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CN105817622B - 一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统 - Google Patents

一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统 Download PDF

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Abstract

一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，包括成形工作台面，成形工作台面下方中部设有一个成形缸，成形缸的两侧设有两个供粉缸，成形工作台面上方通过桁架机构配置有两个滑轨，和两个滑轨配合的两个滑块上连接有导杆，导杆底端连接有压粉板，两个压粉板分别由两个步进电机控制其进行左右移动，压粉板分别和两个控制系统连接，本发明可以快速成形任意多维度多材料的零件，将待吸附粉末材料吸附在压粉板上，将粉末材料压实于成形件表面，达到提高零件致密度的效果，移动式的面铺层系统运动速度快，实现精确控制铺粉量，提高了生产效率。

Description

一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统
技术领域
本发明涉及粉床增材制造领域，特别涉及一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统。
背景技术
粉床增材制造技术是利用待成形粉末经过层层铺粉后，再经过粘结、烧结或熔化后凝固而成形的一种先进增材制造技术，可以实现形状复杂尤其是具有复杂内腔结构的精密定制化零件的制造。
相较于单一材料的增材制造技术，多材料尤其是单层多材料增材制造技术可以成形具有复杂材料属性和几何属性的零件，进而达到高效的提高产品性能的目的。然而，现有的基于粉床增材制造技术的快速成形机通常均以单材料产品为出发点设计制造的，难以满足工业产品日益增加的复杂性要求和市场所需的柔性和高效性要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，实现高效的成形具有复杂材料属性和几何属性的多维度多材料零件，同时达到均匀致密铺粉并对每层粉末进行预热的效果，实现铺粉过程快速高效。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，包括成形工作台面1，成形工作台面1下方中部设有一个成形缸2，成形缸2的两侧设有第一供粉缸3-1和第二供粉缸3-2，成形工作台面1上方两侧分别通过连接板4和桁架机构5固定连接，桁架机构5上配置有第一滑轨8-1和第二滑轨8-2，第一滑轨8-1和第二滑轨8-2在垂直方向上平行布置，第一滑轨8-1和第一滑块11-1配合，第一滑块11-1上连接有第一导杆12-1，第一导杆12-1底端连接有第一压粉板9；第二滑轨8-2和第二滑块11-2配合，第二滑块11-2上连接有第二导杆12-2，第二导杆12-2底端连接有第二压粉板10，第一压粉板9由连接在第一滑轨8-1一侧端部的第一步进电机7-1控制其进行左右移动，第二压粉板10由连接在第二滑轨8-2另一侧端部的第二步进电机7-2控制其进行左右移动，第一压粉板9和第一控制系统13连接，第二压粉板10和第二控制系统14连接。
所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法,包括以下步骤：
步骤一：将待打印零件的分层切片信息导出，对每一层的信息进行识别，其中包含待吸附粉末材料A的信息存入第一控制系统13中，包含待吸附粉末材料B的信息存入第二控制系统14中；
步骤二：将待吸附粉末材料A放置在第一供粉缸3-1内，将待吸附粉末材料B放置在第二供粉缸3-2内，第一压粉板9和第二压粉板10分别给予吸引力；
步骤三：通过第一控制系统13和第二控制系统14分别使第一压粉板9和第二压粉板10的下底面带有待打印零件的第n层切片信息，其中第一压粉板9下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板10下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤四：利用第一滑块11-1和第一导杆12-1将第一压粉板9向上移动，而后通过第一步进电机7-1和第一滑轨8-1移动第一压粉板9至第一供粉缸3-1的上方，吸附一层待吸附粉末材料A，然后移动第一压粉板9至成形缸2的成形面，向下压实粉末，断开第一压粉板9的吸引力，并移动第一压粉板9至起始位置；
步骤五：利用第二滑块11-2和第二导杆12-2将第二压粉板10向上移动，而后通过第二步进电机7-2和第二滑轨8-2移动第二压粉板10至第二供粉缸3-2的上方，吸附一层待吸附粉末材料B，然后移动第二压粉板10至成形缸2的成形面，向下压实粉末，断开第二压粉板11的吸引力，并移动第二压粉板10至起始位置；
步骤六：利用热源对成形缸2的成形面上铺设压实好的一层粉末进行扫描熔化成形；
步骤七：成形缸2向下移动一定层厚的距离，第一供粉缸3-1和第二供粉缸3-2分别向上移动一个层厚的距离；
