[發明專利]一種用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置及實施方法

有效

• 申請號: 201810412143.1
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108327257B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 姜勝強;葉一璇;段春艷
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B29C64/153
• 分類號: B29C64/153;B29C64/20;B22F3/105;B28B1/00;B33Y30/00
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本發明公開了一種用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置及實施方法，其特征在于包括鋪粉輥筒、纖維輥筒和外殼，鋪粉輥筒和纖維輥筒分別布置于工作臺兩側，纖維輥筒安裝于所述外殼中。其實施方法是：工作時，用于燒結的粉末材料和纖維分開鋪設，首先鋪粉輥筒在工作平面上鋪設一層粉末，隨后通過纖維輥筒和外殼的共同作用，在鋪好的粉末層上鋪設定向排布的纖維并進行燒結，重復上述步驟，直至所有的燒結層均完成燒結。本發明結構簡單，與現有技術在燒結粉末中混雜無序的纖維相比，本發明能有效的控制纖維在試樣燒結層中按照設計方向排布，有效的解決目前纖維復合粉末材料燒結試樣各向異性的問題。

技術領域

本發明屬于選擇性激光燒結領域，具體涉及一種用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置及實施方法。

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：首先建立目標零件的計算機三維模型，然后用分層軟件對三維模型進行切片分割，計算機控制激光束根據切片層面數據信息對預熱過的可熱熔的粉末材料逐層掃描燒結，直到完成最后截面層的掃描成形完畢為止。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，正在受到越來越廣泛的重視。

目前SLS技術選材較為廣泛，包括：高分子材料、金屬、陶瓷粉末、覆膜砂等。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，進而表現在制件的力學性能上具有各向異性，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選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置及實施方法。

本發明專利采用的技術方案是提供一種用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置，其特征在于包括鋪粉輥筒、纖維輥筒和外殼；鋪粉輥筒和纖維輥筒分別布置于工作臺兩側，纖維輥筒安裝于所述外殼中，與所述外殼間隙配合。

上述的用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向排布的輥筒裝置中，所述纖維輥筒（7）包括內筒（71）和外筒（72），內筒（71）和外筒（72）之間為間隙配合，且纖維輥筒（7）的轉速可調；

所述內筒（71）表面開設有多排大小相同的矩形孔，每排矩形孔有三種方向，分別為矩形孔的長邊與內筒（71）端面呈0°、45°和-45°夾角，且每排不同方向的矩形孔在內筒（71）表面沿軸線方向依次順序循環排布，不同排之間的相同方向的矩形孔沿圓周方向對齊；

所述外筒（72）表面開設有多排大小相同矩形孔，設置有三種方向，分別為矩形孔的長邊與外筒（72）端面呈0°、45°和-45°夾角，每排矩形孔的方向相同，相鄰排矩形孔的方向不同且沿圓周方向依次錯開；

所述內筒（71）表面的矩形孔長度應大于纖維的最大長度，矩形孔寬度應小于纖維的最小長度；所述內筒（71）表面的矩形孔與所述外筒（72）表面的矩形孔大小相同；

所述外殼（8）底部開設有導槽（81），導槽（81）的寬度為所述矩形孔長度的1.1~1.5倍。

一種用于選擇性激光燒結鋪粉中纖維定向的實施方法，具體步驟如下：

（a）在送粉缸（5）中預設粉末材料（4），內筒（71）中預設纖維（9）；

（b）首先通過鋪粉輥筒（3）在工作平面（10）上鋪設一層粉層，隨后轉動纖維輥筒（7）的外筒（72），使外筒（72）上某一方向的矩形孔與內筒（71）表面同一方向的矩形孔重合，然后內筒（71）和外筒（72）在外殼（8）中同步轉動，并隨外殼（8）一起平移，在鋪設好的粉層上鋪設定向排布的纖維，并進行激光燒結；