CN107876774A - 一种线激光螺旋升降式增材制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种线性激光螺旋升降式增材制造激光成型设备，包括一个相同幅面的成型室与其对应的成型轴，其中成型室由一体式粉末供给机构和线性光学系统组成；成型轴对应一个圆形的成型区域，且成型轴通过传动机构可以实现成型区域中成型平台的螺旋升降。工作时，成型平台自动旋转下降并通过一体式粉末供给机构从成型平台的一端连续铺粉，线性光学系统在另一端进行线性激光熔化，从而实现设备激光熔化的连续成型过程与成型件的螺旋生长。从而解决现有设备结构偏大、成型速度慢等问题，并可实现可以实现铺粉过程与激光扫描过程持续工作而互不影响，同时成型件的连续螺旋生长可以避免激光层层熔化过程中各层围观结构的各项异性等问题。
Description
技术领域
本发明属于增材制造设备技术领域，尤其涉及一种具有线性激光器且螺旋升降式增材制造激光成型设备。
背景技术
增材制造技术其成型原材料通常为粉末、丝料、化学液体等，而目前工业应用的主流技术都是利用激光或电子束为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如SLM、SLS、LSF、EBM等技术，其原材料均为几十到几百微米的粉末材料。成型过程中，通过供粉机构与铺粉机构将粉末均匀平摊在成型表面上，再利用激光等能量源将表面特定几何形状区域的粉末熔化，产生冶金结合，最终使零件立体成型。
现有的激光选区设备(SLM\SLS)，其成型区域只有一块，通常采用激光源与振镜系统对成型区进行x-y方向的激光成型，并采用垂直升降的z轴机构形成三维成型。为了实现以上功能，设备成型腔体的结构需要复杂的送粉装置、铺粉装置和收粉装置等机构，造成设备整体结构较大，提高了制造成本降低了厂房空间利用率。其设备运行过程中，z轴每降一层需要铺粉机构铺完当前粉层，才能进行当前层的激光扫描熔化。由于机械运动的速度远低于激光扫描的速度，故铺一层粉烧结一次的加工原理造成最终设备的成型速度较慢。
发明内容
本发明提供一种具有线性激光器且螺旋升降式增材制造激光成型设备原理，以解决上述背景技术中提出现有设备结构偏大、成型速度慢等问题，并可实现可以实现铺粉过程与激光扫描过程持续工作而互不影响，同时成型件的连续螺旋生长可以避免激光层层熔化过程中各层围观结构的各项异性等问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种线激光螺旋升降式增材制造设备，包括一个相同幅面的成型室与其对应的成型轴，其中成型室由一体式粉末供给机构和线性光学系统组成；成型轴对应一个圆形的成型区域，且成型轴通过传动机构可以实现成型区域中成型平台的螺旋升降。工作时，成型平台自动旋转下降并通过一体式粉末供给机构从成型平台的一端连续铺粉，线性光学系统在另一端进行线性激光熔化，从而实现设备激光熔化的连续成型过程与成型件的螺旋生长。此外，成型室的外部还连接有风路系统，用于保障设备工作中的惰性气体环境。
优选的，所述的相同幅面的成型室与对应的成型轴是指成型室与成型轴为上下一体式圆柱型结构，且通过密封卡箍对接安装。
优选的，所述的一体式粉末供给机构包括长筒型的落粉桶与刮刀，落粉桶的末端有凹槽型的转轴，通过转轴的转动将粉末持续送至刮刀前端。
优选的，所述的落粉桶上安有物料传感器，并在顶端留有加料口。
优选的，所述的线性光学系统由激光器与线性振镜组成，所述的线性振镜只有一个偏转镜片，用于实现激光x向的线性扫描。
优选的，所述的成型轴由传动轴、旋转台、成型平台等组成，其中成型平台上的圆形区域称为成型区域。
优选的，所述的成型室留有进风口与出风口，所述的风路系统连接在进风口与出风口上。
优选的，所述的风路系统包括风机、过滤器与气体阀门。
优选的，所述的连续成型过程是指工作中，成型平台连续转动并下降，落粉桶转轴持续转动落粉，刮刀一直铺粉，线性激光持续扫描的设备工作过程。
优选的，所述的成型件的螺旋生长是由于成型轴的螺旋下降，而导致的激光熔化区域螺旋式烧结。
本发明的上述技术方案有益技术效果如下：
1、本发明包括一个上下一体式的圆形成型室与成型轴连接，其余装置均在成型室与成型轴内，小型化、紧凑化的设备结构，降低了设备制造成本并节省了设备占用空间。
2、本发明中通过一体式粉末供给机构与线性光学系统的持续工作，实现了成型件的连续成型，改变了目前设备铺一层粉激光熔融一次的间歇式成型方式，减少了成型时间，提高了成型效率。
3、本发明一种线激光螺旋升降式增材制造设备，由于成型轴的螺旋运动从而导致成型件的螺旋生长，有利于解决现有设备因层层烧结而导致的每层结构出现的各项异性等问题。
附图说明
图1是本发明一种线激光螺旋升降式增材制造设备原理图；
附图标记说明：
1-成型室，2-落粉桶，3-转轴，4-刮刀，5-密封卡箍，6-成型平台，7-成型轴，8-旋转台，9-旋转轴，10-粉末填充区，11-成型件，12-激光，13-进风口，14-风机，15-过滤器，16-出风口，17-激光器，18-偏转镜片，19-加料口。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
