一種雙活塞金屬激光選區熔化成形設備的制造方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種雙活塞金屬激光選區熔化成形設備。
【背景技術】
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[0002]增材制造技術(又稱為“3D打印”)是近年來迅速發展起來的高端數字化快速制造技術，適用于復雜構件的近凈成形，采用增材制造技術制造出的成形件具有優異的力學性能，適合多種材料的快速成形，且材料利用率高。激光選區激光恪化成形技術(SelectiveLaser Melting, SLM)是增材制造的典型代表，它將傳統的三維制造工藝轉變為平面制造-累積疊加工藝，通過粉末逐層熔化實現三維復雜精密零部件的制造，由于粉末處于靜止狀態可設計制造輔助支撐結構，因此適合幾乎任意復雜形狀金屬零部件的制造，可廣泛應用于航空航天、汽車、模具、醫療等行業。
[0003]激光選區激光熔化具有以下優點:1)直接成形終端金屬產品，省掉中間過渡環節；2)可得到冶金結合的金屬實體，密度接近100% ;3) SLM制造的工件有高的拉伸強度；較低的粗糙度(Rz30-50mm)，高的尺寸精度(〈0.1mm) ;4)適合各種復雜形狀的工件，尤其適合內部有復雜異型結構(如空腔)、用傳統方法無法制造的復雜工件；5)適合單件和小批量模具和工件快速成型。
[0004]但現有激光選區成形設備，大多采用固定粉缸尺寸設計，成形過程中，無論零件大小，都需要將金屬粉末填滿整個成形粉缸，成形小型構件時粉末浪費嚴重。此外，現有激光成形設備對金屬粉末的預熱考慮不夠，致使金屬在低溫時對激光吸收率低，同時由于預熱不夠，容易引起成形構件內部組織、應力應變分布不均，產生裂紋、翹曲變形等問題，影響成形質量。因此設計一種雙活塞選區激光成形設備對于成形不同大小構件時提高粉末利用率具有重要作用。
【發明內容】
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[0005]本發明的目的在于提供一種雙活塞金屬激光選區熔化成形設備，其采用一體式雙活塞設計，可在單活塞和雙活塞兩種狀態下單獨工作，小活塞可更換拆卸，以實現不同大小尺寸金屬構件的激光成形，節省粉末，同時能夠對粉缸進行全方位的加熱，實現對粉末的可控預熱，使粉末受熱均勻，改善溫度梯度，減低構件變形和開裂。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案予以實現:
[0007]—種雙活塞金屬激光選區熔化成形設備，包括主機體、輔助機體、缸體、刮刀運動部件和光路系統；其中，
[0008]主機體和輔助機體通過機架設置在機殼內部，且主機體設置在輔助機體的左側；設置主機體的機殼上設置有觀察窗，設置輔助機體的機殼上設置有操作面板；
[0009]機架的頂部設置有工作臺板，主機體內部安裝有缸體，缸體安裝在工作臺板的底部，且缸體和工作臺板之間設置有隔熱板；缸體上開設有兩個大小相同的成形缸和送粉缸，成形缸位于送粉缸的左側；缸體的底部自上而下依次設置有缸體隔熱板和缸體端蓋，缸體周向的上部設置有缸體加熱圈，下部設置有缸體隔熱圈，缸體加熱圈和缸體隔熱圈的外側由內至外依次設置有缸體隔熱層和壓條；
[0010]成形缸和送粉缸內均自下而上依次設置有大活塞基板、大活塞體和活塞端蓋，兩個活塞端蓋的底部分別與缸體底部設置的兩個電缸的活塞桿相連，大活塞體內部安裝有活塞加熱板，活塞加熱板底部安裝有活塞隔熱板；成形缸和送粉缸內的大活塞基板、大活塞體和活塞端蓋均能夠上下伸縮；
[0011]機架上方安裝有成形腔和隔離腔，成形腔和隔離腔均為不銹鋼封閉腔體，成形腔和隔離腔之間通過隔板隔開；
[0012]刮刀運動部件設置在隔離腔內；
[0013]輔助機體內安裝有激光器以及用于控制激光器的工控機；
[0014]光路系統通過支撐板固定在成形腔頂部設置的光路腔內。
