[發明專利]一種基于旋轉鋪粉機制的激光粉床熔化成形裝置

有效

• 申請號: 202210277363.4
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114682806B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 馬成龍;武美萍;彭鑫;王全龍;繆小進
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B22F12/67
• 分類號: B22F12/67;B22F12/70;B22F12/30;B22F10/28;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 沈鑫

本發明公開了一種基于旋轉鋪粉機制的激光粉床熔化成形裝置，包括成型組件，其包括柱形主體，柱形主體上端設置有成型槽、粉料槽，成型槽與粉料槽對稱設置，成型槽內設置有第一活塞，粉料槽內設置有第二活塞，成型槽與粉料槽之間形成隔板；鋪粉組件包括設置在隔板上的刮板；本發明采用由驅動電機直驅的鋪粉機構和準圓柱形工作缸體配合的圓周旋轉鋪粉方式，在保證粉末均勻沉積的同時大大減少了鋪粉時間、提高成形效率。此外，鋪粉裝置內部同時集成進氣吹氣功能，在成形過程中鋪粉裝置上的吹氣口陣列在鋪粉裝置完成鋪粉工作之后能夠始終面向弧狀分布的導流排煙裝置，從而形成高效穩定的氣流通路，保障打印過程煙塵的有效去除。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其是一種基于旋轉鋪粉機制的激光粉床熔化成形裝置。

背景技術

增材制造(AM)技術，也即3D打印技術，有別于傳統制造技術的減材思想，旨在通過介觀尺度的疊層制造而實現三維構件精密成形。美國材料試驗協會把增材制造定義為“與減材制造相反的一種通過疊層方式將3D模型數據轉變為三維實體的材料黏結工藝，也被稱為增材加工、增材工藝、增材技術、疊層制造、層狀制造和自由制造”。增材制造技術自上世紀80年代末誕生至今僅30多年，但發展十分迅猛，特別是近十年，已然成為當前機械工程領域的前沿與熱點之一。金屬或合金作為實際工程中應用最廣泛的結構材料，使得金屬增材制造技術在3D打印領域中占據獨特的重要地位。金屬增材制造技術按照原始材料形態能夠劃分為粉末體系和絲材體系兩類，與后者相比，基于粉末體系的金屬增材制造成本相對較高，但其成形精度也明顯更高?；诜勰┐驳募す夥鄞踩刍夹g(Laser?powder?bedfusion,LPBF)主要以其精細的鋪粉層厚以及極細微的束斑大小為特征(鋪粉層厚可達20μm，束斑大小100μm)，因此其適合于復雜金屬構件的小批量精密成形，特別是對于航空航天領域復雜結構原型件、異形件、工模具等實現直接快速成形制造，具有明確的應用需求和發展前景。

LPBF成形系統主要包括了激光器、光路系統、掃描振鏡、成形腔體、鋪粉系統、循環氣路凈化系統及計算機控制系統等。基于LPBF成形試樣時，首先需要將三維模型導入至加工處理軟件中進行一系列加工前模型處理，這其中包括了模型位置擺放、支撐添加、加工參數設置等，緊接著通過軟件切片功能將所有待打印三維模型離散成二維數字軌跡并形成數據包導入LPBF成形系統；然后是成形腔體的加工前準備工作，這里包括了成形基板調平固定、粉體裝填、腔體密封、真空泵與保護氣開啟等，當成形腔內氧含量降低到一定數值(如200ppm以下)，便可開啟激光器執行打印任務。在LPBF成形過程中，鋪粉臂或輥首先將一定層厚的粉末均勻沉積在基板上，然后激光束根據切片信息在計算機控制下選擇性地熔化局域粉體形成二維平面；隨著一層加工完之后，成形缸下降、粉料缸上升，激光束基于下一層切片信息繼續重復上述過程直至最終三維實體成形完成。

但鋪粉臂或輥在每一層成形周期中的來回行程顯著降低了構件的成形效率，為提高成形效率，一般采取提高鋪粉臂或輥的行走速度，然而過快的行走速度往往易引起揚塵，同時也易導致不均勻沉積粉層的形成。此外，傳統LPBF成形系統中由于出氣口導流板的平直設計，煙塵運動路徑均比較長，在遠端成形時不利于煙塵的及時排出；另一方面，對于觀測窗口，其一般與氣流運動路徑相垂直，這種設計方式實則不利于工程/研究人員對氣流與飛濺、煙塵間相互作用的外部直接觀測。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例，在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中所存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明所要解決的技術問題是本發明的目的在于提供一種基于旋轉鋪粉機制的激光粉床熔化成形裝置，以克服現有技術的不足，面向復雜定制化構件成形時能夠顯著提高成形效率和成形質量。