增材制造設備復合壓實鋪粉裝置及方法
【專利摘要】一種增材制造設備復合壓實鋪粉裝置及方法，鋪粉裝置包括壓力鋪粉器，壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，用于鋪設粉末材料；以及振動系統，振動系統用于對鋪設的粉末材料進行振動壓實。本發明鋪粉裝置由于壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，這樣在鋪粉過程中，疏松粉末進入涂敷面與鋪粉平面形成的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，進一步由于振動系統對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末材料達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，因此提高了三維成型產品致密性，進而提高了其機械性能。
【專利說明】增材制造設備復合壓實鋪粉裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于快速成型制造領域，具體涉及一種增材制造設備復合壓實鋪粉裝置及方法。
【背景技術】
[0002]快速成型技術(Rapid Prototyping,簡稱RP)是一項具有數字化制造、高度柔性和適應性、直接CAD模型驅動、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點的先進制造技術，自二十世紀八十年代末發展至今，己成為現代先進制造技術中的一項支柱技術。選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)是近年來發展最為迅速的快速成型技術之一,其以粉末材料為原料，采用激光對三維實體的截面進行逐層掃描完成原型制造，不受零件形狀復雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，應用范圍廣。選擇性激光燒結工藝的基本過程是:送粉裝置將一定量粉末送至工作臺面，鋪粉裝置將一層粉末材料平鋪在成型缸已成型零件的上表面，加熱裝置將粉末加熱至設定的粉末燒結溫度，振鏡控制激光器按照該層的截面輪廓對實心部分粉末層進行掃描，使粉末的溫度升至熔化點，粉末熔化燒結并與下面已成型的部分實現粘接；當一層截面燒結完后，工作臺下降一個層的厚度，鋪粉裝置又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的掃描燒結，經若干層掃描疊加，直至完成整個原型制造。
[0003]在上述現有技術中，鋪粉裝置一般采用的是鋪粉輥筒或刮板，雖然現有鋪粉裝置也能夠實現送粉鋪粉的功能，但由于鋪設的粉末呈疏松特性，即粉末顆粒與顆粒之間的間隙較大，因此由該疏松特性的粉末制造得到的三維成型產品致密性差，最終影響了三維成型產品的機械性能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，針對現有技術存在的問題，提供一種能夠提高三維成型產品致密性，即提高其機械性能的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置及方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
一種增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，包括:
壓力鋪粉器，所述壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，用于鋪設粉末；以及振動系統，所述振動系統用于對鋪設的粉末進行振動壓實。
[0006]進一步優選地，所述鋪粉裝置還包括導軌，所述導軌設置在工作臺面的兩側；所述壓力鋪粉器設置在導軌上，并可在導軌上移動。
[0007]進一步優選地，所述壓力鋪粉器為鋪粉板，所述鋪粉板的底部包括第一區域和第二區域，所述第一區域內沿垂直于鋪粉板運動的方向開有一條形槽，所述第二區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜。
[0008]進一步優選地，所述第二區域與鋪粉平面呈0.1°?5°傾斜。
[0009]進一步優選地，所述壓力鋪粉器為鋪粉板，所述鋪粉板的底部包括第一區域、第二區域和第三區域，所述第一區域內沿垂直于鋪粉板運動的方向開有一條形槽，所述第二區域和第三區域設置在第一區域的兩側，且所述第二區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜，所述第三區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜。
[0010]進一步優選地，所述第三區域與鋪粉平面呈0.1°?5°傾斜。
[0011]進一步優選地，所述第三區域與第二區域對稱設置在第一區域的兩側。
[0012]進一步優選地，所述振動系統包括振動板和超聲波發生器，所述振動板設置在條形槽內，且振動板的長度大于或等于鋪粉平面的寬度，所述超聲波發生器與振動板相連，用于驅動振動板振動。
[0013]進一步優選地，所述鋪粉裝置還包括減震墊，所述減震墊設置在振動板與鋪粉板之間。
[0014]進一步優選地，所述鋪粉板的用于推動粉末的側下部為弧面。
[0015]一種增材制造設備，包括用于對鋪設粉末材料進行加熱的加熱器以及上述任一實施例的鋪粉裝置。
[0016]一種增材制造方法，包括以下步驟:
步驟一:采用具有一定傾斜角度的壓力鋪粉器將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上，并采用振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，加熱器在粉末材料的鋪設中進行加熱；
