快速成型柔性预置金属铺粉装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了快速成型柔性预置金属铺粉装置，包括基架、刷片和弹性体，所述基架的前后两侧连接有夹板，刷片通过夹板固定于基架上；基架后侧夹板的后方设有固定板，所述弹性体固定于固定板下方的前侧，且与铺粉平面成一定角度；所述基架外接驱动机构。所述刷片的横截面呈Ｕ型，其两侧固定于基架的前后两侧壁内，其底部呈弧状的部分置于基架的下方外面。所述刷片置于基架的下方外面的部分分割为若干个刷片单元。本实用新型专利技术采用刷片和弹性体两个不同结构结合使用，能够实现预置粉末层表面平整的条件下，压实粉末，提高成型件质量，可大大提高铺粉层粉末密度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于零件成型制造领域，特别涉及能提高粉末密度的预置金属粉末的 柔性铺粉装置。
技术介绍
激光快速成型已广泛应用于缩短产品的研发周期与提升产品质量，近几年发展的 由CAD数据驱动直接制造金属零件，零件几乎不需要任何后处理，直接满足实际应用要求， 而且零件的致密度、表面精度等都比较高。激光快速成型使用的方法各异，具体包括激光熔 覆(LENS)，选区激光熔化/选择性激光烧结(SLM/SLS)，电子束直接熔化(EBM)等，这些工 艺按照粉末的添加方式可以分为预置粉末(layer bed)方式和实时送粉(powder feed) 方式两种。现有的铺粉装置一般用于预置粉末方式。选区激光熔化快速成型金属零件的工艺过程如下开始将一层金属粉末预置到成 型缸表面基板上，典型的粉末层厚为0. 02mm 0. 05mm,激光按照零件截面信息扫描粉末， 粉末熔化凝固，成型缸下降一个层厚的距离，铺粉装置推动粉末到以扫描成型面，熔化过程 重复，整个过程在充满氮气或者氩气的密封成型室中进行。选区激光熔化快速成型金属零件的关键指标主要包括致密度、精度与表面粗糙度 等，而致密度与表面粗糙度的提高与铺粉层的质量(粉层表面平整度、紧实度)密切相关。 粉层表面平整，则粉末对激光的吸收平稳，激光熔化粉末后容易获得平整的成型表面；粉层 表面凹凸不平，则导致粉末对激光的吸收不稳定，因离焦导致粉末吸收激光能量不足，激光 照射在粉末表面功率密度不等，粉末熔化效果有差异，导致成型面也凹凸不平，最终使得成 型件的致密度、表面精度等严重下降。而且，在选区激光熔化过程中，粉层表面平整度对成 型件表面质量会产生循环效果。如果粉层不平，则激光熔化粉末平面呈现为凹凸不平，导致 下一次铺粉同样不平，形成恶性循环；而当铺粉平整，激光在整个粉末表面照射均勻，则获 得平整的熔化表面，则使得下一层铺粉平整容易实现，形成良性循环。最后，选区激光熔化 金属粉末，使得粉末完全熔化，粉末从松装态50%致密度到完全熔化势必发生收缩。如果 铺粉层不紧实，粉末松装密度只有40%左右，材料收缩严重，激光与粉末作用的不稳定性增 加。而当粉末松装密度提高，使得粉末熔化再凝固时收缩减小，增加了激光与材料作用的可 控性。所以，铺粉效果的好坏决定了选区激光熔化快速成型零件的优劣，为了获得理想 的成型效果，铺粉装置在铺粉时必须能够获得平整且紧实的铺粉效果。而目前应用于选区激光熔化或选择性激光烧结技术的预置粉末方式的铺粉装置 主要包括使用刚性旋转辊、刮板结构。这些刚性铺粉装置结构对其表面的光滑度与同轴度 要求非常高，且在铺粉过程中容易出现撞辊、同轴度偏差导致表面波浪形纹等铺粉缺陷，所 以旋转辊主要应用于选择性激光烧结技术，如石蜡材料等烧结成型，并不能满足金属粉末 成型的要求。而随着技术的发展，目前也出现了一些柔性铺粉装置，而现有的柔性铺粉装置 虽然能保证粉层平整，但是对粉末的压实作用非常小，在激光辐照后，收缩比较大，容易造成成型件内部残余应力较大，发生变形或者翘曲。因此，为了满足成型加工要求，需要提供 一种能够实现预置粉末层表面平整的条件下压实粉末、且能提高成型件质量的铺粉装置。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理，能 够获得平整且紧实的铺粉效果的快速成型柔性预置金属铺粉装置。本技术的目的通过下述技术方案实现快速成型柔性预置金属铺粉装置，包 括基架、刷片和弹性体，所述基架的前后两侧连接有夹板，刷片通过夹板固定于基架上；基 架后侧夹板的后方设有固定板，所述弹性体固定于固定板下方的前侧，且与铺粉平面成一 定角度；所述基架外接驱动机构。