本发明专利技术涉及增材制造技术领域，公开了一种可调节式粉末床铺粉装置及其激光熔融方法。旨在解决现有技术中因为粉末量不够，不能实现工艺测试零件的打印作业，无法在单一设备上实现使用小批量粉末进行特定高度金属件的打印作业的技术问题。本发明专利技术包括激光光源、振镜模块、铺粉模块，铺粉模块包含供粉仓、成型仓、粉末回收仓、刮刀，供粉仓内安装可调节式供粉缸，成型仓内安装可调节式成型缸；可调节式供粉缸和/或可调节式成型缸均包括圆柱形/方形侧板、和得以在侧板内上下移动的底板，底板上设有升降调节组件。本发明专利技术实现小批量粉末的特定高度金属件的打印作业，以及小尺寸金属件的快速制造和降低后处理难度，极大提高打印效率，降低打印成本。印成本。印成本。
【技术实现步骤摘要】
可调节式粉末床铺粉装置及其激光熔融方法
[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种可调节式粉末床铺粉装置及其激光熔融方法。
技术介绍
[0002]近年来增材制造技术亦称3D打印技术的出现一定程度上颠覆了传统的加工方法，它是基于CA D模型的分层制造技术，可以制备具有任何复杂形状的零部件，并且具有较高的精度，一般无需后处理。
[0003]金属类的3D打印技术一般可以分为基于激光的选区激光熔化(Selective laser melting，SLM)、选区激光烧结(Selective laser sintering，SLS)、激光金属沉积(Laser metal deposition，LM D)和基于电子束的电子束熔融技术(Electron beam melting，EBM)。其中SLM技术使用激光为能量源，选择性地熔化粉末床区域实现金属增材制造，又称为粉末床激光熔融(laser power ben fusion，LPBF)技术。
[0004]金属粉末床激光熔融增材制造精密成形技术，除了具有传统增材制造设备集成度高、近净成形、材料利用率高(较模锻节材80％以上)、短流程、高柔度的技术特点和优势外，还在高精度、高致密度和高性能制备方面优势显著。但其成形过程对金属粉末的粒径分布、流动性、铺展性等性能提出更高的质量要求，对金属粉末床的单层铺粉层厚、铺粉均匀性控制提出更精准的控制要求，对成形过程中的激光光斑大小、激光功率、扫描速度、扫描间隔等激光工艺参数提出更持久、更稳定的性能要求。
[0005]目前的粉末床激光熔融设备，由激光光源、振镜模块、铺粉模块、软件控制系统等组成，其中铺粉模块包含供粉仓、成型仓、粉末回收仓、刮刀等组成，在打印过程中由电控系统控制供粉仓提供特定粉末量，通过刮刀进行粉末铺展，在成型仓区域形成均匀的粉末层，多余粉末进入粉末回收仓，铺展均匀的粉末层在激光熔融作用下进行金属打印作业。不同型号粉末床激光熔融设备的供粉仓和成型仓是固定大小的，需要特定量的粉末才能满足特定高度金属件的打印作业，而在工艺研发和测试期间经常出现因为粉末量不够，不能实现工艺测试零件的打印作业。如若采用同系列较小尺寸的打印设备进行工艺研发和测试，常出现因为设备本身的系统误差，如激光光源差异、振镜系统偏差等引起打印工艺包不能共用的现象。综上所述，如何在单一设备上实现使用小批量粉末进行特定高度金属件的打印作业，进一步完成金属材料打印工艺研发和测试，成为了快速拓展金属增材制造材料范围过程中亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]鉴于以上技术问题，本公开提供了一种可调节式粉末床铺粉装置及其激光熔融方法，解决了现有技术中因为粉末量不够，不能实现工艺测试零件的打印作业，而采用同系列较小尺寸的打印设备进行工艺研发和测试，常出现因为设备本身的系统误差，如激光光源差异、振镜系统偏差等引起打印工艺包不能共用的现象，导致无法在单一设备上实现使用
小批量粉末进行特定高度金属件的打印作业的技术问题。
[0007]根据本公开的一个方面，提供一种可调节式粉末床铺粉装置，包括激光光源、振镜模块、铺粉模块，所述铺粉模块包含供粉仓、成型仓、粉末回收仓、刮刀，所述供粉仓内安装可调节式供粉缸，所述成型仓内安装可调节式成型缸；
[0008]所述可调节式供粉缸和/或可调节式成型缸均包括圆柱形/方形侧板、和得以在侧板内上下移动的底板，所述底板上设有升降调节组件；
[0009]所述升降调节组件连接控制模块，所述控制模块包括运动控制单元和图像处理单元，所述运动控制单元的输入端连接图像处理单元，所述运动控制单元的输出端连接升降调节组件和刮刀；所述图像处理单元的输入端连接光学相机。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述升降调节组件包括剪式升降臂，所述剪式升降臂连接驱动电机的输出端，所述驱动电机的输入端连接控制模块，所述驱动电机设于底座上。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述升降调节组件包括限位组件和得以在所述限位组件上升降的移动组件；所述限位组件包括两两相应设置的限位板，所述限位板内侧设有棘槽，所述限位板上方设有翻板，所述翻板一端设有转轴；所述移动组件包括升降板，所述升降板至少一侧设有得以顶开翻板的定位块，所述升降板上设有水平槽道，所述水平槽道内通过电机固定部件安装升降板驱动电机，所述升降板驱动电机的输出端连接得以在棘槽内移动的扒块，所述升降板驱动电机的输入端连接控制模块。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述底板外部围设至少一个密封圈。
