后，再鋪粉進行下一層掃描燒結，新的一層和前一層自然地燒結在一起，最終生成三維形狀的零件。目前選擇性激光燒結技術在實際生產(chǎn)中的應用，主要是以燒結聚碳酸酯粉、尼龍粉、蠟粉等高分子聚合物粉末來成型零件，而在利用激光燒結技術來直接打印金屬零件方面的研究和應用并不多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在解決水泵殼體因傳統(tǒng)制造方法而產(chǎn)生的裂紋、形狀精度低和應力集中等嚴重困擾水泵綜合性能的問題，提供了一種利用選擇性激光燒結技術快速成型水泵殼體的裝置和方法。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案為:一種激光快速成型水泵殼體的裝置，包括中央控制處理器、二氧化碳激光器、光學掃描系統(tǒng)、溫度探測器和工作臺，所述工作臺的臺面下安裝有成型缸、粉末缸A和粉末缸B，所述粉末缸A和粉末缸B位于所述成型缸的兩側，所述工作臺的臺面上還安裝有鋪粉滾輪，所述溫度探測器、所述二氧化碳激光器、所述光學掃描系統(tǒng)、所述溫度探測器、所述成型缸、所述粉末缸A、所述粉末缸B和所述鋪粉滾輪分別于所述中央控制處理器連接。
[0006]本發(fā)明還提供了一種激光快速成型水泵殼體的方法，其具體步驟如下: 第一步:首先由中央控制處理器對零件模型進行分層切片處理，并獲得各截面形狀的信息參數(shù)，作為光學掃描系統(tǒng)進行二維掃描的軌跡。
[0007]第二步:粉末缸A內(nèi)的活塞在中央控制處理器的控制下開始上升，將缸A內(nèi)的金屬粉末推出缸外，同時鋪粉滾輪在中央控制處理器的控制下也開始啟動，由粉末缸A運動到粉末缸B，將金屬粉末鋪勻在成型缸內(nèi)，完成初層的鋪粉工作；隨后，中央控制處理器控制粉末缸B內(nèi)的活塞上升，將缸B內(nèi)的金屬粉末推出缸外，以待下次鋪粉工作的進行。
[0008]第三步:中央控制處理器控制二氧化碳激光器發(fā)出激光束，經(jīng)由光學掃描系統(tǒng)的調節(jié)與轉換，照射到成型缸工作表面。由中央控制處理器控制的光學掃描系統(tǒng)根據(jù)幾何形體各層截面的坐標數(shù)據(jù)和形狀參數(shù)有選擇地對金屬材料粉末層進行掃描，在激光束輻照的位置上粉末燒結在一起，一層燒結完成后，成型缸在中央控制處理器的控制下，下移一定距離(待成型零件的切片厚度)，然后鋪粉滾輪再進行鋪粉，光學掃描系統(tǒng)開始下一層掃描燒結，新的一層和前一層自然地燒結在一起，如此反復，最終生成三維水泵殼體零件。
[0009]上述方案中，所述第四步中，在選擇性激光燒結成型水泵殼體部件的過程中，溫度檢測儀在中央控制處理器的控制下，對成型界面的溫度進行檢測并反饋給中央控制處理器，以便使中央控制處理器根據(jù)實際所采用金屬粉末的特性來合理選擇激光參數(shù)。
[0010]上述方案中，燒結完成的水泵殼體零件還需要進行滲金屬、高溫滲環(huán)氧樹脂和靜電鍍鎳后工藝處理
上述方案中，用于選擇性激光燒結的二氧化碳激光器的工藝參數(shù)為:激光的功率密度為105~106W/cm2，激光束的使用功率為200~1000W，激光束光斑尺寸為2mmXlmm，激光脈寬為5ns~20ns,掃描速度為l~5mm/s。
[0011]本發(fā)明的創(chuàng)新之處就在于充分利用了選擇性激光燒結技術在成型薄壁、中空等形狀復雜零件方面的優(yōu)勢，來快速成型因傳統(tǒng)鑄造方法造型、脫模困難而難以成型的水泵殼體部件，有效解決了水泵殼體因傳統(tǒng)制造方法而產(chǎn)生的裂紋、應力集中等嚴重影響水泵質量性能的問題，降低了零件內(nèi)的殘余拉應力水平，在大幅度提高水泵生產(chǎn)制造效率的同時，提高了水泵殼體組織的致密性和均勻性，改善了水泵殼體的綜合性能指標。
[0012]本發(fā)明的具體優(yōu)點如下所述:(I)制造速度快、成本低，節(jié)省時間和節(jié)約成本，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。(2)采用非接觸加工的方式，沒有傳統(tǒng)加工的殘余應力問題，沒有工具更換和磨損之類的問題，無切割、噪音和振動等，有利于環(huán)保。(3)生產(chǎn)周期短，可實現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造，特別適合于新品開發(fā)和單件零件生產(chǎn)。(4)具有高度的柔性，在計算機的控制下可方便迅速地制作出傳統(tǒng)加工方法難以實現(xiàn)的復雜形狀的零件，例如具有復雜凹凸部分及中空的零件。(5)技術高度集成，綜合集成了計算機技術、數(shù)控技術、激光技術和材料技術。
【附圖說明】
[0013]圖1利用選擇性激光燒結技術快速成型水泵殼體部件示意圖。
[0014]圖2實施例中打印的水泵殼體結構示意圖。
[0015]圖中，1、中央控制處理器2、二氧化碳激光器 3、光學掃描系統(tǒng) 4、成型零件41、水泵進水口 42、泵體43、水泵出水口 5、溫度探測器6、金屬粉末7、粉末缸A 8、成型缸9、粉末缸B 10、鋪粉滾輪11、工作臺。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本裝置作進一步詳細說明
如圖1所示，一種激光快速成型水泵殼體的裝置，包括中央控制處理器1，二氧化碳激光器2,光學掃描系統(tǒng)3,成型零件4,溫度探測器5,金屬粉末6,粉末缸A 7,成型缸8,粉末缸B 9，鋪粉滾輪10，工作臺11。
[0017]利用上述的激光快速成型水泵殼體的裝置進行