所述刷片的横截面呈U型，其两侧固定于基架的前后两侧壁内，其底部呈弧状的 部分置于基架的下方外面。所述刷片置于基架的下方外面的部分分割为若干个刷片单元。所述若干个刷片单元的宽度相等。作为优选方案，每个刷片单元的宽度为3 6mm，相邻的两个刷片单元之间的间隙 为0. 08 0. 12mm ；每个刷片的厚度为0. 03mm 0. 1mm。所述固定板的下方与铺粉平面成一定角度弯折，所述角度与弹性体相对于铺粉平 面的角度相对应。作为优选方案，所述弹性体的最低点与所述刷片的最低点在同一直线上；所述弹 性体与铺粉平面的夹角为30° 60° ；所述固定板的下方与铺粉平面成30° 60°的角度弯折。所述基架的前后两侧的夹板分别通过螺栓结构夹紧固定，以使刷片的两侧固定于 基架上；所述固定板通过依次穿越基架前侧夹板、刷片、基架后侧夹板的螺栓结构夹紧固定。所述弹性体优选海绵弹性体或橡胶弹性体；所述刷片优选弹性金属片，刷片由弹 性金属片沿轴线弯曲形成，使得其横截面呈U型。所述驱动机构优选为电机。本技术的作用原理电机带动基架向前运行，具有一定弹性呈U型的刷片能 越过成型制件表面的凸起，推动粉末到成型表面，并压实粉末，弹性体抹平刷片各刷片单元 间隙缝漏过的粉末，使铺粉层完全平整。推动粉末时，刷片的底部圆弧部分受粉末阻力会向 后产生变形，变形的程度取决于粉末的多少及刷片自身的弹性模量。刷片在前进过程中，遇 到成型制件表面超过铺粉层高度的凸起时，会产生较大的弹性形变，刷片底部不再保持完 整圆形，而是沿凸起表面轮廓变形，直至渡过凸起再复原至初始的半圆形状。刷片变形产生 的弹性力可分解为平行于运动方向与垂直运动方向两个力。平行于运动方向的力作为推动 粉末向前的动力；垂直运动方向的分力则对经过的粉末层施以压力，对粉末进行压实。由于 刷片底部的圆弧形状形似圆辊，能以类似轧压(Rolling)的方式，让粉末由圆弧前部的松 散状态过渡到圆弧底部的压实状态。另一方面，刷片置于基架的下方外面的部分是由若干 个刷片单元构成，由于成型制件表面一般只在局部出现凸起，因此刷片在推粉时，成型制件 表面局部的凸起只会影响到一个或两个相邻的刷片单元，不会影响其他的刷片单元，因此也不会影响整个装置的铺粉效果。因此，本装置的刷片以及弹性体的结构设计兼具了推动 粉末和压实粉末的功能，充分保证了铺粉效果。本铺粉装置的铺粉效果与粉末流动性密切相关，根据粉末的材料、粒度来选择和 设计刷片的尺寸。粉末的流动性较好时，推动粉末时阻力较小、较均勻，刷片变形量小，铺粉 过程中变形量波动也较小，铺粉层相对平整；由于刷片变形量小，相应地用于压实粉末的垂 直运动方向的分力也小，压实作用较弱。反之，粉末的流动性差时，刷片变形量大，对粉末的 压实作用明显，但实际铺粉层厚与设计高度可能存在误差。为达到兼具铺粉平整、密实的要 求，一般地在铺粉过程中刷片向后倾斜不应超过30°。所以，首先应根据粉末的流动性选择 刷片的材料与厚度，弹性模量越大的刷片在铺粉过程中变形量越小。刷片的总体弹性模量 还受到其在夹板以下的自由弹性部分的高度的影响。刷片置于基架的下方外面的部分的若干个刷片单元可使用光束质量好的光纤激 光进行切割形成，以防止热应力导致薄片变形无法保证尺寸精度。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、刷片采用U型弹性金属片结构，其底部在推动粉末时，能够通过垂直运动方向 的分力对经过的粉末层施以压力，对粉末进行压实；而且，刷片底部的圆弧形状形似圆辊， 能以类似轧压(Rolling)的方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
快速成型柔性预置金属铺粉装置，其特征在于：包括基架、刷片和弹性体，所述基架的前后两侧连接有夹板，刷片通过夹板固定于基架上；基架后侧夹板的后方设有固定板，所述弹性体固定于固定板下方的前侧，且与铺粉平面成一定角度；所述基架外接驱动机构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，卢建斌，王迪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]