本實(shí)用新型涉及一種粉末材料激光燒結(jié)成形裝置，屬于3D打印增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，3D打印技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界掀起了一股3D打印熱潮。3D打印是根據(jù)三維模型，以高分子塑料、光敏樹(shù)脂、金屬粉末、覆膜粉體等材料為原料，通過(guò)逐層疊加材料的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)三維模型的制造，集CAD，機(jī)械自動(dòng)化等技術(shù)于一體，具有快速性、高柔性、高效性等特點(diǎn)，特別適合于制造小批量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型，其產(chǎn)品己在汽車制造、航空航天等領(lǐng)域有所應(yīng)用。

選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)屬于3D打印技術(shù)的一種，SLS是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個(gè)工藝過(guò)程為：工作時(shí)粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸上均勻鋪上一層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。燒結(jié)完成一層后，成型缸活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉，控制激光束再掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。SLS成形突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成形材料廣泛，目前，可成功進(jìn)行SLS成形加工的材料有石蠟、高分子、金屬、陶瓷粉末等及其復(fù)合粉末材料。由于SLS成形材料品種多、用料節(jié)省、成形件性能優(yōu)良、以及SLS成形無(wú)需支撐，所以SLS的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

目前SLS成形過(guò)程中，仍存在以下問(wèn)題需要解決：①鋪粉質(zhì)量難以監(jiān)測(cè)。鋪粉好壞對(duì)成形件質(zhì)量具有重要影響，當(dāng)鋪粉不均時(shí)，容易引起成形件內(nèi)部缺陷，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)廢品。

②成形過(guò)程中成形件是否發(fā)生翹曲變形難以監(jiān)測(cè)，成形過(guò)程中，當(dāng)零件發(fā)生翹曲變形時(shí)，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，將會(huì)使變形程度越來(lái)越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致成形失敗。

③成形粉末預(yù)熱不均勻、預(yù)熱溫度精度低，在鋪粉過(guò)程中對(duì)粉末的預(yù)熱主要有兩個(gè)熱源，一是成形件本身對(duì)所鋪粉末的預(yù)熱，二是預(yù)熱系統(tǒng)對(duì)粉末的預(yù)熱。由于成形件尺寸不同，不同部位溫度分布不同，對(duì)所鋪粉末的預(yù)熱不均勻。同時(shí)預(yù)熱系統(tǒng)難以補(bǔ)償由于成形件本身對(duì)所鋪粉末引起的預(yù)熱不均，因此最終導(dǎo)致成形粉末預(yù)熱不均，預(yù)熱溫度控制精度不夠，從而影響成形件質(zhì)量，更有甚者難以成形。

④成形腔內(nèi)氣體保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)氣不均勻，成形過(guò)程中，有些粉末需要進(jìn)行氣體保護(hù)防止氧化，然而SLS成形過(guò)程中，如果成形腔中保護(hù)氣分布不均勻，將會(huì)使成形件發(fā)生氧化，從而影響成形件質(zhì)量。

