一种用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备，其内部设置有成形工作台的密闭成形加工舱。该设备用刮刀的上下运动替代了成型缸的升降运动，刮刀的高度调整装置受工控机控制，真空泵以及氩气供应装置分别通过管道与密闭舱体导通，密闭舱体的上表面安装有激光扫描系统，该激光扫描系统中的动态聚焦系统和振镜系统都受工控机控制来实现实时聚焦，舱体下表面即工作台面下安装有感应加热系统，同样受工控机控制，可实现加热恒温。通过感应加热进行预热避免了成形过程中温度梯度过大时陶瓷易产生裂纹的问题，而气氛保护严格控制了氧含量，防止其对设备零部件的性能造成影响，特有的铺粉结构使整体设备更加简单、便于密封。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备，其内部设置有成形工作台的密闭成形加工舱。该设备用刮刀的上下运动替代了成型缸的升降运动，刮刀的高度调整装置受工控机控制，真空泵以及氩气供应装置分别通过管道与密闭舱体导通，密闭舱体的上表面安装有激光扫描系统，该激光扫描系统中的动态聚焦系统和振镜系统都受工控机控制来实现实时聚焦，舱体下表面即工作台面下安装有感应加热系统，同样受工控机控制，可实现加热恒温。通过感应加热进行预热避免了成形过程中温度梯度过大时陶瓷易产生裂纹的问题，而气氛保护严格控制了氧含量，防止其对设备零部件的性能造成影响，特有的铺粉结构使整体设备更加简单、便于密封。【专利说明】一种用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备
本专利技术涉及激光熔融成形设备领域，特别是一种能对陶瓷材料进行直接选区激光熔融(Selective Laser Melting, SLM)成形的激光熔融成形装置。
技术介绍
随着经济全球化的发展，特别是航空宇航、生物医疗等领域快速发展给制造业带来极大挑战，各种大胆创新的设计以及越来越多的曲面、多孔、空心结构等复杂产品特征需要新型制造技术支持。SLM是采用激光有选择地分层融化固体粉末，并使熔融层固化叠制造复杂零件的一种增材制造技术。由于SLM成形过程中粉末经激光辐照快速融化、瞬时凝固的加工特点，SLM成形件力学性能优于铸件，同时，由于SLM支持从三维模型直接增材制造零件，生产成本和周期大大降低，使得其在复杂难加工件的成形显示出突出的优越性，在航空航天、汽车及生物医疗等领域显现了良好的应用前景。现有的工业激光熔融成形设备主要用于金属粉末成形，一般由送粉缸、成形缸、回收缸、刮刀、激光器以及支架组成。而对陶瓷材料而言，由于其熔点高，传热系数低、脆性较大、对应力和裂纹敏感等特点，在激光熔融成形过程中易于产生变形导致裂纹。与金属材料相比，陶瓷材料成形更加困难。目前在国内，陶瓷的SLM成形还处在理论研究阶段，未见陶瓷材料激光熔融成形设备专利报道。本专利技术 申请人:之前提交的专利申请“一种激光熔融成形设备的铺粉装置”，为适应陶瓷材料从控制温度梯度方面对常规铺粉设备进行了改进，但没有考虑高温预热给成形设备整体带来的影响，如高温对基板及周围部件可能带来的氧化失效等，从而无法直 接运用于一般成形设备上。国外仅PHENIX公司生产的设备能够成形金属陶瓷材料，而带有高温预热的陶瓷SLM成形设备还未见报道。
技术实现思路
: 本专利技术的目的在于提供一种用于陶瓷材料选区激光熔融成形的设备，该装置能针对陶瓷材料进行激光熔融成形，其在待加工粉末区域底部设有感应加热装置，利用其加热及温控功能将粉末温度控制在适宜范围内，并利用配备的光纤激光发生器进行陶瓷材料的直接SLM成形。实现本专利技术目的的技术方案为:一种用于陶瓷材料选区激光熔融成形的设备，包括试验台架1、直线滚动导轨组合单元2、刮刀3、电动微调装置4、加料装置5、支架6、激光发生器7、动态聚焦系统8、振镜系统9、压力传感器10、成形加工舱11、抽气装置24、充气装置25、感应加热器17、工控机19和工作台面23 ;所述工作台面23设置在试验台架I上表面上，在工作台面23X向两边的外侧设置有2根平行对称分布的直线滚动导轨组合单元2，每个导轨组合单元上各有一个滑块，该滑块与直线滚动导轨组合单元2内部的滚珠丝杆固连，支架6两端底部分别与一个滑块相固连，且与滑块的移动方向相垂直；所述支架6的一侧固连有加料装置5，而在另一侧安装电动微调装置4，所述电动微调装置4的底端固定安装有刮刀3 ;所述成形加工舱11以试验台架I上表面为底面，四周及顶面以板材围成；在工作台面23中部的正下方安装感应加热器17，所述激光发生器7、动态聚焦系统8和振镜系统9固定安装在成形加工舱11顶面，振镜系统9输出端定位在工作台面23的正上方，其输入端通过光纤道路与动态聚焦系统8输出端相连，动态聚焦系统8的输入端则与激光发生器7连通；所述压力传感器10安装在成形加工舱11内表面；所述抽气装置24、充气装置25分别通过管道与成型加工舱11相通；工控机19分别与直线滚动导轨组合单元2、电动微调装置4、加料装置5、激光发生器7、动态聚焦系统8、振镜系统9、感应加热器17、抽气装置24和充气装置25相连。