粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法及设备，该工艺方法是将激光增材制造设备的供粉装置采用两个以上的粉料仓，同时在粉料仓出口设有带称重装置和预热的计量仓，这样称重装置和电控阀门就能精确控制单次下料量，且多种粉料也能在计量仓进行混料，进而实现不同材料在同一缸体内的分层布料；其工艺方法的自动铺粉机构采用上下循环运动的活动板作为承接计量仓排出粉料的供粉装置，活动板抬起计量仓落料，粉料在倾斜的活动板上实现平铺，活动板运动到水平由刮板将粉料挂至成型缸，进而可以实现同一缸体内的材料分层。

Process and equipment for continuous laser production of powder materials with various materials

The invention discloses a process method and equipment for making a powder bed type multi material continuous laser material increasing manufacturing. The process is to adopt more than two powder silos for the powder feeding device of the laser material adding manufacturing equipment, and at the same time there is a weighing device and a preheating metering bin at the outlet of the powder silo, so the weighing device and the electronic control valve can be used. It can accurately control the amount of single feed, and a variety of powder can be mixed in the metering bin, and then the layered material of different materials in the same cylinder is realized; the automatic pulverized mechanism of the process method uses the moving plate of the upper and lower circulation as the powder supply for the discharging powder in the metering bin, and the moving board raises the blanking of the metering bin. The material is laid on the inclined movable plate, and the movable plate is moved to the level by the scraper to the molding cylinder, and then the material layer in the same cylinder can be realized.

【技术实现步骤摘要】
粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法及设备
本专利技术涉及一种粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法及设备，属于增材制造