⑤由于存在以上問(wèn)題，一臺(tái)設(shè)備難以成形不同的粉末。例如尼龍對(duì)粉末預(yù)熱溫度控制精度要求非常嚴(yán)格，就需要高精度的預(yù)熱系統(tǒng)；有些粉末成形過(guò)程中需要進(jìn)行氣體保護(hù)，防止成形件氧化，就需要安裝氣體保護(hù)系統(tǒng)。目前開(kāi)發(fā)的SLS成形設(shè)備主要是針對(duì)特定的成形粉末，難以滿足多種不同的粉末成形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種操作簡(jiǎn)單，鋪粉效率高，鋪粉效果好，適用范圍廣的粉末材料激光燒結(jié)成形裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為一種粉末材料激光燒結(jié)成形裝置，包括成型腔體，所述成型腔體下部設(shè)置有集料缸、成型缸和供粉缸，所述成型缸位于集料缸和供粉缸之間，所述集料缸、成型缸和供粉缸內(nèi)均設(shè)置有液壓油缸，所述液壓油缸的活塞桿上設(shè)置有推料擋板，所述成型腔體的中部設(shè)置有鋪粉滑軌，滾筒架滑動(dòng)安裝在鋪粉滑軌上，所述滾筒架上安裝有鋪粉滾筒，鋪粉滾筒的一側(cè)設(shè)置有滾筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述滾筒架上還設(shè)置有滾筒架絲杠，所述滾筒架絲杠的端部設(shè)置有滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述成型腔體上部設(shè)置有預(yù)熱導(dǎo)軌，預(yù)熱殼體通過(guò)預(yù)熱支架滑動(dòng)安裝在預(yù)熱導(dǎo)軌上，所述預(yù)熱殼體內(nèi)設(shè)置有預(yù)熱棒，預(yù)熱殼體外設(shè)置有紅外測(cè)溫儀，且預(yù)熱殼體內(nèi)壁設(shè)置有反光板，所述成型腔體的頂部設(shè)置有激光掃描系統(tǒng)，所述成型腔體側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)排氣裝置，所述液壓油缸、滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)、預(yù)熱棒、紅外測(cè)溫儀和激光掃描系統(tǒng)均與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述進(jìn)排氣裝置主要由設(shè)置在成型腔體側(cè)壁上的多個(gè)進(jìn)氣罩和排氣裝置，所述進(jìn)氣罩、排氣裝置均通過(guò)進(jìn)氣管道、排氣管道與氣體循環(huán)裝置相連接，氧氣傳感器安裝在成型腔體的內(nèi)壁上，所述進(jìn)氣循環(huán)裝置、氧氣傳感器與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述鋪粉滾筒內(nèi)設(shè)置有鋪粉加熱棒和鋪粉測(cè)溫電偶，滾筒架的兩側(cè)分別設(shè)置有紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置，所述鋪粉加熱棒、鋪粉測(cè)溫電偶、紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置均與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述供粉缸主要由四塊圍板和框架構(gòu)成，所述四塊圍板首尾連接依次固定在框架內(nèi)部，圍板的外壁設(shè)置有耳座，耳座通過(guò)螺栓固定在框架上，所述圍板為空心結(jié)構(gòu)，所述圍板內(nèi)設(shè)置有供粉加熱裝置，所述供粉加熱裝置與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述圍板為鋁合金材質(zhì)。

優(yōu)選的，所述成型腔體的頂部還設(shè)置有圖像采集裝置，所述成型腔體的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈，所述圖像采集裝置和補(bǔ)光燈均與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述圖像采集裝置的外部設(shè)置有鏡頭防護(hù)罩。

優(yōu)選的，所述圖像采集裝置為高分辨工業(yè)CCD相機(jī)，補(bǔ)光燈為L(zhǎng)ED燈。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果：本實(shí)用新型能夠監(jiān)測(cè)鋪粉質(zhì)量及成形件是否發(fā)生翹曲變形，并且能夠進(jìn)行報(bào)警，使成形粉重鋪或者調(diào)整工藝參數(shù)；能夠使所鋪粉末預(yù)熱均勻，提高了粉末預(yù)熱效率；能夠使成形腔內(nèi)的保護(hù)氣均勻進(jìn)入成形腔，并且能在成形腔均勻分布，避免了成形過(guò)程中成形件發(fā)生氧化；能夠提高了成形件質(zhì)量及生產(chǎn)效率，對(duì)SLS成形技術(shù)的發(fā)展具有重要意義；并且適用范圍廣，能夠進(jìn)行蠟粉、聚苯乙烯粉、尼龍粉、覆膜陶瓷粉、覆膜金屬粉、覆膜砂、聚碳酸酯粉等材料的激光燒結(jié)成形。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖一。

