[發明專利]一種用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置及實施方法

有效

• 申請號: 201610354604.5
• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN105904732B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 姜勝強;張黎;葉一璇;譚援強;劉思思;胡聰芳;高偉
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B29C64/321
• 分類號: B29C64/321;B33Y40/00;B33Y10/00;B33Y70/00
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技術領域

本發明屬于選擇性激光燒結領域，具體涉及一種用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置及實施方法。

背景技術

選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering，簡稱SLS）是目前被廣泛應用的快速成型技術，其成型工藝原理是：加工時，首先將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后在滾筒的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇的燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余的粉末，則得到打印好的零件。該技術有著制造工藝簡單，柔性度高，材料選擇范圍廣、利用率高，成本低，成型速度快等特點，受到越來越廣泛的重視。

目前SLS技術選材較為廣泛，包括：尼龍、蠟、ABS、樹脂裹覆砂、聚碳酸脂、金屬和陶瓷粉末等。以應用最廣泛的尼龍粉末材料為例，經過激光燒結以后，成型件的強度較低，主要原因是其質地疏松、密度較低。為改善成型件的強度，研究者采用粉末中加入線狀纖維等增強體來提高成型件的強度。但現有技術和方法尚不能有效控制纖維材料在粉末中的取向排布。如附圖1所示，在滾筒的水平運動作用下，纖維被逐漸的在鋪粉層中鋪平，且導致大部分的纖維取向沿滾筒水平運動方向排布，而其他方法的纖維取向分布則較少，從而直接導致了燒結后的試樣在滾筒水平運動方向的力學性能最好，并遠大于其他方向的力學性能，從而限制了纖維增強材料在選擇性激光燒結中的進一步應用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置及實施方法。

本發明專利采用的技術方案是：一種用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置，其特征在于，包括鋪粉滾筒、水平托架、多級梳狀纖維導向桿和旋轉平臺；所述多級梳狀纖維導向桿固定在所述水平托架上并與所述鋪粉滾筒相鄰；所述旋轉平臺布置在成型缸內。

上述的用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置中，所述多級梳狀纖維導向桿分為三級，均包括導向片和連接桿：第一級梳狀纖維導向桿中所述導向片之間的間距大約為20倍平均纖維直徑并固定在所述連接桿上；第二級梳狀纖維導向桿中所述導向片之間的間距大約為10倍平均纖維直徑并固定在所述連接桿上；第三級梳狀纖維導向桿中所述導向片之間的間距大約為5倍平均纖維直徑并固定在所述連接桿上。

上述的用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置中，所述水平托架在所述鋪粉滾筒的移動作用下沿托架導軌水平運動，水平托架上設置有三個方形孔，用來裝配所述多級梳狀纖維導向桿，并通過緊定螺釘定位。

上述的用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置中，所述旋轉平臺布置在成型缸內，旋轉平臺通過電機帶動蝸輪蝸桿機構進行轉動；其中，所述蝸輪蝸桿機構的蝸輪與所述旋轉平臺的頂桿通過花鍵副連接，蝸桿與所述電機主軸連接。

一種用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向導向的實施方法，具體步驟如下：

（1）在送粉缸中預先鋪設纖維復合粉末，將復合粉末頂出，在鋪粉時，通過梳狀纖維導向桿和鋪粉滾筒的共同作用，有效的引導纖維沿鋪粉滾筒移動的方向排布；

（2）在燒結一層后，電機驅動成型缸正下方的蝸輪蝸桿機構帶動旋轉平臺轉動，同時旋轉平臺帶動燒結試樣轉動某一角度，再次鋪粉，然后旋轉平臺復位，實現將燒結粉末中的纖維成不同方向有序排列，進行下一層燒結；

（3）不斷重復步驟（2），直至所有層均完成燒結，最終獲得燒結試樣。

附圖說明

圖1為現有技術的纖維取向分布示意圖。

圖2為本發明裝置的結構示意圖。

圖3為圖2中多級梳狀纖維導向桿的結構示意圖。

圖4為圖2中旋轉平臺及蝸輪蝸桿機構的結構示意圖。

具體實施方式

參見圖2，本發明公開的用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向的導向裝置主要由鋪粉滾筒4、水平托架3、托架導軌13、多級梳狀纖維導向桿（第一級梳狀纖維導向桿7、第二級梳狀纖維導向桿6、第三級梳狀纖維導向桿5）、旋轉平臺9、蝸輪蝸桿機構10和電機11構成。

參見圖2、圖3和圖4，本發明的用于纖維復合粉末選擇性激光燒結中纖維取向導向的實施方法，具體如下：