步驟二:當粉末材料的溫度達到燒結溫度時，通過激光或其它能量源將鋪好的粉末材料在與三維物體的橫截面相應的層部位上進行固化；
重復步驟一和步驟二，直到三維物體完成。
[0017]進一步優選地，步驟一中可采用上述任一實施例的鋪粉裝置將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上。
[0018]進一步優選地，通過振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，使得粉末材料塑性變形。
[0019]本發明的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，由于壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，這樣在鋪粉過程中，疏松粉末進入涂敷面與鋪粉平面形成的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，進一步由于振動系統對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末材料達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，因此本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置提高了三維成型產品致密性，進而提高了其機械性能。
[0020]本發明的增材制造設備，通過包括上述具有減小粉末之間的間隙以及夯實粉末的鋪粉裝置，從而使得增材制造設備提高了三維成型產品的致密性，進而提高了其機械性能。
[0021]本發明的增材制造方法，通過采用具有一定傾斜角度的壓力鋪粉器將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上，并采用振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，這樣便使得疏松粉末進入涂敷面與鋪粉平面形成的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，進一步由于振動系統對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末材料達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，因此本發明增材制造方法提高了三維成型產品致密性，進而提高了其機械性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置提供的一實施例的俯視圖；
圖2是圖1中鋪粉板的一種實施方式的剖視圖；
圖3是圖1中鋪粉板的另一種實施方式的剖視圖；
圖4是本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置提供的另一實施例的俯視圖；
圖5是圖4中鋪粉板的一種實施方式的剖視圖；
圖6是圖4中鋪粉板的另一種實施方式的剖視圖；
圖例說明:
1、超聲波發生器；2、鋪粉板；3、振動板；4、導軌；5、鋪粉平面；6、減震墊；7、側下部。
【具體實施方式】
[0023]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0024]本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置的核心在于，采用斜面鋪粉以及邊鋪粉邊振動的復合壓實鋪粉裝置取代現有技術中的鋪粉輥筒，這樣可以對粉末材料起到更好的夯實作用，從而提高三維成型產品的致密性。發明人基于這一發明構思，經過創造性地勞動終于提供了一種增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，包括壓力鋪粉器，所述壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，用于鋪設粉末；以及振動系統，所述振動系統用于對鋪設的粉末進行振動壓實。
[0025]具體實施中，所述鋪粉裝置還包括導軌，所述導軌設置在工作臺面的兩側；所述壓力鋪粉器設置在導軌上，并可在導軌上移動。
[0026]具體實施中，所述壓力鋪粉器為鋪粉板，所述鋪粉板的底部包括第一區域和第二區域，所述第一區域內沿垂直于鋪粉板運動的方向開有一條形槽，所述第二區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜。進一步優選地，所述鋪粉板的底部還包括第三區域，所述第三區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜，這樣可使得鋪粉板往返運動于導軌上時，可以實現雙向送粉鋪粉，從而提高了鋪粉裝置的鋪粉效率。進一步優選地，所述第三區域與第二區域對稱設置在第一區域的兩側。
[0027]在此需說明的是，鋪粉平面是指鋪粉板所鋪粉末的平面，通過在該鋪粉平面上進行一層層的粉末燒結，最后得到三維成型產品，其中上述鋪粉平面的寬度垂直于鋪粉板的移動方向。具體實施中，上述鋪粉板可采用鋼件或鑄件。
[0028]具體實施中，所述振動系統包括振動板和超聲波發生器，所述振動板設置在條形槽內，且振動板的長度大于或等于鋪粉平面的寬度，所述超聲波發生器與振動板相連，用于驅動振動板振動。
[0029]另外，上述超聲波發生器可設置在快速成型設備的電器柜上或設備腔體外任意可安裝位置。
[0030]可以理解的是，上述鋪粉板與驅動機構相連，驅動機構驅動鋪粉板在導軌上移動，該驅動機構可為電機或其它動力源部件。在此需說明的是，由于本發明的發明點僅僅涉及的是鋪粉裝置的改進，而增材制造設備的其它部件為現有技術，因此在本申請中未對增材制造設備的整體結構進行詳細闡述。
