一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备与成形方法技术

本发明专利技术提供了一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备与成形方法。针对激光选区熔化设备虽然可以成形复杂结构金属构件，但无法成形梯度材料结构，进而限制了梯度材料构件一体化成形的技术难题。本发明专利技术创造性地采用离散的成形平台，设计了多个成形分平台组合成整个成形空间，每个成形分平台单独控制，可实现构件成形层所在分成形平台的升降。实现金属材料梯度材料构件无支撑一体化成形，可以满足复杂构件的材料和结构的一体成型要求，也提高了生产效率。同时，本发明专利技术设计的离散成形平台可节约金属粉末材料，进一步降低了生产成本。进一步降低了生产成本。进一步降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备与成形方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备与成形方法。

技术介绍

[0002]选择性激光熔融(SLM)技术最早于1995年提出，是一种利用金属粉末在激光束的热作用下快速熔化、快速凝固的技术。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。SLM技术克服了传统技术制造具有复杂形状的金属零件带来的困扰。它能直接成型出近乎全致密且力学性能良好的金属零件。但是现有的激光选区熔化设备在成形复杂结构件时往往需要支撑部件；而且成形零件时，需要远远大于零件体积的大量的金属粉末，造成金属粉末的浪费。

技术实现思路

[0003]针对现有激光选区熔化设备虽然可以成形复杂结构金属构件，但无法成形梯度材料结构，这一点限制了梯度材料构件一体化成形的行业难题。本专利技术创造性地采用离散的成形平台，设计了多个成形分平台组合成整个成形空间，每个成形分平台单独控制，可实现构件成形层所在分成形平台的升降。通过成形平台的设计和自动换打印材料的设计，实现金属材料梯度材料构件无支撑一体化成形，打破了现有增材制造技术中的一项难题，解决了特殊复杂构件的材料和结构成形难题，同时也提高了生产效率。本专利技术创造性设计的离散成形平台的设计节约金属粉末材料，进一步降低了生产成本。
[0004]一方面，本专利技术提供了一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备，包括激光器、振镜和控制系统，所述激光选区熔化设备还包括离散成形平台、刮刀、收粉仓、给粉仓。
[0005]进一步，所述离散成形平台位于激光器的下方，由分平台构成，所述分平台之间紧密结合，防止材料粉末漏出。
[0006]进一步，所述收粉仓和所述给粉仓的仓口面和所述离散成形平台上表面位于同一平面；收粉仓的作用是成形构件时将刮刀刮过来多余的粉末收集起来，避免造成粉末材料的浪费。
[0007]进一步，所述刮刀位于所述离散成形平台上方，沿所述离散成形平台的X轴方向前后移动，沿所述离散成形平台的Y轴方向上下调节高度。
[0008]进一步，所述离散成形平台的上部设有运动机械手，所述运动机械手的抓手与所述收粉仓和给粉仓均匹配。多个分平台组合成整个成形空间，形成离散的成形平台，每个分平台单独控制，可实现构件成形层所在分成形平台的升降。
[0009]进一步，所述离散成形平台包含至少2个分平台，每个所述分平台均可由所述控制系统控制进行单独运动，每个分平台均由伺服电机通过丝杠单独控制。
[0010]进一步，所述分平台的形状为规则形状或不规则形状，优选为矩形、棱形、正六边
形或三角形，所述分平台之间的间隙小于0.5μm。
[0011]进一步，所述离散成形平台包含80～100个分平台，每个所述分平台均为矩形；每个所述分平台的长和宽均为0.05～100mm，优选0.5～10mm。
[0012]进一步，所述分平台的运动精度为0.05～1mm。
[0013]进一步，所述给粉仓底部由给粉丝杠驱动，所述给粉仓与所述收粉仓均有替换给粉仓和备用收粉仓。
[0014]进一步，所述给粉仓侧面设有替换给粉仓，所述收粉仓侧面设有备用收粉仓，所述替换给粉仓和所述备用收粉仓不做固定连接。替换给粉仓中的粉均匀刮到成型平台上，并将多余的粉末材料刮到收粉仓完成粉末的回收。替换给粉仓与给粉平台分离设计，即给粉平台的升降机构与给粉仓之间无固定设计，以此实现给粉仓可实时更换。备用给粉仓，用来盛装不同粉末材料。备用收粉仓，实现多种粉末材料的回收。
[0015]进一步，所述机械手的抓手与所述替换给粉仓和备用收粉仓匹配，所述机械手由气动机构控制，所述机械手对所述收粉仓、所述替换给粉仓、所述给粉仓以及所述备用收粉仓进行抓取与移动，所述气动机构与所述控制系统电性连接。机械手可收缩并进行二维运动，作用是当需要成形梯度材料，也就是需要更换粉末材料时，装有不同粉末的备用给粉仓换到给粉平台上，同时换用备用收粉仓，避免不同粉末混合造成浪费。
[0016]进一步，所述刮刀通过电机驱动刮刀驱动皮带进行传动刮粉，所述电机与所述控制系统电性连接。