步骤八：通过第一控制系统13、第二控制系统14分别使第一压粉板9、第二压粉板10的下底面带有待打印零件的第n+1层切片信息，其中第一压粉板9下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板10下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤九：重复上述步骤四到步骤八，逐层循环往复，最终成形出整个零件。
所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法在惰性气体环境下或真空环境下进行。
所述的步骤二中待吸附粉末是带静电粉末或带磁性粉末。
所述的步骤二中给予压粉板吸引力的方式是通过压粉板连接高压电源使压粉板带有静电吸引力，或通过在压粉板下表面贴附磁铁使压粉板带有磁性吸引力。
本发明具有以下有益效果：
由于本发明的单层多材料的面铺层系统可以不受待成形零件的形状与维度限制，可以快速成形任意多维度多材料的零件；由于采用吸引力的方式，将待吸附粉末材料吸附在压粉板上，可以将粉末材料压实于成形件表面，达到提高零件致密度的效果；由于移动式的面铺层系统运动速度快，移动过程不受阻力，可以快速的完成铺粉过程，可以实现精确控制铺粉量，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参照图1，一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，包括成形工作台面1，成形工作台面1下方中部设有一个成形缸2，成形缸2的两侧设有第一供粉缸3-1和第二供粉缸3-2，成形工作台面1上方两侧分别通过连接板4和桁架机构5固定连接，在连接板4和桁架机构5之间还连接有肋板6，桁架机构5上配置有第一滑轨8-1和第二滑轨8-2，第一滑轨8-1和第二滑轨8-2在垂直方向上平行布置，第一滑轨8-1和第一滑块11-1配合，第一滑块11-1上连接有第一导杆12-1，第一导杆12-1底端连接有第一压粉板9；第二滑轨8-2和第二滑块11-2配合，第二滑块11-2上连接有第二导杆12-2，第二导杆12-2底端连接有第二压粉板10，滑块和导杆可实现压粉板进行上下移动，第一压粉板9由连接在第一滑轨8-1一侧端部的第一步进电机7-1控制其进行左右移动，第二压粉板10由连接在第二滑轨8-2另一侧端部的第二步进电机7-2控制其进行左右移动，第一压粉板9和第一控制系统13连接，第二压粉板10和第二控制系统14连接，控制系统控制压粉板实现精确的吸粉功能。
所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法，包括以下步骤：
步骤一：将待打印零件的分层切片信息导出，对每一层的信息进行识别，其中包含待吸附粉末材料A的信息存入第一控制系统13中，包含待吸附粉末材料B的信息存入第二控制系统14中，待吸附粉末材料A和待吸附粉末材料B均为带静电粉末；
步骤二：将待吸附粉末材料A放置在第一供粉缸3-1内，将待吸附粉末材料B放置在第二供粉缸3-2内，第一压粉板9和第二压粉板10分别给予吸引力，给予吸引力的方式采用将第一压粉板9和第二压粉板10分别与高压电源连接，第一压粉板9所具有的极性与待吸附粉末材料A所带电荷极性相反，待吸附粉末材料A能够紧紧的吸附于第一压粉板9的下表面，第二压粉板10所具有的极性与待吸附粉末材料B所带电荷极性相反，待吸附粉末材料B能够紧紧的吸附于第二压粉板10的下表面；
步骤三：通过第一控制系统13和第二控制系统14分别使第一压粉板9和第二压粉板10的下底面带有待打印零件的第n层切片信息，其中第一压粉板10下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板10下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤四：利用第一滑块11-1和第一导杆12-1将第一压粉板9向上移动，而后通过第一步进电机7-1和第一滑轨8-1移动第一压粉板9至第一供粉缸3-1的上方，吸附一层待吸附粉末材料A，然后移动第一压粉板9至成形缸2的成形面，向下压实粉末，断开第一压粉板9的吸引力，并移动第一压粉板9至起始位置；
步骤五：利用第二滑块11-2和第二导杆12-2将第二压粉板10向上移动，而后通过第二步进电机7-2和第二滑轨8-2移动第二压粉板10至第二供粉缸3-2的上方，吸附一层待吸附粉末材料B，然后移动第二压粉板10至成形缸2的成形面，向下压实粉末，断开第二压粉板10的吸引力，并移动第二压粉板10至起始位置；
步骤六：利用热源对成形缸2的成形面上铺设压实好的一层粉末进行扫描熔化成形；
步骤七：成形缸2向下移动一定层厚的距离，第一供粉缸3-1和第二供粉缸3-2分别向上移动一个层厚的距离；
步骤八：通过第一控制系统13、第二控制系统14分别使第一压粉板9、第二压粉板10的下底面带有待打印零件的第n+1层切片信息，其中第一压粉板9下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板10下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤九：重复上述步骤四到步骤八，逐层循环往复，最终成形出整个零件。

