一種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸。
【背景技術(shù)】
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[0002]增材制造技術(shù)(又稱為“3D打印”)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的高端數(shù)字化快速制造技術(shù)，適用于復(fù)雜構(gòu)件的近凈成形，采用增材制造技術(shù)制造出的成形件具有優(yōu)異的力學(xué)性能，適合多種材料的快速成形，且材料利用率高。激光選區(qū)激光恪化成形技術(shù)(SelectiveLaser Melting, SLM)是增材制造的典型代表，它將傳統(tǒng)的三維制造工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嬷圃?累積疊加工藝，通過(guò)粉末逐層熔化實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜精密零部件的制造，由于粉末處于靜止?fàn)顟B(tài)可設(shè)計(jì)制造輔助支撐結(jié)構(gòu)，因此適合幾乎任意復(fù)雜形狀金屬零部件的制造，可廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具、醫(yī)療等行業(yè)。
[0003]激光選區(qū)激光熔化具有以下優(yōu)點(diǎn):1)直接成形終端金屬產(chǎn)品，省掉中間過(guò)渡環(huán)節(jié)；2)可得到冶金結(jié)合的金屬實(shí)體，密度接近100% ;3) SLM制造的工件有高的拉伸強(qiáng)度；較低的粗糙度(Rz30-50mm)，高的尺寸精度(〈0.1mm) ;4)適合各種復(fù)雜形狀的工件，尤其適合內(nèi)部有復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)(如空腔)、用傳統(tǒng)方法無(wú)法制造的復(fù)雜工件；5)適合單件和小批量模具和工件快速成型。
[0004]但在金屬?gòu)?fù)雜構(gòu)件激光成形過(guò)程中，由于構(gòu)件成形前期基材溫度較低，而成形后期激光持續(xù)掃描，能量循環(huán)累積導(dǎo)致構(gòu)件溫度過(guò)高，致使成形構(gòu)件內(nèi)部組織、應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)差異較大，產(chǎn)生裂紋、翹曲變形等問(wèn)題，嚴(yán)重影響成形質(zhì)量。研究表明通過(guò)對(duì)基材進(jìn)行預(yù)熱能夠有效消除成形件的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)預(yù)熱提高了金屬材料對(duì)激光的吸收率，提高了能量利用率。粉缸作為激光選區(qū)激光熔化成形設(shè)備的核心部件之一，成形過(guò)程中，通過(guò)加熱粉缸側(cè)壁和活塞底部，可實(shí)現(xiàn)成形粉末和成形件的間接加熱，有效控制成形件的變形和開(kāi)裂問(wèn)題。
[0005]發(fā)明專利“選擇性激光選區(qū)熔化SLM設(shè)備送粉筒預(yù)熱裝置和預(yù)熱方法”，申請(qǐng)?zhí)枴?01310024599.8”，提出了一種利用金屬感應(yīng)線圈預(yù)熱粉缸的方向，但該方法產(chǎn)生的感應(yīng)電流在成形件上的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，影響成形質(zhì)量。因此對(duì)粉末進(jìn)行均勻加熱是降低構(gòu)件變形開(kāi)裂，提高成形質(zhì)量的有效途徑之一。
[0006]此外，現(xiàn)有激光選區(qū)熔化成形設(shè)備粉缸尺寸固定，在制造尺寸較小構(gòu)件時(shí)浪費(fèi)嚴(yán)重，因此設(shè)計(jì)一種大小可更換的粉缸對(duì)于成形不同大小構(gòu)件時(shí)提高粉末利用率具有重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸，采用一體式雙活塞設(shè)計(jì)，小活塞可更換拆卸，以實(shí)現(xiàn)不同大小尺寸金屬構(gòu)件的激光成形，節(jié)省粉末，同時(shí)能夠?qū)Ψ鄹走M(jìn)行全方位的加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末的可控預(yù)熱，使粉末受熱均勻，改善溫度梯度，減低構(gòu)件變形和開(kāi)裂。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]—種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸，包括缸體，該缸體上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)大小相同的成形缸和送粉缸，該缸體的頂部固定在工作臺(tái)板上，其底部自上而下依次設(shè)置有底板隔熱板和缸底端蓋，缸體周向的上部設(shè)置有缸體加熱圈，下部設(shè)置有缸體隔熱板，缸體加熱圈和缸體隔熱板的外側(cè)由內(nèi)至外依次設(shè)置有缸體隔熱圈和壓條；