[0017]传统设备的成形平台只能整体下降一个层厚，并用刮刀将粉末刮到整个成形平台上以实现当前层零件的激光选熔化成形，这样既造成未熔化成形平台铺粉的浪费，当零件无法自支撑时又需要打印支撑。离散成形平台的设计可通过软件的控制实现零件切片截面所在分平台的下降，刮刀铺粉时只需要将粉铺在零件切片截面所在分平台即可，既节省了原材料粉末，也实现了无支撑成形。
[0018]梯度材料的成形是通过机械手实现，当需要更换粉末材料时，将当前给粉仓用软件控制机械手换成备用给粉仓，并将收粉仓换成备用收粉仓。此设计可以增加备用给粉仓与收粉仓实现3种以上材料的梯度成型。
[0019]另一方面，本专利技术提供了一种无支撑成形材料的成形方法，所述成形方法采用上述的激光选区熔化设备，所述成形方法具体包括如下步骤：
[0020]步骤1)、设计好零件的三维模型，然后将对应的切片软件导入所述控制系统；
[0021]步骤2)、确定所述离散成形平台中零件每个切片所要下降的具体的所述分平台以及需要更换材料时的层数；
[0022]步骤3)、将所述零件的所有切片对应所要下降所述分平台的控制程序导入所述控制系统中，当需要更换材料层数时，设置延时打印，并设置所述替换给粉仓与所述备用收粉仓的的更换程序；
[0023]步骤4)、开始打印，首先打印零件第一层，选中所述离散成形平台中切片所在的所述分平台，并使其下降一个层厚，然后所述给粉仓中的粉末材料被所述给粉丝杠向上推动一个层厚，初始位置所述刮刀将推上来的粉末材料通过所述刮刀驱动皮带将粉末材料刮到所述离散成形平台上，并将多余的粉刮到所述收粉仓中，刮粉后所述刮刀仍回到初始位置；
[0024]步骤5)、完成步骤4)后，启动所述激光器完成零件第一层的打印；
[0025]步骤6)、重复步骤4)和5)，至需要更换材料时，启动延时程序，控制位于初始位置的料所述机械手移动，将所述给粉仓换成所述替换给粉仓，并将所述收粉仓换为所述备用收粉仓，完成上述过程后，所述机械手回到初始位置；
[0026]步骤7)、重复步骤4)、5)、6)，直至完成整个零件的打印；
[0027]步骤8)、待已成形的零件冷却至室温，取出已成型的零件。
[0028]本专利技术的有益效果：提供了一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备和成形方法，实现了梯度材料构件一体化成形，打破了现有3D打印技术中的一项难题，解决了特殊构件的材料和结构要求，同时也提高了生产效率。
[0029]本专利技术通过机械手以及给粉仓与给粉机构的分离设计，可实现多种材料的零件梯度成形，需要成形不同材料时，机械手将当前使用给粉仓更换为下一层成形材料所在的备用给粉仓，并更换新的收粉仓。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无支撑成形材料的激光选区熔化设备，包括激光器、振镜和控制系统，其特征在于，所述激光选区熔化设备还包括离散成形平台、刮刀、收粉仓、给粉仓；所述离散成形平台位于激光器的下方，由分平台构成，所述分平台之间紧密结合；所述收粉仓和所述给粉仓的仓口面和所述离散成形平台上表面位于同一平面；所述刮刀位于所述离散成形平台上方，沿所述离散成形平台的X轴方向水平移动，沿所述离散成形平台的Y轴方向上下调节高度；所述离散成形平台的上部设有运动机械手，所述机械手的抓手与所述收粉仓和给粉仓均匹配。2.根据权利要求1所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述离散成形平台包含至少2个分平台，每个所述分平台均可由所述控制系统控制进行单独运动，每个分平台均由伺服电机通过丝杠单独控制。3.根据权利要求2所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述分平台的形状为规则形状或不规则形状，优选为矩形、棱形、正六边形或三角形，所述分平台之间的间隙小于0.5μm。4.根据权利要求2所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述离散成形平台包含80～100个分平台，每个所述分平台均为矩形；每个所述分平台的长和宽均为0.05～100mm，优选0.5～10mm。5.根据权利要求2所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述分平台的运动精度为0.05～1mm。6.根据权利要求1～5任一所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述给粉仓底部由给粉丝杠驱动，所述给粉仓与所述收粉仓均有替换给粉仓和备用收粉仓。7.根据权利要求6所述的无支撑成形材料的激光选区熔化设备，其特征在于，所述给粉仓侧面设有替换给粉仓，所述收粉仓侧面设有备用收粉仓，所述替换给粉仓和所述备用收粉仓不做固定连接。8.根据权利要求7所述的无支撑成形材料的激光选区...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦亚洲，王康，刘钊，
申请(专利权)人：亚洲新材料北京有限公司，
类型：发明
国别省市：