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖二。

圖3為本實(shí)用新型中進(jìn)排氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一。

圖4為本實(shí)用新型中進(jìn)排氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二。

圖5為本實(shí)用新型中供粉缸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)用新型中圍板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實(shí)用新型中預(yù)熱殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實(shí)用新型中滾筒架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本實(shí)用新型中鋪粉滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1、圖7至圖9所示，一種粉末材料激光燒結(jié)成形裝置，包括成型腔體5，成型腔體5下部設(shè)置有集料缸15、成型缸14和供粉缸10，成型缸14位于集料缸15和供粉缸10之間，集料缸15、成型缸14和供粉缸10內(nèi)均設(shè)置有液壓油缸13，液壓油缸13的活塞桿上設(shè)置有推料擋板11，成型腔體5的中部設(shè)置有鋪粉滑軌19，滾筒架20滑動(dòng)安裝在鋪粉滑軌19上，滾筒架20上安裝有鋪粉滾筒18，鋪粉滾筒18的一側(cè)設(shè)置有滾筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)29，滾筒架20上還設(shè)置有滾筒架絲杠17，滾筒架絲杠17的端部設(shè)置有滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)9，成型腔體5上部設(shè)置有預(yù)熱導(dǎo)軌7，預(yù)熱殼體24通過(guò)預(yù)熱支架25滑動(dòng)安裝在預(yù)熱導(dǎo)軌7上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)預(yù)熱裝置的移動(dòng)。預(yù)熱殼體7內(nèi)設(shè)置有預(yù)熱棒37, 預(yù)熱殼體外設(shè)置有紅外測(cè)溫儀39，且預(yù)熱殼體24內(nèi)壁設(shè)置有反光板38，成型腔體5的頂部設(shè)置有激光掃描系統(tǒng)1，成型腔體5側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)排氣裝置，液壓油缸13、滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)9、預(yù)熱棒37、紅外測(cè)溫儀39和激光掃描系統(tǒng)1均與主控系統(tǒng)8相連接。預(yù)熱殼體24上安裝紅外線測(cè)溫儀39，對(duì)所鋪粉末進(jìn)行測(cè)溫，并將信息反饋給主控系統(tǒng)，從而準(zhǔn)確調(diào)整預(yù)熱溫度。預(yù)熱殼體24安裝在預(yù)熱支架25上，在預(yù)熱殼體24內(nèi)部安裝多層預(yù)熱棒37，每層由四個(gè)預(yù)熱棒37連接成方形。預(yù)熱殼體24內(nèi)壁安裝反光板38，用于對(duì)預(yù)熱棒37輻射的熱進(jìn)行反射，提高加熱效率。上述所有裝置與主控系統(tǒng)8相連，實(shí)現(xiàn)所鋪粉末均勻預(yù)熱以及保證粉末預(yù)熱溫度的精度。

如圖8、圖9所示，鋪粉滾筒內(nèi)設(shè)置有鋪粉加熱棒32和鋪粉測(cè)溫電偶31，滾筒架20的兩側(cè)分別設(shè)置有紅外線發(fā)射裝置22和紅外線接收裝置30，鋪粉加熱棒32、鋪粉測(cè)溫電偶31、紅外線發(fā)射裝置22和紅外線接收裝置30均與主控系統(tǒng)8相連接。

鋪粉滾筒18內(nèi)部安裝鋪粉測(cè)溫電偶31和鋪粉加熱棒32，用于對(duì)鋪粉滾筒進(jìn)行測(cè)溫和預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)鋪粉滾筒18在鋪粉過(guò)程中對(duì)成形粉末的預(yù)熱。鋪粉滾筒18安裝在滾筒架20上，滾筒架20一側(cè)設(shè)置有滾筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)29與鋪粉滾筒18相連。滾筒架20兩側(cè)底部設(shè)置有滾筒架絲杠17，滾筒架絲杠17與滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)9相連，通過(guò)滾筒架驅(qū)動(dòng)電機(jī)9驅(qū)動(dòng)滾筒架絲杠17轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)滾筒架20在鋪粉滑軌19上運(yùn)動(dòng)。在鋪粉滾筒18前端滾筒架20上安裝有紅外線發(fā)射裝置22及紅外線接收裝置30，用于測(cè)量零件是否發(fā)生翹曲變形。當(dāng)零件發(fā)生翹曲變形時(shí)，將會(huì)擋住紅外線發(fā)射裝置22發(fā)出的紅外線，從而紅外線接收裝置30不能接收到紅外線信號(hào)，將會(huì)把此信息反饋給主控系統(tǒng)8，從而提醒操作者調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。