技术介绍
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗称3D打印，其将金属或非金属材料按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，且与传统的去除材料加工及变形加工相比，逐层加工的增材制造技术具有制造过程直接而无需工模具，不受结构复杂程度限制而为设计创新提供更自由的空间，材料利用率高，制造过程节能环保等诸多优势突出，满足了工业领域单件小批量制品、医学领域定制化的植入体、文化创意展示品、个性化日用品及其他众多领域物品制作日益发展的需求。增材制造技术中的粉末基增材制造技术，集成了高能束（激光或电子束）、机械、自动控制、精密传动、材料科学与工程、化学、CAD/CAM等技术，从三维模型通过逐层扫描的模式直接制造最终产品，具有不受模型形状限制、完全的冶金结合，致密度近乎100%。粉末基增材制造由于具有各种优势而得到快速发展，现已应用到航空航天、军工、汽车、医疗、文化创意、消费电子产品等领域。粉末基增材制造（SLS/SLM/EBM/3DP）是复杂产品部件制造的重要方式，其优势主要表现在：（1）使用高功率的能量束如激光束、电子束等，对熔点高、难加工的金属材料可直接加工成最终产品；（2）制造的金属零件具有冶金结合的特点，其致密度几乎达到100%，性能超过传统铸造件或与锻造件接近；（3）采用分层实体制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂金属零件可直接制造，适用于个性化定制及小批量生产；（4）零件近净成形，机加余量小，材料利用率高，粉末材料可回收利用；（5）可用的材料来源广泛，陶瓷材料、高分子材料、金属材料，只要做出颗粒合适的粉末，均可用于粉末基增材制造；（6）无模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生产成本低，适于新产品的开发。现有的粉末基增材制造的加工方式是：在送粉缸内添加配好粉末料将其安装到位，同时通保护气体，然后平行布置成型缸和送粉缸，采用单向铺粉，烧结一层之后，成型缸下降一层烧结层厚度，供粉缸上升挤出一定量的粉末，铺粉辊或刮板将供粉缸粉末平铺到成型缸，然后开始烧结、熔融或融化，待该层横截面全部烧结后，再使成型缸下降一层烧结厚度，之后再供粉、铺粉、烧结、熔融或融化，循环往复此过程，最终完成零部件的增材制造。现有的这种粉末基增材制造铺粉技术存在以下缺点：（1）现有设备都采用两个缸体——成型缸和送粉缸配合使用，在产品加工完毕后，为确保产品成型，成型缸需在通保护气的过程中逐步冷却，一般冷却时间长达12-24小时，对较大尺寸的文件冷却时间甚至会超过24小时，导致现有设备生产效率较低，无法连续化生产；（2）在送粉缸送风过程中，由铺粉辊将粉末材料铺展到成型缸过程中，会有多余粉末刮出成型缸至收集槽，这种现象在加工较大的产品时就会导致在后期供粉缸缺料，无相关应急装置，进而导致产品建造失败。（3）现有的增材制造技术在制造过程中均采用单一的材料逐层制造，这就导致在一些用途的机械部件存在制作成本较高，进而影响增材制造的推广。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可以提高生产效率，降低成本，制件合理化的粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法及设备，可以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案是：一种粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法，其特征在于：该工艺方法是将激光增材制造设备的供粉装置采用两个以上的粉料仓，同时在粉料仓出口设有带称重装置和预热的计量仓，这样称重装置和电控阀门就能精确控制单次下料量，且多种粉料也能在计量仓进行混料，进而实现不同材料在同一缸体内的分层布料；其工艺方法的自动铺粉机构采用上下循环运动的活动板作为承接计量仓排出粉料的供粉装置，活动板抬起计量仓落料，粉料在倾斜的活动板上实现平铺，活动板运动到水平由刮板将粉料挂至成型缸。一种粉床式多种材料连续激光增材制造的设备，它包括工作腔，在工作腔上连接有激光系统、气氛保护系统、预热系统和控制系统，在所述的工作腔内还设有供粉装置、成型装置、自动铺粉机构和粉料回收桶，所述的供粉装置包括两个以上的粉料仓，在粉料仓出口设有带称重装置的计量仓，在粉料仓出口与计量仓出口设有电控阀，电控阀与称重装置连接，在计量仓上连接有旋转混匀机构，所述的自动铺粉机构由刮板、等宽且铰接的固定槽板和转动槽板构成，计量仓的出口与转动槽板的位置相对；固定槽板与成型装置的成型缸端口齐平，在转动槽板上连接有抬起与放平的往复运动装置，转动槽板处于水平状态时另一端与成型装置的成型缸端口对接并齐平，刮板的宽度与固定槽板内口匹配；且刮板的初始位置位于固定槽板上或固定槽板与转动槽板的铰接处。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述的成型装置包括一个以上的成型缸，成型缸底部为活动板，在加工工位活动板下方设有使活动板逐层下降的顶推装置，在成型缸的下方设有滑轨，成型缸的下端放置在滑轨上。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，在滑轨上顶推装置所在区域的两侧设有定位夹紧装置，定位夹紧装置由限位开关控制。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述的滑轨）的轨道方向与刮板的运动方向平行；所述的成型缸的数量为两个以上，一个位于顶推装置上方，其它的一个以上位于固定槽板和转动槽板下方。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，在滑轨的两端设有设有成型缸取出门和成型缸放入门。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述的滑轨为双列式轨道，顶推装置位于滑轨的两根轨道之间；在顶推装置的下方设有水平基座，定位夹紧装置安装在水平基座上。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述的定位夹紧装置包括液压缸和夹紧机构，液压缸的缸体固定连接在水平基座上，在液压缸的活塞杆上连接有顶推装置和加紧机构，所述的加紧机构包括两根L形夹紧件和两根双向螺杆，L形夹紧件与滑轨垂直，且L形夹紧件的水平板位于加工位成型缸的下端，在L形夹紧件的下端设有与双向螺杆配合的螺纹孔；所述的双向螺杆的中间段为光轴，在光轴的两端设有方向相反的螺纹；双向螺杆的中间段光轴通过轴套连接在活塞杆的两侧，在两根双向螺杆的中间段有螺纹处设置有与之配合的驱动螺纹，在驱动螺纹上连接有电机。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，在滑轨的垂直方向设有将一个以上能将成型缸分隔的插板。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述的旋转混匀机构为连接在计量仓上的搅拌设备。前述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备是，所述控制往复运动装置包括步进电机，在步进电机上连接有凸轮，在凸轮上铰接有连杆，连杆铰接在转动槽板上。与现有技术比较，本专利技术受限针对现有增材制造过程中所制造产品材料一致，进而导致产品成本高、产品种类受限进行改进；其次针对一缸供粉、一缸成型，成型后需缓慢冷却而导致无法连续生产的问题进行的系统化改进；其具体实现原理如下：为实现上述改进，本申请的主要改进点为两个部分，其一为供粉装置、其二为自动铺粉装置；其三是多成型缸的循环生产。其中供粉装置包括两个以上的粉料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法，其特征在于：该工艺方法是将激光增材制造设备的供粉装置采用两个以上的粉料仓，同时在粉料仓出口设有带称重装置和预热的计量仓，这样称重装置和电控阀门就能精确控制单次下料量，且多种粉料也能在计量仓进行混料，进而实现不同材料在同一缸体内的分层布料；其工艺方法的自动铺粉机构采用上下循环运动的活动板作为承接计量仓排出粉料的供粉装置，活动板抬起计量仓落料，粉料在倾斜的活动板上实现平铺，活动板运动到水平由刮板将粉料挂至成型缸。