[0013]在本公开的一些实施例中，所述驱动电机包括无级变速电机。
[0014]在本公开的一些实施例中，还包括多个出风口，所述出风口处设置过滤器。
[0015]在本公开的一些实施例中，所述控制模块还包括气体控制单元，所述出风口处还设置气体传感器，所述气体传感器连接风速调节器，所述风速调节器连接气体控制模块的输出端。
[0016]根据本公开的另一个方面，提供一种可调节式粉末床激光熔融方法，使用上述的可调节式粉末床铺粉装置，包括如下步骤：
[0017](1)参数设定：对需要打印的模型进行切片处理，切片层厚为n，设定切片的填充、偏移和轮廓扫描参数，匹配对应的激光功率、扫描速度、扫描间隔；
[0018](2)计算粉末需求量：根据模型高度和打印平台尺寸计算粉末需求量，推导可知，可调节式成型缸体积V＝S2＊H，其中S2为可调节式成型缸底面积，H为模型高度；粉末需求量M2＝ρ＊V，ρ为粉末松装密度，V为可调节式成型缸体积；
[0019]可调节式供粉缸供粉量M1不小于η倍的可调节式成型缸粉末需求量M2，即M1≥η＊M2，其中η为供粉系数；
[0020](3)烘干粉末：根据打印模型和设备综合计算得到粉末质量M1后，在真空或惰性气氛保护环境下对金属粉末进行烘干，烘干时长与粉末质量成正比；
[0021](4)调平打印平台与刮刀：对打印平台进行调试，保证打印平台水平度；对刮刀进行调试，保证刮刀与打印平台的高度为n，对应切片层厚和铺粉层厚；
[0022](5)通入惰性气体：将烘干的金属粉末降温至室温，加入到铺粉装置中的可调节式供粉缸内部，通入惰性气体，气体传感器感应设备内氧含量，并发送至气体控制单元，气体控制单元根据设备内氧含量情况，控制风速调节器运转，直至设备主体所处环境的氧含量
在500ppm以下，准备打印；
[0023](6)铺粉及打印：打印过程中，刮刀光学相机定时拍摄获取粉末床的铺粉层图像，并发送至图像处理单元，图像处理单元进行信号处理，并反馈给运动控制单元，运动控制单元根据铺粉层情况，控制可调节式供粉缸内粉末的上升，运动控制单元控制刮刀由右向左进行铺粉，将可调节式供粉缸内粉末均匀铺展至打印基板上，粉末床在激光熔融作用下实现单层模型切片的打印；
[0024](7)取出零件：打印完成后，等待打印平台及零部件温度降至室温，释放设备主体惰性气体环境，取出零件。
[0025]在本公开的一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调节式粉末床铺粉装置，包括激光光源、振镜模块、铺粉模块，所述铺粉模块包含供粉仓、成型仓、粉末回收仓、刮刀，其特征在于：所述供粉仓内安装可调节式供粉缸，所述成型仓内安装可调节式成型缸；所述可调节式供粉缸和/或可调节式成型缸均包括圆柱形/方形侧板、和得以在侧板内上下移动的底板，所述底板上设有升降调节组件；所述升降调节组件连接控制模块，所述控制模块包括运动控制单元和图像处理单元，所述运动控制单元的输入端连接图像处理单元，所述运动控制单元的输出端连接升降调节组件和刮刀；所述图像处理单元的输入端连接光学相机。2.如权利要求1所述的可调节式粉末床铺粉装置，其特征在于：所述升降调节组件包括剪式升降臂，所述剪式升降臂连接驱动电机的输出端，所述驱动电机的输入端连接控制模块，所述驱动电机设于底座上。3.如权利要求1所述的可调节式粉末床铺粉装置，其特征在于：所述升降调节组件包括限位组件和得以在所述限位组件上升降的移动组件；所述限位组件包括两两相应设置的限位板，所述限位板内侧设有棘槽，所述限位板上方设有翻板，所述翻板一端设有转轴；所述移动组件包括升降板，所述升降板至少一侧设有得以顶开翻板的定位块，所述升降板上设有水平槽道，所述水平槽道内通过电机固定部件安装升降板驱动电机，所述升降板驱动电机的输出端连接得以在棘槽内移动的扒块，所述升降板驱动电机的输入端连接控制模块。4.如权利要求1所述的可调节式粉末床铺粉装置，其特征在于：还包括多个出风口，所述出风口处设置过滤器，所述底板外部围设至少一个密封圈，所述驱动电机包括无级变速电机。5.如权利要求4所述的可调节式粉末床铺粉装置，其特征在于：所述控制模块还包括气体控制单元，所述出风口处还设置气体传感器，所述气体传感器连接风速调节器，所述风速调节器连接气体控制模块的输出端。6.一种可调节式粉末床激光熔融方法，使用如权利要求1所述的可调节式粉末床铺粉装置，其特征在于，包括如下步骤：(1)参数设定：对需要打印的模型进行切片处理，切片层厚为n，设定切片的填充、偏移和轮廓扫描参数，匹配对应的激光功率、扫描速度、扫描间隔；(2)计算粉末需求量：根据模型高度和打印平台尺寸计算粉末需求量，推导可知，可调节式成型缸体积V＝S2＊H，其中S2为可调节式成型缸底面积，H为模型高度；粉末需求量M2＝ρ＊V，ρ为粉末松装密度，V为可调节式成型缸体积；可调节式供粉缸供粉量M1不小于η倍的可调节式成型缸粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：王淼辉，李成杰，张平，范斌，葛学元，王祥龙，
申请(专利权)人：中机新材料研究院郑州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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