[發明專利]粉末材料激光燒結成形裝置

有效

• 申請號: 201610577575.9
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN106041080B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 白培康;趙占勇;李玉新;劉斌;王建宏;劉增祿
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C64/393;B29C64/153;C04B35/64;B29C64/295;B29C64/371;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙)14109
• 代理人: 趙宏偉

技術領域

本發明涉及一種粉末材料激光燒結成形裝置，屬于3D打印增材制造技術領域。

背景技術

近年來，3D打印技術以其獨特的優勢在學術界、產業界掀起了一股3D打印熱潮。3D打印是根據三維模型，以高分子塑料、光敏樹脂、金屬粉末、覆膜粉體等材料為原料，通過逐層疊加材料的原理來實現三維模型的制造，集CAD，機械自動化等技術于一體，具有快速性、高柔性、高效性等特點，特別適合于制造小批量的復雜結構模型，其產品己在汽車制造、航空航天等領域有所應用。

選擇性激光燒結（SLS）技術屬于3D打印技術的一種，SLS是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。

其整個工藝過程為：工作時粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸上均勻鋪上一層，計算機根據原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。燒結完成一層后，成型缸活塞下降一個層厚，鋪粉系統鋪上新粉，控制激光束再掃描燒結新層。如此循環往復，層層疊加，直到三維零件成型。SLS成形突出的優點在于它所使用的成形材料廣泛，目前，可成功進行SLS成形加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末等及其復合粉末材料。由于SLS成形材料品種多、用料節省、成形件性能優良、以及SLS成形無需支撐，所以SLS的應用越來越廣泛。

目前SLS成形過程中，仍存在以下問題需要解決：①鋪粉質量難以監測。鋪粉好壞對成形件質量具有重要影響，當鋪粉不均時，容易引起成形件內部缺陷，從而降低產品質量，甚至出現廢品。

②成形過程中成形件是否發生翹曲變形難以監測，成形過程中，當零件發生翹曲變形時，如果不能及時發現，及時調整工藝參數，將會使變形程度越來越嚴重，從而導致成形失敗。

③成形粉末預熱不均勻、預熱溫度精度低，在鋪粉過程中對粉末的預熱主要有兩個熱源，一是成形件本身對所鋪粉末的預熱，二是預熱系統對粉末的預熱。由于成形件尺寸不同，不同部位溫度分布不同，對所鋪粉末的預熱不均勻。同時預熱系統難以補償由于成形件本身對所鋪粉末引起的預熱不均，因此最終導致成形粉末預熱不均，預熱溫度控制精度不夠，從而影響成形件質量，更有甚者難以成形。

④成形腔內氣體保護系統進氣不均勻，成形過程中，有些粉末需要進行氣體保護防止氧化，然而SLS成形過程中，如果成形腔中保護氣分布不均勻，將會使成形件發生氧化，從而影響成形件質量。

⑤由于存在以上問題，一臺設備難以成形不同的粉末。例如尼龍對粉末預熱溫度控制精度要求非常嚴格，就需要高精度的預熱系統；有些粉末成形過程中需要進行氣體保護，防止成形件氧化，就需要安裝氣體保護系統。目前開發的SLS成形設備主要是針對特定的成形粉末，難以滿足多種不同的粉末成形。

發明內容

為解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種操作簡單，鋪粉效率高，鋪粉效果好，適用范圍廣的粉末材料激光燒結成形裝置。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為粉末材料激光燒結成形裝置，包括成型腔體，所述成型腔體下部設置有集料缸、成型缸和供粉缸，所述成型缸位于集料缸和供粉缸之間，所述集料缸、成型缸和供粉缸內均設置有液壓油缸，所述液壓油缸的活塞桿上設置有推料擋板，所述成型腔體的中部設置有鋪粉滑軌，滾筒架滑動安裝在鋪粉滑軌上，所述滾筒架上安裝有鋪粉滾筒，鋪粉滾筒的一側設置有滾筒驅動電機，所述滾筒架上還設置有滾筒架絲杠，所述滾筒架絲杠的端部設置有滾筒架驅動電機，所述成型腔體上部設置有預熱導軌，預熱殼體通過預熱支架滑動安裝在預熱導軌上，所述預熱殼體內設置有預熱棒，預熱殼體外設置有紅外測溫儀，且預熱殼體內壁設置有反光板，所述成型腔體的頂部設置有激光掃描系統，所述成型腔體側壁上設置有進排氣裝置，所述液壓油缸、滾筒架驅動電機、預熱棒、紅外測溫儀和激光掃描系統均與主控系統相連接。

優選的，所述進排氣裝置主要由設置在成型腔體側壁上的多個進氣罩和排氣裝置，所述進氣罩、排氣裝置均通過進氣管道、排氣管道與氣體循環裝置相連接，氧氣傳感器安裝在成型腔體的內壁上，所述進氣循環裝置、氧氣傳感器與主控系統相連接。

優選的，所述鋪粉滾筒內設置有鋪粉加熱棒和鋪粉測溫電偶，滾筒架的兩側分別設置有紅外線發射裝置和紅外線接收裝置，所述鋪粉加熱棒、鋪粉測溫電偶、紅外線發射裝置和紅外線接收裝置均與主控系統相連接。