还包括隔热板20、压板21和过渡板22，所述隔热板20嵌在工作台面23的中部即成形工作区域且其上表面与工作台面23的上表面处于同一高度，压板21和过渡板22嵌在隔热板20的中部且其上表面均与隔热板20的上表面处于同一高度。所述试验台架I上表面开有漏孔，漏孔下对应安装粉料回收器16。加料装置5包括导槽B-1、活动挡板B-2、牵引电磁铁B_3和两个弹簧B_4，所述导槽B-1为倒梯形槽，导槽B-1底板设有开孔，且在靠近底板处水平插有活动挡板B-2，该活动挡板B-2横穿导槽B-1，活动挡板B-2上亦开有通孔，牵引电磁铁B-3安装在导槽B-1 —侧的支架6上，其牵引端用钢丝绳通过导向轮与活动挡板B-2相连，可牵引活动挡板B-2做Y向运动从而控制粉末供给；每个弹簧B-4X向水平安装在活动单板B-2、支架6之间，弹簧两端分别与活动单板B-2、支架6固连。在试验台架I的底部安装有4个滚轮地脚18。抽气装置24由抽气阀门12和真空泵13通过管道连接而成，抽气阀门12开启后，控制真空泵13对舱体内进行抽真空以降低氧气含量；充气装置25由充气阀门14和氩气供应装置15通过管道连接而成，充气阀门14开启后，氩气供应装置15进行氩气过填充以保证内部气压。电动微调装置4由Z向高度调节装置C-1和X向刮刀角度调整装置C-2组成；Z向高度调节装置C-1采用了西格玛光机精密微动平台，其粗调侧固连在支架6上，该安装面的上侧面与支架6上表面平齐；精调侧面安装有X向刮刀角度调整装置C-2 ； X向角度调整装置C-2下部连接刮刀3，X向刮刀角度调整装置C-2带动推动刮刀3转动以调整其角度，当调节到标准水平位置后，该X向角度调整装置C-2可自锁。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为:1)通过感应加热使成形基板具有较高的预热温度，降低激光辐照瞬间粉末熔融凝固形成的温度差，减少裂纹产生，提升成形件质量。2)成形加工舱通过抽气真空和充填氩气，使得成形工作空间具有气氛保护环境，能够防止基板及其它成形部件在长时间高温下氧化失效。3 )本专利技术通过控制刮刀的上下移动代替了常规成形设备加工区域的上下移动，使装置结构更加简单可行。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术总体结构的主视图。图2是本专利技术成形加工舱内的俯视图。图3是本专利技术自动漏粉装置三维图。图4是本专利技术刮刀调节装置三维图。图5是本专利技术直线滚动导轨组合装置三维图。 图6是本专利技术直线滚动导轨组合单元装置三维图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。结合图1和图2，本专利技术用于陶瓷材料的选区激光熔融成形设备，包括试验台架1，直线滚动导轨组合单元2，刮刀3，电动微调装置4，加料装置5，支架6，激光发生器7，动态聚焦系统8，振镜系统9，压力传感器10，成形加工舱11，抽气阀门12，真空泵13，充气阀门14，氩气供应装置15，粉料回收器16，感应加热器17，地脚滚轮18，工控机19，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于陶瓷材料选区激光熔融成形的设备，其特征在于：包括试验台架[1]、直线滚动导轨组合单元[2]、刮刀[3]、电动微调装置[4]、加料装置[5]、支架[6]、激光发生器[7]、动态聚焦系统[8]、振镜系统[9]、压力传感器[10]、成形加工舱[11]、抽气装置[24]、充气装置[25]、感应加热器[17]、工控机[19]和工作台面[23]；所述工作台面[23]设置在试验台架[1]上表面上，在工作台面[23]X向两边的外侧设置有2根平行对称分布的直线滚动导轨组合单元[2]，每个导轨组合单元上各有一个滑块，该滑块与直线滚动导轨组合单元[2]内部的滚珠丝杆固连，支架[6]两端底部分别与一个滑块相固连，且与滑块的移动方向相垂直；所述支架[6]的一侧固连有加料装置[5]，而在另一侧安装电动微调装置[4]，所述电动微调装置[4]的底端固定安装有刮刀[3]；所述成形加工舱[11]以试验台架[1]上表面为底面，四周及顶面以板材围成；在工作台面[23]中部的正下方安装感应加热器[17]，所述激光发生器[7]、动态聚焦系统[8]和振镜系统[9]固定安装在成形加工舱[11]顶面，振镜系统[9]输出端定位在工作台面[23]的正上方，其输入端通过光纤道路与动态聚焦系统[8]输出端相连，动态聚焦系统[8]的输入端则与激光发生器[7]连通；所述压力传感器[10]安装在成形加工舱[11]内表面；所述抽气装置[24]、充气装置[25]分别通过管道与成型加工舱[11]相通；工控机[19]分别与直线滚动导轨组合单元[2]、电动微调装置[4]、加料装置[5]、激光发生器[7]、动态聚焦系统[8]、振镜系统[9]、感应加热器[17]、抽气装置[24]和充气装置[25]相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文和，刘婷婷，张凯，李志伟，王超，崔袆赟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32