一种增材制造动态铺粉系统技术方案

本发明专利技术提供了一种增材制造动态铺粉系统，可实现送粉及铺粉装置的小型化，且能够实现按需定量供给粉末。该增材制造动态铺粉系统包括粉缸、送粉管路、铺粉装置、局部粉床防护罩和导向运动机构；粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配，粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距；铺粉装置的缓冲仓固定于局部粉床防护罩的前侧面并靠近下端面；导向运动机构用于根据工艺指令，在完成局部粉床防护罩处对应的局部铺粉以及局部铺粉区域的激光加工后带动局部粉床防护罩和铺粉装置按照预定的轨迹同步运行至下一局部铺粉区域。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造动态铺粉系统
本专利技术属于增材制造
，涉及一种增材制造工艺所需的铺粉系统，尤其适用于加工大尺寸复杂构件。
技术介绍
增材制造(Additivemanufacturing，AM)，又被称为“3D打印”，是以数字CAD模型数据为基础，采用类似数学积分的叠加法制造原理，将三维实体的制造降阶为二维截面逐点逐层累制造的方法，实现了三维零件的降维成形，不受形状复杂程度的限制，能够实现任意复杂形状零件的快速、优质、高效、经济、全智能化和全柔性化制造。增材制造是先进制造业的重要组成部分，是近三十年来迅速发展起来的高端数字化制造技术，相对于传统的等材制造(制造过程中ΔM＝0，铸造、锻造等)，减材制造(ΔM<0，车铣刨磨钻等)，是一种“自下而上”的材料累加成形的制造方法，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，改变了传统制造的理念和模式。金属增材制造是最前沿和最有潜力的增材制造技术，是先进制造技术的重要发展方向。金属增材制造技术中激光选区熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)和激光近净成形技术(LaserEngineeredNetShaping,LENS)，近年来得到了快速发展。SLM工艺由于粉末可以起到自支撑作用，可以成形任意复杂的金属构件，但是可成形的零件尺寸较小(一般小于500mm)。而LENS工艺，光斑直径大，可以成形大型构件，但成形件的精度较低，且很难成直接成形复杂的金属构件。工艺熔融沉积制造技术(FusedDepositionModeling,FDM)是发展最为成熟的非金属增材制造技术之一，其最大的特点在于成本低，效率高，但精度较低、成形速度相对较慢，不适合构建大尺寸复杂零件。制造大尺寸金属构件是SLM技术长期很难突破的技术瓶颈，这是由于SLM逐层累计铺粉的工艺特点决定了成形缸体的尺寸一定要大于成形零件的截面尺寸，无论成形多大的零件，都需要逐层铺粉激光扫描成形。目前，德国EOS、弗朗霍夫研究院、SLMSolution、Conceptlaser等以及国内华中科技大学、苏州西帝摩等单位，通过采用多光束拼接方式，相继开发的成形尺寸在500mm或略大的SLM装备，但是对于更大尺寸的零件却束手无策。传统的上落粉和下送粉式的结构设计，需要存储大量粉末，决定了送粉及铺粉装置尺寸较大，不但增加了功耗，而且也难免造成浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有增材制造工艺中铺粉系统需要存储大量粉末导致装置体积较大等问题，提供了一种增材制造动态铺粉系统，可实现送粉及铺粉装置的小型化，且能够实现按需定量供给粉末。本专利技术的技术方案如下：该增材制造动态铺粉系统，包括粉缸、送粉管路和铺粉装置，有别于现有技术的是：还包括局部粉床防护罩和导向运动机构；所述粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配；对应于所需成形零件截面的两侧，记粉缸的两个侧壁分别为第一侧壁和第二侧壁；则第一侧壁与第二侧壁在水平方向上最终闭合形成粉缸的截面轮廓；粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距，满足局部粉床防护罩能够直接架设于粉缸第一侧壁和第二侧壁的上表面；铺粉装置包括缓冲仓以及刮刀，所述缓冲仓固定于局部粉床防护罩的前侧面并靠近下端面，所述送粉管路通入缓冲仓，缓冲仓下端设置有对应于所述铺粉区域的出粉口，刮刀固定于缓冲仓的下部，刮刀的工作面与局部粉床防护罩的下端面(相当于粉缸上表面)平齐或略低于局部粉床防护罩的下端面(“略低于”，相当于铺粉形成的粉床略低于粉缸上表面，可避免“平齐”时部分粉末被刮刀扫至粉缸外部)；所述导向运动机构用于根据工艺指令，在完成局部粉床防护罩处对应的局部铺粉以及局部铺粉区域的激光加工后带动局部粉床防护罩和铺粉装置按照预定的轨迹同步运行至下一局部铺粉区域。基于以上方案，本专利技术还进一步作了如下优化：导向运动机构在三维方向上均安装有精密光栅尺，为导向运动提供闭环反馈，以保证运行的定位精度和重复定位精度。为了更好地适应于复杂零件轮廓所决定的粉缸截面形态，可配置多种尺寸的刮刀，刮刀以可拆卸方式安装固定于缓冲仓的下部。在粉缸外围还配置有粉末回收装置，用于及时将未熔化的粉末吸走。对于激光打印来说，可在局部粉床防护罩的上端面设置对应于上方激光打印光路系统的通光区域。可以对局部粉床防护罩内作专门的局部气氛保护，在局部粉床防护罩前、后侧的上部设置进气管和出气管，所述进气管用于向局部粉床防护罩内的铺粉区域通入惰性气体，并与出气管构成循环管路。