[发明专利]粉末材料激光烧结成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末材料激光烧结成形装置，属于3D打印增材制造技术领域。

背景技术

近年来，3D打印技术以其独特的优势在学术界、产业界掀起了一股3D打印热潮。3D打印是根据三维模型，以高分子塑料、光敏树脂、金属粉末、覆膜粉体等材料为原料，通过逐层叠加材料的原理来实现三维模型的制造，集CAD，机械自动化等技术于一体，具有快速性、高柔性、高效性等特点，特别适合于制造小批量的复杂结构模型，其产品己在汽车制造、航空航天等领域有所应用。

选择性激光烧结（SLS）技术属于3D打印技术的一种，SLS是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。

其整个工艺过程为：工作时粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由铺粉辊将粉末在成型缸上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。烧结完成一层后，成型缸活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。SLS成形突出的优点在于它所使用的成形材料广泛，目前，可成功进行SLS成形加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末等及其复合粉末材料。由于SLS成形材料品种多、用料节省、成形件性能优良、以及SLS成形无需支撑，所以SLS的应用越来越广泛。

目前SLS成形过程中，仍存在以下问题需要解决：①铺粉质量难以监测。铺粉好坏对成形件质量具有重要影响，当铺粉不均时，容易引起成形件内部缺陷，从而降低产品质量，甚至出现废品。

②成形过程中成形件是否发生翘曲变形难以监测，成形过程中，当零件发生翘曲变形时，如果不能及时发现，及时调整工艺参数，将会使变形程度越来越严重，从而导致成形失败。

③成形粉末预热不均匀、预热温度精度低，在铺粉过程中对粉末的预热主要有两个热源，一是成形件本身对所铺粉末的预热，二是预热系统对粉末的预热。由于成形件尺寸不同，不同部位温度分布不同，对所铺粉末的预热不均匀。同时预热系统难以补偿由于成形件本身对所铺粉末引起的预热不均，因此最终导致成形粉末预热不均，预热温度控制精度不够，从而影响成形件质量，更有甚者难以成形。

④成形腔内气体保护系统进气不均匀，成形过程中，有些粉末需要进行气体保护防止氧化，然而SLS成形过程中，如果成形腔中保护气分布不均匀，将会使成形件发生氧化，从而影响成形件质量。

⑤由于存在以上问题，一台设备难以成形不同的粉末。例如尼龙对粉末预热温度控制精度要求非常严格，就需要高精度的预热系统；有些粉末成形过程中需要进行气体保护，防止成形件氧化，就需要安装气体保护系统。目前开发的SLS成形设备主要是针对特定的成形粉末，难以满足多种不同的粉末成形。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种操作简单，铺粉效率高，铺粉效果好，适用范围广的粉末材料激光烧结成形装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为粉末材料激光烧结成形装置，包括成型腔体，所述成型腔体下部设置有集料缸、成型缸和供粉缸，所述成型缸位于集料缸和供粉缸之间，所述集料缸、成型缸和供粉缸内均设置有液压油缸，所述液压油缸的活塞杆上设置有推料挡板，所述成型腔体的中部设置有铺粉滑轨，滚筒架滑动安装在铺粉滑轨上，所述滚筒架上安装有铺粉滚筒，铺粉滚筒的一侧设置有滚筒驱动电机，所述滚筒架上还设置有滚筒架丝杠，所述滚筒架丝杠的端部设置有滚筒架驱动电机，所述成型腔体上部设置有预热导轨，预热壳体通过预热支架滑动安装在预热导轨上，所述预热壳体内设置有预热棒，预热壳体外设置有红外测温仪，且预热壳体内壁设置有反光板，所述成型腔体的顶部设置有激光扫描系统，所述成型腔体侧壁上设置有进排气装置，所述液压油缸、滚筒架驱动电机、预热棒、红外测温仪和激光扫描系统均与主控系统相连接。

优选的，所述进排气装置主要由设置在成型腔体侧壁上的多个进气罩和排气装置，所述进气罩、排气装置均通过进气管道、排气管道与气体循环装置相连接，氧气传感器安装在成型腔体的内壁上，所述进气循环装置、氧气传感器与主控系统相连接。

优选的，所述铺粉滚筒内设置有铺粉加热棒和铺粉测温电偶，滚筒架的两侧分别设置有红外线发射装置和红外线接收装置，所述铺粉加热棒、铺粉测温电偶、红外线发射装置和红外线接收装置均与主控系统相连接。