Claims (5)

1.一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，包括成形工作台面(1)，其特征在于：成形工作台面(1)下方中部设有一个成形缸(2)，成形缸(2)的两侧设有第一供粉缸(3-1)和第二供粉缸(3-2)，成形工作台面(1)上方两侧分别通过连接板(4)和桁架机构(5)固定连接，桁架机构(5)上配置有第一滑轨(8-1)和第二滑轨(8-2)，第一滑轨(8-1)和第二滑轨(8-2)在垂直方向上平行布置，第一滑轨(8-1)和第一滑块(11-1)配合，第一滑块(11-1)上连接有第一导杆(12-1)，第一导杆(12-1)底端连接有第一压粉板(9)；第二滑轨(8-2)和第二滑块(11-2)配合，第二滑块(11-2)上连接有第二导杆(12-2)，第二导杆(12-2)底端连接有第二压粉板(10)，第一压粉板(9)由连接在第一滑轨(8-1)一侧端部的第一步进电机(7-1)控制其进行左右移动，第二压粉板(10)由连接在第二滑轨(8-2)另一侧端部的第二步进电机(7-2)控制其进行左右移动，第一压粉板(9)和第一控制系统(13)连接，第二压粉板(10)和第二控制系统(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将待打印零件的分层切片信息导出，对每一层的信息进行识别，其中包含待吸附粉末材料A的信息存入第一控制系统(13)中，包含待吸附粉末材料B的信息存入第二控制系统(14)中；
步骤二：将待吸附粉末材料A放置在第一供粉缸(3-1)内，将待吸附粉末材料B放置在第二供粉缸(3-2)内，第一压粉板(9)和第二压粉板(10)分别给予吸引力；
步骤三：通过第一控制系统(13)和第二控制系统(14)分别使第一压粉板(9)和第二压粉板(10)的下底面带有待打印零件的第n层切片信息，其中第一压粉板(9)下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板(10)下底面按照第n层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤四：利用第一滑块(11-1)和第一导杆(12-1)将第一压粉板(9)向上移动，而后通过第一步进电机(7-1)和第一滑轨(8-1)移动第一压粉板(9)至第一供粉缸(3-1)的上方，吸附一层待吸附粉末材料A，然后移动第一压粉板(9)至成形缸(2)的成形面，向下压实粉末，断开第一压粉板(9)的吸引力，并移动第一压粉板(9)至起始位置；
步骤五：利用第二滑块(11-2)和第二导杆(12-2)将第二压粉板(10)向上移动，而后通过第二步进电机(7-2)和第二滑轨(8-2)移动第二压粉板(10)至第二供粉缸(3-2)的上方，吸附一层待吸附粉末材料B，然后移动第二压粉板(10)至成形缸(2)的成形面，向下压实粉末，断开第二压粉板(11)的吸引力，并移动第二压粉板(10)至起始位置；
步骤六：利用热源对成形缸(2)的成形面上铺设压实好的一层粉末进行扫描熔化成形；
步骤七：成形缸(2)向下移动一定层厚的距离，第一供粉缸(3-1)和第二供粉缸(3-2)分别向上移动一个层厚的距离；
步骤八：通过第一控制系统(13)、第二控制系统(14)分别使第一压粉板(9)、第二压粉板(10)的下底面带有待打印零件的第n+1层切片信息，其中第一压粉板(9)下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料A的填充形状形成同等形状区域的吸引力，第二压粉板(10)下底面按照第n+1层信息中包含有待吸附粉末材料B的填充形状形成同等形状区域的吸引力；
步骤九：重复上述步骤四到步骤八，逐层循环往复，最终成形出整个零件。
3.根据权利要求2所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法,其特征在于：所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法在惰性气体环境下或真空环境下进行。
4.根据权利要求2所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法,其特征在于：所述的步骤二中待吸附粉末是带静电粉末或带磁性粉末。
5.根据权利要求2所述的一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统的快速成形方法,其特征在于：所述的步骤二中给予压粉板吸引力的方式是通过压粉板连接高压电源使压粉板带有静电吸引力，或通过在压粉板下表面贴附磁铁使压粉板带有磁性吸引力。
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