[0031]可以理解的是，上述壓力鋪粉器在鋪設粉末的同時，加熱器對鋪設的粉末進行加熱，由于加熱器屬于增材制造的現有部件，因此，在本發明的鋪粉裝置中未對其進行詳細闡述。
[0032]作為本發明的另一種優選方式，所述鋪粉裝置還包括減震墊，所述減震墊設置在振動板與鋪粉板之間，這樣可以隔離或減小振動板對鋪粉板的振動影響，從而保證增材制造設備工作的可靠性。
[0033]作為本發明的又一種優選方式，所述鋪粉板的用于推動粉末的側下部為弧面，該弧面可以增加待鋪粉末的流動性，即增強鋪粉效果。
[0034]為了使得本領域的技術人員能夠更好地理解并實現本發明的技術方案，下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0035]圖1本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置提供的一實施例的俯視圖，圖2為圖1中鋪粉板的一種實施方式的剖視圖，參閱圖1和圖2可知，增材制造設備復合壓實鋪粉裝置包括導軌4，鋪粉板2，振動板3，減震墊6以及超聲波發生器I，所述導軌4設置在工作臺面的兩側，伺服電機帶動一進兩出的轉角減速機，使左右兩根同步帶帶動鋪粉板2在導軌4上移動，所述鋪粉板2的底部包括第一區域I和第二區域II，所述第二區域II與鋪粉平面5呈α角度傾斜，所述α角的取值范圍為0.1°?5。，當然α角的具體傾斜角度值需要根據粉末的材質而定，例如當采用尼龍粉末時，α則可設定為0.5° -2°，所述第一區域I可與鋪粉平面5平行，所述第一區域I內沿垂直于鋪粉板2運動的方向開有一條形槽，所述振動板3通過減震墊6設置在條形槽內，且振動板3的長度略大于鋪粉平面5的寬度d (如圖1所示)，所述超聲波發生器I與振動板3相連，用于驅動振動板3振動，即當鋪粉板2由伺服電機帶動鋪粉的同時，超聲波發生器I驅動振動板3振動，從而實現了邊鋪粉邊振動粉末。該實施例鋪粉裝置在鋪粉過程中，由于將鋪粉板2底部的第二區域II設置為與鋪粉平面5呈一定角度傾斜，這樣疏松粉末進入第二區域II的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，當粉末繼續進入第一區域I，進一步由于振動板3對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，因此本發明鋪粉裝置提高了三維成型產品的致密性，進而提高了其機械性能。
[0036]在上一實施例的基礎上進一步優選地，可以將所述鋪粉板2的用于推動粉末的側下部7設置為弧面，如圖3所示，這樣增加了待鋪粉末的流動性，即增強鋪粉板2的鋪粉效果O
[0037]圖4本發明增材制造設備復合壓實鋪粉裝置提供的另一實施例的俯視圖，圖5為圖4中鋪粉板的一種實施方式的剖視圖，參閱圖4和圖5可知，增材制造設備復合壓實鋪粉裝置包括導軌4，鋪粉板2，振動板3，減震墊6以及超聲波發生器1，所述導軌4設置在工作臺面的兩側，伺服電機帶動一進兩出的轉角減速機，使左右兩根同步帶帶動鋪粉板2在導軌4上移動，所述鋪粉板2的底部包括第一區域1、第二區域II和第三區域III，所述第二區域II與鋪粉平面5呈α角度傾斜，所述第三區域III與鋪粉平面5呈β角度傾斜，且所述第三區域III與第二區域II對稱設置在第一區域I的兩側，所述α，β角的取值范圍為0.1°?5°，當然α，β角的具體傾斜角度值需要根據粉末的材質而定。所述第一區域I可與鋪粉平面5平行，所述第一區域I內沿垂直于鋪粉板2運動的方向開有一條形槽，所述振動板3通過減震墊6設置在條形槽內，且振動板3的長度略大于鋪粉平面5的寬度d(如圖4所示)，所述超聲波發生器I與振動板3相連，用于驅動振動板3振動，即當鋪粉板2由伺服電機帶動鋪粉的同時，超聲波發生器I驅動振動板3振動，從而實現了邊鋪粉邊振動粉末。該實施例與上一實施例(見圖2)同樣都可以起到夯實粉末的功能，不同點還在于，鋪粉裝置的鋪粉板2的底部還包括第三區域III，所述第三區域III與鋪粉平面5呈一定角度傾斜，且所述第三區域III與第二區域II對稱設置在第一區域I的兩側，這樣當鋪粉板2在導軌4上從左向右移動時(如圖5所示)，由于將鋪粉板2底部的第二區域II設置為與鋪粉平面5呈一定角度傾斜，這樣當疏松粉末進入第二區域II的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，當粉末繼續進入第一區域I，又由于振動板3對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用；而當鋪粉板2在導軌上從右向左移動時，同理由于將鋪粉板2底部的第三區域III設置為與鋪粉平面5呈一定角度傾斜，這樣當疏松粉末進入第三區域III的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，當粉末繼續進入第一區域I，又由于振動板3對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，由上可知，該實施例可以實現雙向鋪粉，從而提高了鋪粉裝置的鋪粉效率。
[0038]在上一實施例的基礎上進一步優選地，可以將所述鋪粉板2的用于推動粉末的側下部7設置為弧面，如圖6所示，這樣增加了待鋪粉末的流動性，即增強鋪粉板2的鋪粉效果O
[0039]本發明還提供了一種增材制造設備，所述增材制造設備包括用于對鋪設粉末材料進行加熱的加熱器以及上述任一實施例的鋪粉裝置。
[0040]本發明還提供了一種增材制造方法，包括以下步驟:
步驟一:采用具有一定傾斜角度的壓力鋪粉器將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上，并采用振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，加熱器在粉末材料的鋪設中進行加熱；
