新型金屬粉末熔化快速成型的制造方法
【專利摘要】一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，包括機(jī)架、控制系統(tǒng)、激光振鏡掃描裝置、鋪粉裝置、三缸本體和激光器，所述控制系統(tǒng)、所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均設(shè)置在所述機(jī)架上，所述激光振鏡掃描裝置和所述激光器之間光學(xué)連接，所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均連接到所述控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型可以獲得非平衡態(tài)過(guò)飽和固溶體及均勻細(xì)小的金相組織，其成型零件致密度近乎100％，機(jī)械性能與鍛造零件相當(dāng)。能顯著降低加工時(shí)間和成本，縮短新品的研發(fā)周期，十分適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)快速化、個(gè)性化、柔性化發(fā)展的需求，在航空、航天、醫(yī)學(xué)、模具、武器裝備等制造領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及快速成型設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)在過(guò)去十幾年中飛速發(fā)展，但仍存在一些缺點(diǎn)和不足，如可靠性、穩(wěn)定性還不能完全滿足要求；加工零件的球化效應(yīng)、翹曲變形及裂紋缺陷嚴(yán)重，需要尋找合適的解決方案；設(shè)備成本比較高，限制了 SLM技術(shù)進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用；可制備零件的尺寸有一定限制，目前制備大尺寸零件的工藝還不成熟；工藝參數(shù)較復(fù)雜，現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)SLM的作用機(jī)理研究不夠深入，需要較長(zhǎng)時(shí)間摸索。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，解決上述問(wèn)題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，包括機(jī)架、控制系統(tǒng)、激光振鏡掃描裝置、鋪粉裝置、三缸本體和激光器，所述控制系統(tǒng)、所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均設(shè)置在所述機(jī)架上，所述激光振鏡掃描裝置和所述激光器之間光學(xué)連接，所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均連接到所述控制系統(tǒng)。
[0006]所述激光振鏡掃描裝置包括光路安裝支架、光路連接架、滑臺(tái)、滑塊、光路移動(dòng)板、振鏡、激光數(shù)字水平尺和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0007]所述光路安裝支架固定在所述機(jī)架上，所述光路連接架與所述光路安裝支架相連；所述滑臺(tái)固定在所述光路連接架上，所述滑塊上安裝所述光路移動(dòng)板，由所述滑塊帶動(dòng)所述光路移動(dòng)板沿所述滑臺(tái)上下移動(dòng)，所述光路移動(dòng)板上安裝所述振鏡以及所述激光數(shù)字水平尺；
[0008]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述光路移動(dòng)板傳動(dòng)連接。
[0009]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和渦輪蝸桿減速器。
[0010]所示鋪粉裝置包括滑臺(tái)固定板、刮板、刮板安裝座、第二滑臺(tái)、第二滑塊、數(shù)顯千分表、渦流風(fēng)扇和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0011]所述刮板上安裝所述數(shù)顯千分表和所述渦流風(fēng)扇，所述刮板通過(guò)所述刮板安裝座固定在所述第二滑塊上，所述第二滑塊沿著所述第二滑臺(tái)移動(dòng)，所述第二滑臺(tái)固定在所述滑臺(tái)固定板上，所述滑臺(tái)固定板安裝在所述機(jī)架上，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述刮板傳動(dòng)連接。
[0012]所述三缸本體包括缸底座平板、成型缸、左送粉缸和右送粉缸，所述成型缸內(nèi)設(shè)有沿成型缸缸壁上下滑動(dòng)的成型基板，所述左送粉缸和所述右送粉缸內(nèi)均設(shè)有沿送粉缸缸壁上下滑動(dòng)的送粉缸底板；[0013]還包括有驅(qū)動(dòng)所述成型基板以及左右兩個(gè)所述送粉缸底板上下滑動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)裝置，以及與所述缸底座平板相連的缸連接圓筒，與所述缸連接圓筒相連的電機(jī)密封罩，所述缸連接圓筒上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)。
[0014]所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)和顯示器，所述顯示器與所述工控機(jī)之間電連接。
[0015]本實(shí)用新型屬于快速成型設(shè)備領(lǐng)域，是一種成型工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高、適用性廣以及成型效率高的快速成型設(shè)備
[0016]本實(shí)用新型的有益效果可以總結(jié)如下:
