[发明专利]一种基于旋转铺粉机制的激光粉床熔化成形装置

说明书

本发明公开了一种基于旋转铺粉机制的激光粉床熔化成形装置，包括成型组件，其包括柱形主体，柱形主体上端设置有成型槽、粉料槽，成型槽与粉料槽对称设置，成型槽内设置有第一活塞，粉料槽内设置有第二活塞，成型槽与粉料槽之间形成隔板；铺粉组件包括设置在隔板上的刮板；本发明采用由驱动电机直驱的铺粉机构和准圆柱形工作缸体配合的圆周旋转铺粉方式，在保证粉末均匀沉积的同时大大减少了铺粉时间、提高成形效率。此外，铺粉装置内部同时集成进气吹气功能，在成形过程中铺粉装置上的吹气口阵列在铺粉装置完成铺粉工作之后能够始终面向弧状分布的导流排烟装置，从而形成高效稳定的气流通路，保障打印过程烟尘的有效去除。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种基于旋转铺粉机制的激光粉床熔化成形装置。

背景技术

增材制造(AM)技术，也即3D打印技术，有别于传统制造技术的减材思想，旨在通过介观尺度的叠层制造而实现三维构件精密成形。美国材料试验协会把增材制造定义为“与减材制造相反的一种通过叠层方式将3D模型数据转变为三维实体的材料黏结工艺，也被称为增材加工、增材工艺、增材技术、叠层制造、层状制造和自由制造”。增材制造技术自上世纪80年代末诞生至今仅30多年，但发展十分迅猛，特别是近十年，已然成为当前机械工程领域的前沿与热点之一。金属或合金作为实际工程中应用最广泛的结构材料，使得金属增材制造技术在3D打印领域中占据独特的重要地位。金属增材制造技术按照原始材料形态能够划分为粉末体系和丝材体系两类，与后者相比，基于粉末体系的金属增材制造成本相对较高，但其成形精度也明显更高。基于粉末床的激光粉床熔化技术(Laser powder bedfusion,LPBF)主要以其精细的铺粉层厚以及极细微的束斑大小为特征(铺粉层厚可达20μm，束斑大小100μm)，因此其适合于复杂金属构件的小批量精密成形，特别是对于航空航天领域复杂结构原型件、异形件、工模具等实现直接快速成形制造，具有明确的应用需求和发展前景。

LPBF成形系统主要包括了激光器、光路系统、扫描振镜、成形腔体、铺粉系统、循环气路净化系统及计算机控制系统等。基于LPBF成形试样时，首先需要将三维模型导入至加工处理软件中进行一系列加工前模型处理，这其中包括了模型位置摆放、支撑添加、加工参数设置等，紧接着通过软件切片功能将所有待打印三维模型离散成二维数字轨迹并形成数据包导入LPBF成形系统；然后是成形腔体的加工前准备工作，这里包括了成形基板调平固定、粉体装填、腔体密封、真空泵与保护气开启等，当成形腔内氧含量降低到一定数值(如200ppm以下)，便可开启激光器执行打印任务。在LPBF成形过程中，铺粉臂或辊首先将一定层厚的粉末均匀沉积在基板上，然后激光束根据切片信息在计算机控制下选择性地熔化局域粉体形成二维平面；随着一层加工完之后，成形缸下降、粉料缸上升，激光束基于下一层切片信息继续重复上述过程直至最终三维实体成形完成。

但铺粉臂或辊在每一层成形周期中的来回行程显著降低了构件的成形效率，为提高成形效率，一般采取提高铺粉臂或辊的行走速度，然而过快的行走速度往往易引起扬尘，同时也易导致不均匀沉积粉层的形成。此外，传统LPBF成形系统中由于出气口导流板的平直设计，烟尘运动路径均比较长，在远端成形时不利于烟尘的及时排出；另一方面，对于观测窗口，其一般与气流运动路径相垂直，这种设计方式实则不利于工程/研究人员对气流与飞溅、烟尘间相互作用的外部直接观测。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是本发明的目的在于提供一种基于旋转铺粉机制的激光粉床熔化成形装置，以克服现有技术的不足，面向复杂定制化构件成形时能够显著提高成形效率和成形质量。