[0015]本發明進一步的改進在于:刮刀運動部件包括模組墊板和移動模組，模組墊板固定在工作臺板上，移動模組安裝在模組墊板上；在隔離腔內，刀架T形架固定在移動模組的滑臺上，刀架T形架上設置有兩個平行設置的矩形凸臺，兩個矩形凸臺穿過隔離腔與成形腔之間的隔板，該隔板上開設有長槽，長槽位置平行安裝有兩條隔離鋼帶，兩條隔離鋼帶固定在隔離腔內的刀架T形架與成形腔內設置的刀架基座之間，刀架基座固定在刀架T形架的兩個矩形凸臺上；在成形腔內，刀架固定在刀架基座上，刮刀固定在刀架上，并且，在刀架運動方向上的成形腔側壁上下位置分別安裝有氣路循環進口和氣路循環出口，在刀架安裝方向上的左右位置底部且靠近工作臺板的位置分別安裝有粉塵循環進口和粉塵循環出口。
[0016]本發明進一步的改進在于:刀架上固定有刮刀調整塊，刮刀通過刮刀壓塊固定在刮刀調整塊上。
[0017]本發明進一步的改進在于:成形腔頂部開設有玻璃保護口，光路系統中的f-θ鏡固定在保護玻璃窗口處，光路系統中的振鏡通過支撐架固定光路腔內設置的支撐板上，振鏡與f-θ鏡相連，準直擴束模塊與振鏡相連，QBH接頭與準直擴束模塊相連，光纖連接在QBH接頭上；成形過程中，激光器產生的激光通過光纖傳輸到光路系統上，首先經過QBH接頭，然后經準直擴束模塊形成發散光斑進入振鏡，激光通過振鏡鏡片的兩次反射后進入f-θ鏡，f-θ鏡將激光聚焦后進入成形腔，實現對金屬粉末的熔化成形。
[0018]本發明進一步的改進在于:還包括回粉缸，其固定在缸體的左側。
[0019]本發明進一步的改進在于:缸體周向的最外層和缸體的底部還包裹有缸體外罩。
[0020]本發明進一步的改進在于:每個大活塞體的周向上均設置有大活塞導向環和大活塞格萊圈。
[0021]本發明進一步的改進在于:成形腔上設置有保護窗。
[0022]本發明進一步的改進在于:去除兩個大活塞基板，在成形缸和送粉缸內的大活塞體頂部均設置活塞蓋板，在成形缸和送粉缸內的活塞蓋板上方均設置小活塞缸套，每個小活塞缸套內均設置有小活塞體，每個小活塞體的底部固定在對應活塞蓋板頂部的中心處，且每個小活塞體的頂部設置有小活塞基板，小活塞體和小活塞基板均能夠在小活塞缸套內上下伸縮。
[0023]本發明進一步的改進在于:小活塞體的周向上安裝有小活塞導向環和小活塞格萊圈。
[0024]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:
[0025]本發明采用一體式雙活塞粉缸設計，大活塞上部安裝有小活塞，小活塞可拆卸，可實現不同大小尺寸零件的成形。其中，當在單活塞狀態下工作時，首先，對成形缸內的大活塞基板進行調平；然后，利用缸體加熱圈對缸體四周進行加熱，利用活塞加熱板對活塞蓋板進行加熱，實現對成形缸和送粉缸內的金屬粉末的間接加熱，由于金屬具有良好的熱傳導特性，通過熱傳導實現粉末均勻受熱。同時利用缸體隔熱圈、缸體隔熱板和活塞隔熱板對產生的熱量隔離，以防止高溫影響粉缸其他部件，尤其是電缸。開始工作時，送粉缸內盛滿金屬粉末，成形缸內的大活塞體位于最高位置。工作過程中，電缸帶動送粉缸內的大活塞體向上運動，金屬粉末被刮送到成形缸中，電缸帶動成形缸內的大活塞體向下運動。
[0026]進一步，在成形過程中，激光器產生的激光通過光纖傳輸到光路系統上，首先經過QBH接頭，然后經準直擴束模塊形成發散光斑進入振鏡，激光通過振鏡鏡片的兩次反射后進入f-θ鏡，f-θ鏡將激光聚焦后進入成形腔，實現對金屬粉末的熔化成形。
[0027]進一步，利用大活塞格萊圈防止運動過程中金屬粉末通過活塞與基板之間的縫隙下落，同時起到密封作用，大活塞導向環和蓋板導向環用于大活塞體順利運動導向。
[0028]當在雙活塞狀態下工作時，其運動過程與單活塞是類似，首先將小活塞基板調平；然后利用利用缸體加熱圈和活塞加熱板對小活塞成形缸和小活塞送粉缸內的粉末進行均勾加熱。開始工作時，送粉缸內盛滿金屬粉末，成形缸內的大活塞體位于最高位置。工作過程中，電缸通過帶通大活塞體運動帶動小活塞體上下運動。
[0029]進一步的，利用小活塞格萊圈和小活塞導向環的密封和導向作用，保證小活塞體順利運動。
[0030]綜上所述，本發明通過在大活塞上部安裝有小活塞，小活塞可拆卸，可實現不同大小尺寸零件的成形，避免了采用大活塞打印較小體積零件所造成的材料浪費，節省了成本，同時，克服了以往常用的拼接式粉缸設計由于裝配帶來的誤差，安裝精度高，結構更加緊湊。
【附圖說明】
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[0031]圖1為本發明外觀軸側圖；
[0032]圖2為本發明機械結構軸側圖；
[0033]圖3為本發明的主機體軸測圖；
[0034]圖4