[0017]1，本實(shí)用新型主要應(yīng)用選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)，它結(jié)合了 cAD/cAM、數(shù)控、光學(xué)及材料科學(xué)等技術(shù)，以各種純金屬或合金粉末材料作為加工原料，采用中小功率激光器快速、完全熔化選擇性金屬粉末后，結(jié)合快速冷卻凝固技術(shù)，可以獲得非平衡態(tài)過(guò)飽和固溶體及均勻細(xì)小的金相組織，其成型零件致密度近乎100%，機(jī)械性能與鍛造零件相當(dāng)。選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)可以根據(jù)3D模型直接制造出各種復(fù)雜的金屬零件，能顯著降低加工時(shí)間和成本，縮短新品的研發(fā)周期，十分適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)快速化、個(gè)性化、柔性化發(fā)展的需求，在航空、航天、醫(yī)學(xué)、模具、武器裝備等制造領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。
[0018]2，本實(shí)用新型中成型缸、送粉缸、鋪粉系統(tǒng)三大運(yùn)動(dòng)部件，全部采用大功率伺服電機(jī)+減速器控制，相對(duì)于同類產(chǎn)品采用步進(jìn)電機(jī)+伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)具有更高的運(yùn)動(dòng)精度，誤差低于0.0lmm ;此外，設(shè)備啟動(dòng)扭矩更高，運(yùn)動(dòng)過(guò)程更平穩(wěn)，有力避免振動(dòng)誤差；設(shè)備所有運(yùn)動(dòng)維度中，除依靠伺服電機(jī)的自身編碼器反饋外，加入其他傳感器精確測(cè)量成形缸、送粉缸、鋪粉系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)量，實(shí)時(shí)且更精確控制運(yùn)動(dòng)；實(shí)時(shí)測(cè)量光學(xué)畸變和零點(diǎn)漂移，保證零件掃描圖形精度和掃描原點(diǎn)精度；成形基板自動(dòng)彈性避震功能，避免零件加工過(guò)程中與鋪粉裝置剛性碰撞；雙成形基板保證移動(dòng)直線度，提高防側(cè)撞能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)的外形示意圖；
[0020]圖2是本新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)去掉機(jī)柜后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)激光振鏡掃描裝置示意圖；
[0022]圖4是本新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)鋪粉裝置示意圖；
[0023]圖5是本新型金屬粉末溶化快速成型機(jī)二缸本體不意圖。
[0024]圖中:1.操作柜；2.成型柜；3.機(jī)架；4.激光器；5.工控機(jī)；6.安裝基板；7.顯示屏；8.激光振鏡掃描裝置；9.鋪粉裝置；10.三缸本體；11.缸底座平板；12.限位開(kāi)關(guān)；
13.缸連接圓筒；14.電機(jī)密封罩；15.光路安裝支架；16.光路連接架；17.滑塊；18.滑臺(tái)；19.伺服電機(jī)；20.蝸輪蝸桿減速器；21.光路移動(dòng)板；22.振鏡；23.激光數(shù)字水平尺；24.第二伺服電機(jī)；25.滑臺(tái)固定板；26.第二滑臺(tái)；27.第二滑塊；28.刮板安裝座；29.刮板；30.渦流風(fēng)扇；31.數(shù)顯千分表；32.第三伺服電機(jī)；33.減速器34.聯(lián)軸器；35.滾珠絲杠；36絲杠螺母；37.送粉缸活塞底板座；38送粉缸底板；39右送粉缸；40成型缸；41左送粉缸；42成型基板；43成型缸活塞底板座。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0026]如圖1至圖5所示的一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，包括機(jī)架3、控制系統(tǒng)、激光振鏡掃描裝置8、鋪粉裝置9、三缸本體10和激光器4，所述控制系統(tǒng)、所述激光振鏡掃描裝置8、所述鋪粉裝置9、所述三缸本體10和所述激光器4均設(shè)置在所述機(jī)架3上，所述激光振鏡掃描裝置8和所述激光器4之間光學(xué)連接，所述激光振鏡掃描裝置8、所述鋪粉裝置
9、所述三缸本體10和所述激光器4均連接到所述控制系統(tǒng)。
[0027]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述激光振鏡掃描裝置包括光路安裝支架15、光路連接架16、滑臺(tái)18、滑塊17、光路移動(dòng)板21、振鏡22、激光數(shù)字水平尺23和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述光路安裝支架15固定在所述機(jī)架3上，所述光路連接架16與所述光路安裝支架15相連；所述滑臺(tái)18固定在所述光路連接架16上，所述滑塊17上安裝所述光路移動(dòng)板21，由所述滑塊17帶動(dòng)所述光路移動(dòng)板21沿所述滑臺(tái)18上下移動(dòng)，所述光路移動(dòng)板21上安裝所述振鏡22以及所述激光數(shù)字水平尺23 ;所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述光路移動(dòng)板21傳動(dòng)連接。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)19和渦輪蝸桿減速器20。