步驟二:當粉末材料的溫度達到燒結溫度時，通過激光或其它能量源(例如，電子束)將鋪好的粉末材料在與三維物體的橫截面相應的層部位上進行固化；
重復步驟一和步驟二，直到三維物體完成。
[0041]具體實施中，步驟一中可采用上述任一實施例的鋪粉裝置將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上。
[0042]具體實施中，通過振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，使得粉末材料塑性變形。
[0043]本發明的增材制造方法，通過采用具有一定傾斜角度的壓力鋪粉器將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上，并采用振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，這樣便使得疏松粉末進入涂敷面與鋪粉平面形成的夾角后，逐漸減小的空間便會使加熱的疏松粉末得到相互擠壓，從而使得粉末間的間隙變小，進一步由于振動系統對受擠壓后的粉末進行振動加壓，使得擠壓后的粉末間隙分布排列得以穩固，即減小了鋪設粉末的回彈，從而使得粉末材料達到了塑性變形，進而對鋪平的粉末起到夯實作用，因此本發明增材制造方法提高了三維成型產品的致密性，進而提高了其機械性能。
[0044]以上實施例僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均應屬于本發明的保護范圍。應當指出，在不脫離本發明原理前提下的若干修改和修飾，應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，包括: 壓力鋪粉器，所述壓力鋪粉器具有一定傾斜角度的涂敷面，用于鋪設粉末材料；以及 振動系統，所述振動系統用于對鋪設的粉末材料進行振動壓實。
2.根據權利要求1所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述鋪粉裝置還包括導軌，所述導軌設置在工作臺面的兩側；所述壓力鋪粉器設置在導軌上，并可在導軌上移動。
3.根據權利要求2所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述壓力鋪粉器為鋪粉板，所述鋪粉板的底部包括第一區域和第二區域，所述第一區域內沿垂直于鋪粉板運動的方向開有一條形槽，所述第二區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜。
4.根據權利要求3所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述第二區域與鋪粉平面呈0.1°~5°傾斜。
5.根據權利要求2所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述壓力鋪粉器為鋪粉板，所述鋪粉板的底部包括第一區域、第二區域和第三區域，所述第一區域內沿垂直于鋪粉板運動的方向開有一條形槽，所述第二區域和第三區域設置在第一區域的兩偵牝且所述第二區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜，所述第三區域與鋪粉平面呈一定角度傾斜。
6.根據權利要求5所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述第三區域與鋪粉平面呈0.1°~5°傾斜。
7.根據權利要求6所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述第三區域與第二區域對稱設置在第一區域的兩側。
8.根據權利要求3-7任一項所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述振動系統包括振動板和超聲波發生器，所述振動板設置在條形槽內，且振動板的長度大于或等于鋪粉平面的寬度，所述超聲波發生器與振動板相連，用于驅動振動板振動。
9.根據權利要求8所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述鋪粉裝置還包括減震墊，所述減震墊設置在振動板與鋪粉板之間。
10.根據權利要求9所述的增材制造設備復合壓實鋪粉裝置，其特征在于，所述鋪粉板的用于推動粉末的側下部為弧面。
11.一種增材制造設備，其特征在于，包括用于對鋪設粉末材料進行加熱的加熱器，以及權利要求1-10任一項所述的鋪粉裝置。
12.—種增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:采用具有一定傾斜角度的壓力鋪粉器將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上，并采用振動系統對涂敷好的粉末材料進行振動壓實，加熱器在粉末材料的鋪設中進行加熱； 步驟二:當粉末材料的溫度達到燒結溫度時，通過激光或其它能量源將鋪好的粉末材料在與三維物體的橫截面相應的層部位上進行固化； 重復步驟一和步驟二，直到三維物體完成。
13.根據權利要求12所述的增材制造方法，其特征在于，所述步驟一中可采用權利要求1-10任一項權利要求所述的鋪粉裝置將粉末材料涂敷在載體的表面上或者最后固化的層上。
14.根據權利要求12或13所述的增材制造方法，其特征在于，通過振動系統對涂敷好的粉末材料進行振 動壓實，使得粉末材料塑性變形。
【文檔編號】B22F3/105GK104043830SQ201410298468
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】陳勃生, 周智陽 申請人:湖南華曙高科技有限責任公司