进一步的，局部粉床防护罩前、后侧的内壁分别设置有科恩达腔体，科恩达腔体的进气口相应设置于局部粉床防护罩前、后侧面的上部，导气细缝位于局部粉床防护罩下端面；前、后两个科恩达腔体之间的区域为局部粉床防护罩内的铺粉区域；科恩达腔体与第一侧壁和第二侧壁的外边缘保持间距以留出烟尘气流通道。局部粉床防护罩的顶部还可设置吹气斜孔，用于通入惰性气体。局部粉床防护罩的下部的左、右侧面设置有用于排出烟尘的通道。进一步的，所述用于排出烟尘的通道具体为分别设置于局部粉床防护罩下部左、右侧面的多孔进气口、多孔出气口，其中多孔进气口用于通入惰性气体，多孔出气口接有抽气装置从而利用负压排出烟尘。以上所述“前”、“后”、“左”、“右”是为了区分相对方位，以实际工作时激光打印光路系统以及局部粉床防护罩的行进方向作为“前方”，从而给出以上相对方位。本专利技术具有以下有益效果：1、通过设计与所需成形件的界面轮廓尺寸相匹配的粉缸，粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域，局部粉床防护罩直接架设于粉缸第一侧壁和第二侧壁的上表面，沿粉缸确定的轨迹动态铺粉以备打印，实现了送粉及铺粉装置的小型化，也极大地节省了粉末用量，突破了SLM制造大尺寸复杂零件的尺寸极限。2、实现了同步送粉、铺粉。局部铺粉完成后，在局部粉床表面进行及时成形，铺粉过程不需要回收多余的粉末，可以连续随动铺粉，突破了传统的上落粉和下送粉式的结构设计，铺粉过程不需要存储大量粉末，而是可以通过实时外部送粉，极大的简化了送粉及铺粉装置的结构，降低了运行功耗，同时还可以实现对粉末的循环使用。成形所需要的金属粉末根据铺粉用量源源不断的输送到局部铺粉区域，按需定量供给。3、粉缸的成形对工艺精度要求不高，可采用多种技术(如CMT、LENS、FDM等)实现，充分发挥各种增材制造技术的优势。4、通过对局部粉床防护罩设计局部气体保护，可避免额外设置大型的封闭腔室，一定程度上节省了成形过程所消耗的Ar，节省了成本。尤其采用科恩达腔体，通过向科恩达腔体内通入气体(可以是氩气，也可以是空气)，气体沿科恩达表面导流过程中，产生负压作用，一方面将局部粉床防护罩内部产生的烟尘快速吸走，另一方面由于在科恩达导流板的作用下形成惰性“气幕”，周围的空气无法进入局部粉床防护罩，也起到了对成形过程的气氛保护作用。5、通过在局部粉床防护罩顶部玻璃通光区域周围设置吹气斜孔，惰性保护气体经由吹气斜孔进入局部粉床防护罩过程中，可以产生涡流，防止SLM成形过程中产生的烟尘在通光玻璃上沉积(对激光产生遮蔽)；同时，由于经该吹气斜孔形成的气流并不是正对着粉床表面，对铺粉过程和粉床不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造动态铺粉系统，包括粉缸、送粉管路和铺粉装置，其特征在于：还包括局部粉床防护罩和导向运动机构；所述粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配；对应于所需成形零件截面的两侧，记粉缸的两个侧壁分别为第一侧壁和第二侧壁；则第一侧壁与第二侧壁在水平方向上最终闭合形成粉缸的截面轮廓；粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距，满足局部粉床防护罩能够直接架设于粉缸第一侧壁和第二侧壁的上表面；铺粉装置包括缓冲仓以及刮刀，所述缓冲仓固定于局部粉床防护罩的前侧面并靠近下端面，所述送粉管路通入缓冲仓，缓冲仓下端设置有对应于所述铺粉区域的出粉口，刮刀固定于缓冲仓的下部，刮刀的工作面与局部粉床防护罩的下端面平齐或略低于局部粉床防护罩的下端面；所述导向运动机构用于根据工艺指令，在完成局部粉床防护罩处对应的局部铺粉以及局部铺粉区域的激光加工后带动局部粉床防护罩和铺粉装置按照预定的轨迹同步运行至下一局部铺粉区域。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造动态铺粉系统，包括粉缸、送粉管路和铺粉装置，其特征在于：还包括局部粉床防护罩和导向运动机构；所述粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配；对应于所需成形零件截面的两侧，记粉缸的两个侧壁分别为第一侧壁和第二侧壁；则第一侧壁与第二侧壁在水平方向上最终闭合形成粉缸的截面轮廓；粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距，满足局部粉床防护罩能够直接架设于粉缸第一侧壁和第二侧壁的上表面；铺粉装置包括缓冲仓以及刮刀，所述缓冲仓固定于局部粉床防护罩的前侧面并靠近下端面，所述送粉管路通入缓冲仓，缓冲仓下端设置有对应于所述铺粉区域的出粉口，刮刀固定于缓冲仓的下部，刮刀的工作面与局部粉床防护罩的下端面平齐或略低于局部粉床防护罩的下端面；所述导向运动机构用于根据工艺指令，在完成局部粉床防护罩处对应的局部铺粉以及局部铺粉区域的激光加工后带动局部粉床防护罩和铺粉装置按照预定的轨迹同步运行至下一局部铺粉区域。2.根据权利要求1所述的增材制造动态铺粉系统，其特征在于：导向运动机构在三维方向上均安装有精密光栅尺，为导向运动提供闭环反馈，以保证运行的定位精度和重复定位精度。3.根据权利要求1所述的增材制造动态铺粉系统，其特征在于：配置有多种尺寸的刮刀，刮刀以可拆卸方式安装固定于缓冲仓的下部。4.根据权利要求1所述的增材制造动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢秉恒，陈祯，张丽娟，魏培，张树哲，邹亚桐，王博文，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61