如图1所示，一种线激光螺旋升降式增材制造设备，包括一个相同幅面的成型室1与其对应的成型轴7，其中成型室1由一体式粉末供给机构和线性光学系统组成；成型轴7对应一个圆形的成型区域，且成型轴7通过传动机构可以实现成型区域中成型平台6的螺旋升降。工作时，成型平台6自动旋转下降并通过一体式粉末供给机构从成型平台的一端连续铺粉，线性光学系统在另一端进行线性激光熔化，从而实现设备激光熔化的连续成型过程与成型件的螺旋生长。此外，成型室1的外部还连接有风路系统，用于保障设备工作中的惰性气体环境。
优选的，所述的相同幅面的成型室1与对应的成型轴7是指成型室1与成型轴7为上下一体式圆柱型结构，且通过密封卡箍5对接安装。
优选的，所述的一体式粉末供给机构包括长筒型的落粉桶2与刮刀4，落粉桶的末端有凹槽型的转轴3，通过转轴3的转动将粉末持续送至刮刀4前端。
优选的，所述的落粉桶2上安有物料传感器，并在顶端留有加料口19。
优选的，所述的线性光学系统由激光器17与线性振镜组成，所述的线性振镜只有一个偏转镜片18，用于实现激光x向的线性扫描。
优选的，所述的成型轴由传动轴9、旋转台8、成型平台6等组成，其中成型平台6上的圆形区域称为成型区域。
优选的，所述的成型室留有进风口16与出风口13，所述的风路系统连接在进风口16与出风口13上。
优选的，所述的风路系统包括风机14、过滤器15与气体阀门。
优选的，所述的连续成型过程是指工作中，成型平台6连续转动并下降，落粉桶转轴3持续转动落粉，刮刀4一直铺粉，线性激光持续扫描的设备工作过程。
优选的，所述的成型件11的螺旋生长是由于成型轴7的螺旋下降，而导致的激光熔化区域螺旋式烧结。
本发明的一种线激光螺旋升降式增材制造设备，工作流程如下：
成型过程如图1中，设备开始工作时，成型平台6处于最高位且与刮刀4接触，落粉桶2中填满粉末，转轴3将粉末从槽中落入刮刀4前。
进一步，成型平台6在旋转轴9的带动下螺旋下降，成型平台6沿刮刀4表面旋转，并将粉末铺平在成型平台6上；
进一步，激光器17发出激光12，激光12在偏转镜片18的调节下，逐点烧结当前层直线区域，由于激光12的速度远快于旋转轴9的转动，故实现持续的线性螺旋烧结；
进一步，当落粉桶2中的物位传感器报警时，说明落粉桶2中粉末不足，此时可以通过进料口19添加粉末；
进一步，设备工作过程中，通过风机14与过滤器15将成型室1中激光熔融产生的烟尘由进风口13吸入，并将洁净的气体从出风口16吹出；
进一步，待成型件11激光熔融完成后，拆掉卡箍5，取走整个成型轴7，将成型轴7中的粉末10清除干净，并将成型件11与成型平台6一起取出，再进行成型件11的后处理工作。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，包括一个相同幅面的成型室与其对应的成型轴，其中成型室由一体式粉末供给机构和线性光学系统组成；成型轴对应一个圆形的成型区域，且成型轴通过传动机构可以实现成型区域中成型平台的螺旋升降；工作时，成型平台自动旋转下降并通过一体式粉末供给机构从成型平台的一端连续铺粉，线性光学系统在另一端进行线性激光熔化，从而实现设备激光熔化的连续成型过程与成型件的螺旋生长；成型室的外部还连接有风路系统，用于保障设备工作中的惰性气体环境。
2.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的相同幅面的成型室与对应的成型轴是指成型室与成型轴为上下一体式圆柱型结构，且通过密封卡箍对接安装。
3.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的一体式粉末供给机构包括长筒型的落粉桶与刮刀，落粉桶的末端有凹槽型的转轴，通过转轴的转动将粉末持续送至刮刀前端。
4.根据权利要求3所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的落粉桶上安有物料传感器，并在顶端留有加料口。
5.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的线性光学系统由激光器与线性振镜组成，所述的线性振镜只有一个偏转镜片，用于实现激光x向的线性扫描。
6.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的成型轴由传动轴、旋转台、成型平台等组成，其中成型平台上的圆形区域称为成型区域。
7.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的成型室留有进风口与出风口，所述的风路系统连接在进风口与出风口上。
8.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的风路系统包括风机、过滤器与气体阀门。
9.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的连续成型过程是指工作中，成型平台连续转动并下降，落粉桶转轴持续转动落粉，刮刀一直铺粉，线性激光持续扫描的设备工作过程。
10.根据权利要求1所述的线激光螺旋升降式增材制造设备，其特征在于，所述的成型件的螺旋生长是由于成型轴的螺旋下降，而导致的激光熔化区域螺旋式烧结。
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