[0010]成形缸和送粉缸內(nèi)均自下而上依次設(shè)置有活塞端蓋、大活塞體和活塞蓋板，兩個(gè)活塞端蓋的底部分別與缸體底部設(shè)置的兩個(gè)電缸的活塞桿相連，兩個(gè)大活塞體的頂部均開(kāi)設(shè)有臺(tái)階孔，臺(tái)階孔內(nèi)均設(shè)置有活塞隔熱板，活塞隔熱板與活塞蓋板之間設(shè)置有活塞加熱版；成形缸內(nèi)的活塞加熱版頂部設(shè)置有大活塞基板；成形缸內(nèi)的大活塞體、活塞蓋板及大活塞基板能夠在成形缸內(nèi)上下伸縮，送粉缸內(nèi)的大活塞體和活塞蓋板能夠在送粉缸內(nèi)上下伸縮。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:該缸體的頂部與工作臺(tái)板之間還設(shè)置有臺(tái)板隔熱板。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:缸體周向的最外層和缸體的底部還包裹有不銹鋼板。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:每個(gè)大活塞體的周向上均設(shè)置有活塞導(dǎo)向圈和活塞格萊圈；每個(gè)活塞蓋板的周向上均設(shè)置有蓋板導(dǎo)向環(huán)。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:缸體、大活塞體和活塞蓋板均采用因瓦合金或耐熱磨具鋼制成；缸體加熱圈和活塞加熱板均采用鑄鋁加熱板或陶瓷加熱塊制成；缸體隔熱圈、底板隔熱板和活塞隔熱板均采用A-800耐高溫隔熱板或聚四氟乙烯制成。
[0015]—種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸，包括缸體，該缸體上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)大小相同的成形缸和送粉缸，該缸體的頂部固定在工作臺(tái)板上，其底部自上而下依次設(shè)置有底板隔熱板和缸底端蓋，缸體周向的上部設(shè)置有缸體加熱圈，下部設(shè)置有缸體隔熱板，缸體加熱圈和缸體隔熱板的外側(cè)由內(nèi)至外依次設(shè)置有缸體隔熱圈和壓條；
[0016]成形缸和送粉缸內(nèi)均自下而上依次設(shè)置有活塞端蓋、大活塞體和活塞蓋板，兩個(gè)活塞端蓋的底部分別與缸體底部設(shè)置的兩個(gè)電缸的活塞桿相連，兩個(gè)大活塞體的頂部均開(kāi)設(shè)有臺(tái)階孔，臺(tái)階孔內(nèi)均設(shè)置有活塞隔熱板，活塞隔熱板與活塞蓋板之間設(shè)置有活塞加熱版；成形缸內(nèi)的大活塞體、活塞蓋板及大活塞基板能夠在成形缸內(nèi)上下伸縮，送粉缸內(nèi)的大活塞體和活塞蓋板能夠在送粉缸內(nèi)上下伸縮；
[0017]成形缸內(nèi)壁和送粉缸內(nèi)壁在活塞蓋板的頂部均設(shè)置有小活塞缸套，兩個(gè)小活塞缸套的中心處分別為小活塞成形缸和小活塞送粉缸；兩個(gè)活塞蓋板頂部的中心處自下而上依次設(shè)置有連桿和小活塞體，小活塞成形缸內(nèi)的小活塞體頂部設(shè)置有小活塞基板；小活塞成形缸內(nèi)的小活塞體和小活塞基板能夠在小活塞成形缸內(nèi)上下伸縮，小活塞送粉缸內(nèi)的小活塞體能夠在小活塞送粉缸內(nèi)上下伸縮。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:該缸體的頂部與工作臺(tái)板之間還設(shè)置有臺(tái)板隔熱板。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:缸體周向的最外層和缸體的底部還包裹有不銹鋼板。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:每個(gè)大活塞體的周向上均設(shè)置有活塞導(dǎo)向圈和活塞格萊圈；每個(gè)活塞蓋板的周向上均設(shè)置有蓋板導(dǎo)向環(huán)；每個(gè)小活塞體的周向上均設(shè)置有小活塞格萊圈和小活塞導(dǎo)向環(huán)。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:缸體、大活塞體、小活塞體、小活塞缸套和活塞蓋板均采用因瓦合金或耐熱磨具鋼制成；缸體加熱圈和活塞加熱板均采用鑄鋁加熱板或陶瓷加熱塊制成；缸體隔熱圈、底板隔熱板和活塞隔熱板均采用A-800耐高溫隔熱板或聚四氟乙烯制成。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]本發(fā)明一種金屬激光選區(qū)熔化成形雙活塞可控預(yù)熱粉缸，可在單活塞和雙活塞兩種狀態(tài)下分別工作。其中，當(dāng)在單活塞狀態(tài)下工作時(shí)，首先，對(duì)成形缸內(nèi)的大活塞基板進(jìn)行調(diào)平；然后，利用缸體加熱圈對(duì)缸體四周進(jìn)行加熱，利用活塞加熱板對(duì)活塞蓋板進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)成形缸和送粉缸內(nèi)的金屬粉末的間接加熱，由于金屬具有良好的熱傳導(dǎo)特性，通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)粉末均勻受熱。同時(shí)利用缸體隔熱圈、底板隔熱圈和活塞隔熱板對(duì)產(chǎn)生的熱量隔離，以防止高溫影響粉缸其他部件，尤其是電缸。開(kāi)始工作時(shí)，送粉缸內(nèi)盛滿金屬粉末，成形缸內(nèi)的大活塞體位于最高位置。工作過(guò)程中，電缸帶動(dòng)送粉缸內(nèi)的大活塞體向上運(yùn)動(dòng)，金屬粉末