【技术特征摘要】
1.一种粉床式多种材料连续激光增材制造的工艺方法，其特征在于：该工艺方法是将激光增材制造设备的供粉装置采用两个以上的粉料仓，同时在粉料仓出口设有带称重装置和预热的计量仓，这样称重装置和电控阀门就能精确控制单次下料量，且多种粉料也能在计量仓进行混料，进而实现不同材料在同一缸体内的分层布料；其工艺方法的自动铺粉机构采用上下循环运动的活动板作为承接计量仓排出粉料的供粉装置，活动板抬起计量仓落料，粉料在倾斜的活动板上实现平铺，活动板运动到水平由刮板将粉料挂至成型缸。2.一种粉床式多种材料连续激光增材制造的设备，它包括工作腔（1），在工作腔（1）上连接有激光系统、气氛保护系统、预热系统和控制系统，在所述的工作腔（1）内设有供粉装置、成型装置、自动铺粉机构和粉料回收桶（2），其特征在于：所述的供粉装置包括两个以上的粉料仓（3），在粉料仓（3）出口设有带称重装置的计量仓（4），在粉料仓（3）出口与计量仓（4）出口设有电控阀，电控阀与称重装置连接，在计量仓（4）上连接有旋转混匀机构，所述的自动铺粉机构由刮板（8）、等宽且铰接的固定槽板（5）和转动槽板（6）构成，计量仓（4）的出口为长条状与转动槽板（6）的位置相对；固定槽板（5）与成型装置的成型缸端口齐平，在转动槽板（6）上连接有抬起与放平的往复运动装置（7），转动槽板（6）处于水平状态时另一端与成型装置的成型缸端口对接并齐平，刮板（8）的宽度与固定槽板（5）内口匹配；且刮板（8）的初始位置位于固定槽板（5）上或固定槽板（5）与转动槽板（6）的铰接处。3.根据权利要求2所述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备，其特征在于：所述的成型装置包括一个以上的成型缸（9），成型缸（9）底部为活动板，在加工工位的活动板下方设有使活动板逐层下降的顶推装置（10），在成型缸（9）的下方设有滑轨（11），不在加工工位的成型缸（9）的放置在滑轨（11）上。4.根据权利要求3所述的粉床式多种材料连续激光增材制造的设备，其特征在于：在滑轨（11）上顶推装置（10）所在区域的两侧设有定位夹紧装置（12），定位夹紧装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，郭光平，吴泽宏，古文全，薛涛，孙茂银，
申请(专利权)人：贵州森远增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52