如圖5、圖6所示，供粉缸10主要由四塊圍板12和框架34構(gòu)成，四塊圍板12首尾連接依次固定在框架34內(nèi)部，圍板12的外壁設(shè)置有耳座35，耳座35通過(guò)螺栓33固定在框架34上，圍板12采用鋁合金材質(zhì)，且為空心結(jié)構(gòu)，圍板12內(nèi)設(shè)置有供粉加熱裝置36，供粉加熱裝置36與主控系統(tǒng)8相連接。供粉加熱裝置36對(duì)供粉缸中的成形粉末進(jìn)行預(yù)熱。推料擋板11下端通過(guò)與液壓缸13的活塞桿連接，推料擋板11升降主要由主控系統(tǒng)8來(lái)調(diào)整液壓缸13升降來(lái)實(shí)現(xiàn)。靠近供粉缸安裝有成形缸14及集料缸15，成形缸14與集料缸15結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)與供粉缸一樣。

如圖2至圖4所示，進(jìn)排氣裝置主要由設(shè)置在成型腔體側(cè)壁上的多個(gè)進(jìn)氣罩23和排氣裝置16，進(jìn)氣罩23、排氣裝置16均通過(guò)進(jìn)氣管道26、排氣管道27與氣體循環(huán)裝置28相連接，氧氣傳感器21安裝在成型腔體5的內(nèi)壁上，進(jìn)氣循環(huán)裝置28、氧氣傳感器21與主控系統(tǒng)8相連接。進(jìn)氣管道26一端與成形腔連接，進(jìn)氣管道26出口位置安裝網(wǎng)狀進(jìn)氣罩23，用于調(diào)整氣流均勻進(jìn)入。進(jìn)氣管道26另一端與進(jìn)氣循環(huán)裝置28連接。氧氣傳感器21安裝在成形腔體內(nèi)的不同位置，用于測(cè)量成形腔不同位置氧氣含量，并將氧氣含量信息反饋給主控系統(tǒng)8，從而通過(guò)進(jìn)氣循環(huán)裝置28調(diào)整惰性氣體進(jìn)氣量。排氣裝置16安裝在成形腔前端，排氣裝置16通過(guò)排氣管道27與進(jìn)氣循環(huán)裝置28連接，實(shí)現(xiàn)保護(hù)氣體的供應(yīng)及循環(huán)。

此外，如圖1所示，成型腔體5的頂部還設(shè)置有圖像采集裝置2，成型腔體5的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈6，圖像采集裝置2和補(bǔ)光燈6均與主控系統(tǒng)8相連接。圖像采集裝置2的外部設(shè)置有鏡頭防護(hù)罩4。圖像采集裝置2為高分辨工業(yè)CCD相機(jī)，補(bǔ)光燈6為L(zhǎng)ED燈。高分辨工業(yè)CCD相機(jī)安裝在成形腔體的頂部，在成形腔體頂部?jī)蓚?cè)安裝LED燈照明，對(duì)拍照過(guò)程進(jìn)行光補(bǔ)償。在高分辨工業(yè)CCD相機(jī)最外側(cè)安裝鏡頭防護(hù)罩4，避免粉末對(duì)鏡頭造成污染。鏡頭防護(hù)罩4為全封閉結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為耐高溫透明有機(jī)玻璃。成像系統(tǒng)對(duì)鋪粉表面及燒結(jié)層成形件輪廓進(jìn)行拍照，并將圖片信息傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)。圖像處理系統(tǒng)接收到成形系統(tǒng)拍攝的圖片信息后，對(duì)該照片進(jìn)行分析檢測(cè)。根據(jù)鋪粉的灰度檢測(cè)鋪粉是否均勻平整，根據(jù)成形件的影像檢測(cè)燒結(jié)層成形件輪廓尺寸，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、圓、弧、距離、橢圓、角度等圖形測(cè)量，并將信息反饋給主控系統(tǒng)8。主控系統(tǒng)8根據(jù)反饋信息，判斷鋪粉是否均勻，燒結(jié)層成形件輪廓尺寸是否達(dá)到要求，判斷是否需要進(jìn)行二次或者多次鋪粉，從而對(duì)鋪粉系統(tǒng)及激光燒結(jié)成形系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整鋪粉次數(shù)及激光燒結(jié)成形工藝。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包在本實(shí)用新型范圍內(nèi)。