[0028]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所示鋪粉裝置包括滑臺(tái)固定板25、刮板29、刮板安裝座28、第二滑臺(tái)26、第二滑塊27、數(shù)顯千分表31、渦流風(fēng)扇30和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述刮板29上安裝所述數(shù)顯千分表31和所述渦流風(fēng)扇30，所述刮板29通過(guò)所述刮板安裝座28固定在所述第二滑塊27上，所述第二滑塊27沿著所述第二滑臺(tái)26移動(dòng)，所述第二滑臺(tái)26固定在所述滑臺(tái)固定板25上，所述滑臺(tái)固定板25安裝在所述機(jī)架3上，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述刮板29傳動(dòng)連接。
[0029]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述三缸本體10包括缸底座平板11、成型缸40、左送粉缸41和右送粉缸39，所述成型缸40內(nèi)設(shè)有沿成型缸缸壁上下滑動(dòng)的成型基板42，所述左送粉缸41和所述右送粉缸39內(nèi)均設(shè)有沿送粉缸缸壁上下滑動(dòng)的送粉缸底板38 ;所述三缸本體10還包括有驅(qū)動(dòng)所述成型基板42以及左右兩個(gè)所述送粉缸底板38上下滑動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)裝置，以及與所述缸底座平板11相連的缸連接圓筒13，與所述缸連接圓筒13相連的電機(jī)密封罩14，所述缸連接圓筒13上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)12。
[0030]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)和顯示器，所述顯示器與所述工控機(jī)之間電連接。
[0031]在某個(gè)具體的實(shí)施例中:
[0032]如圖2和5所示新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)包括有機(jī)架3、激光器4、工控機(jī)5、顯示屏7 ;在機(jī)架3上設(shè)有安裝基板6，安裝基板上6設(shè)有激光振鏡掃描裝置8、鋪粉裝置9以及三缸本體10，所述三缸本體10包括缸底座平板11，成型缸40、左送粉缸41，右送粉缸39，成型缸40內(nèi)設(shè)有沿成型缸缸壁上下滑動(dòng)的成型基板42，左右兩個(gè)送粉缸內(nèi)均設(shè)有沿送粉缸缸壁上下滑動(dòng)的送粉缸底板38 ;還包括有可驅(qū)動(dòng)成型基板42以及左右兩個(gè)送粉缸底板38上下滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，以及與缸底座平板11相連的缸連接圓筒13，與缸連接圓筒13相連的電機(jī)密封罩14，所述缸連接圓筒13上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)12。
[0033]如圖3所示激光振鏡掃描裝置，包括光路安裝支架15和光路連接架16，所述光路安裝支架15固定在安裝基板6上，所述光路連接架16與光路安裝支架15相連；還包括滑臺(tái)18與滑塊17，所述滑臺(tái)18固定在光路連接架16上，所述滑塊17上安裝光路移動(dòng)板21，由滑塊17帶動(dòng)光路移動(dòng)板21沿滑臺(tái)18上下移動(dòng)，所述光路移動(dòng)板21上安裝振鏡22以及激光數(shù)字水平尺23，所述激光數(shù)字水平尺23用來(lái)測(cè)量振鏡安裝基面是否在水平面；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)19+渦輪蝸桿減速器20驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光路移動(dòng)板21的上下移動(dòng)。
[0034]如圖4所示鋪粉裝置包括滑臺(tái)固定板25、刮板29、刮板安裝座28、第二滑臺(tái)26和第二滑塊27，所述刮板29上安裝數(shù)顯千分表31和渦流風(fēng)扇30，所述數(shù)顯千分表31用于檢測(cè)刮板的振動(dòng)，所述渦流風(fēng)扇30用于輔助抽氣，所述刮板29通過(guò)刮板安裝座28固定在第二滑塊27上，所述第二滑塊27沿著第二滑臺(tái)26移動(dòng)，所述第二滑臺(tái)26固定在滑臺(tái)固定板25上，所述滑臺(tái)固定板25安裝在安裝基板6上，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用第二伺服電機(jī)24驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刮板29的移動(dòng)。
[0035]如圖5所示三缸本體示意圖，所述可驅(qū)動(dòng)成型基板42上下滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括有第三伺服電機(jī)32以及減速器33，通過(guò)聯(lián)軸器34帶動(dòng)滾珠絲杠35轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母36與成型缸活塞底板座43連接，成型缸活塞底板座43與成型基板42相連，隨著絲杠螺母36的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)成型基板42沿成型缸缸壁的上下滑動(dòng)；所述可驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)送粉缸底板38上下滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置包括有第三伺服電機(jī)以及減速器，通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母與送粉缸活塞底板座37連接，送粉缸底板38與送粉缸底板座37相連，隨著絲杠螺母的上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)送飯缸底板38沿送粉缸缸壁的上下滑動(dòng)。
[0036]參考圖5，本金屬粉末熔化快速成型機(jī)的成型工藝過(guò)程如下:成型開(kāi)始，根據(jù)要加工零件的尺寸大小在成型基板42上手動(dòng)安裝并手動(dòng)調(diào)平，成型基板42上升到指定高度，向左右兩個(gè)送粉缸39、41手動(dòng)添加金屬粉末，送粉完畢后，將送粉缸底板38上升到指定高度，鋪粉裝置9開(kāi)始工作，左右兩個(gè)送粉缸39、41交替送粉，將金屬粉末均勻鋪到成型基板42上，當(dāng)鋪粉裝置9在成型基板42上鋪好所需厚度的金屬粉末后，在控制系統(tǒng)的控制下，控制激光振鏡掃描裝置8對(duì)成型基板42上的金屬粉末進(jìn)行掃描，被掃描區(qū)域的金屬粉末燒結(jié)固化，形成零件的一個(gè)薄層，掃描完第一層后，第三伺服電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，與滾珠絲杠相配合的絲杠螺母向下移動(dòng)，成型基板42也隨著下降一個(gè)層厚的距離，再在固化好的薄層表面鋪上一層新的金屬粉末，進(jìn)行下一次的掃描加工，如此反復(fù)加工，直到整個(gè)零件制造完畢。當(dāng)成型基板42位于成型缸40底部時(shí)，第三伺服電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可將成型基板42上升到成型缸40上端，取出已加工零件。
[0037]以上通過(guò)具體的和優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)的描述了本實(shí)用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本實(shí)用新型并不局限于以上所述實(shí)施例，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，包括機(jī)架、控制系統(tǒng)、激光振鏡掃描裝置、鋪粉裝置、三缸本體和激光器，所述控制系統(tǒng)、所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均設(shè)置在所述機(jī)架上，所述激光振鏡掃描裝置和所述激光器之間光學(xué)連接，所述激光振鏡掃描裝置、所述鋪粉裝置、所述三缸本體和所述激光器均連接到所述控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，所述激光振鏡掃描裝置包括光路安裝支架、光路連接架、滑臺(tái)、滑塊、光路移動(dòng)板、振鏡、激光數(shù)字水平尺和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 所述光路安裝支架固定在所述機(jī)架上，所述光路連接架與所述光路安裝支架相連；所述滑臺(tái)固定在所述光路連接架上，所述滑塊上安裝所述光路移動(dòng)板，由所述滑塊帶動(dòng)所述光路移動(dòng)板沿所述滑臺(tái)上下移動(dòng)，所述光路移動(dòng)板上安裝所述振鏡以及所述激光數(shù)字水平尺； 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述光路移動(dòng)板傳動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和渦輪蝸桿減速器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，所示鋪粉裝置包括滑臺(tái)固定板、刮板、刮板安裝座、第二滑臺(tái)、第二滑塊、數(shù)顯千分表、渦流風(fēng)扇和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 所述刮板上安裝所述數(shù)顯千分表和所述渦流風(fēng)扇，所述刮板通過(guò)所述刮板安裝座固定在所述第二滑塊上，所述第二滑塊沿著所述第二滑臺(tái)移動(dòng)，所述第二滑臺(tái)固定在所述滑臺(tái)固定板上，所述滑臺(tái)固定板安裝在所述機(jī)架上，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)滾珠絲杠與所述刮板傳動(dòng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，所述三缸本體包括缸底座平板、成型缸、左送粉缸和右送粉缸，所述成型缸內(nèi)設(shè)有沿成型缸缸壁上下滑動(dòng)的成型基板，所述左送粉缸和所述右送粉缸內(nèi)均設(shè)有沿送粉缸缸壁上下滑動(dòng)的送粉缸底板； 還包括有驅(qū)動(dòng)所述成型基板以及左右兩個(gè)所述送粉缸底板上下滑動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)裝置，以及與所述缸底座平板相連的缸連接圓筒，與所述缸連接圓筒相連的電機(jī)密封罩，所述缸連接圓筒上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型金屬粉末熔化快速成型機(jī)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)和顯示器，所述顯示器與所述工控機(jī)之間電連接。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK203380365SQ201320499715
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月23日
【發(fā)明者】錢波, 劉錦輝, 肖勝兵, 鄭雨婷, 吳桐 申請(qǐng)人:錢波