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1. (WO2019029022) PARTITIONED LIFTING FORMING TYPE SELECTIVE LASER MELTING WORKBENCH
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7  

附图

0001   0002   0003   0004  

说明书

发明名称 : 分区升降成形式选择性激光熔化工作台

技术领域

[0001]
本发明涉及选择性激光熔化技术领域,特别涉及一种分区升降成形式选择性激光熔化工作台。

背景技术

[0002]
选择性激光熔化,又称SLM,是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在高激光能量密度作用下,金属粉末完全熔化,经散热冷却后实现与固体金属冶金焊合成型,选择性激光熔化正是通过此过程,层层累积成型出三维实体。根据成型件三维CAD模型的分层切片信息,扫描系统控制激光束作用于待成型区域内的粉末,一层扫描完毕后,工作平台会下降一个层后的距离接着送粉系统输送一定量的粉末,铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。然后,重复上述两个成型过程,直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。
[0003]
现有技术中,选择性激光熔化设备用于激光烧结成形工件的工作台多为一体式结构,通过一体式结构工作台的整体下降进行铺粉,并进行工件烧结成形,而基于选择性激光熔化逐层加工的工艺特点,在一体式升降成形工作台上,无论是成形多大尺寸的薄壁零件,粉末最终都要填满整个成形工作台下降的高度,因此,在工件烧结成形过程中就需要使用大量的粉末,粉末虽然可回收使用,但是也造成大量的粉末,并含有烟尘,不但降低了粉末的质量,粉末成本投入大,而且激光系统对粉尘的敏感性极强,粉尘度过高很容易造成较大的伤害。
[0004]
因此,需要对现有的选择性激光熔化的工作台进行改进,使其可根据加工零件的尺寸,分区域选择成形工作区域,减少粉末的使用量,以降低粉末的投入成本,并减少烟尘的产生。
[0005]
发明内容
[0006]
有鉴于此,本发明提供一种分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其可根据加工零件的尺寸,分区域选择成形工作区域,减少粉末的使用量,以降低粉末的投入成本,并减少烟尘的产生。
[0007]
本发明的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,至少包括用于铺粉并工件烧结成形的成形台,成形台包括成形内基台和外套于成形内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个成形外基台,成形内基台和每一成形外基台均以可升降的方式设置,成形内基台或成形外基台单独下降、或者成形外基台与相邻成形外基台或/和成形内基台共同下降均可形成用于激光烧结成形工件的待铺粉区域。
[0008]
进一步,还包括设置在成形台沿铺粉方向至少一侧外侧并用于供粉的供粉台,供粉台包括供粉内基台和外套于供粉内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个供粉外基台,供粉内基台和每一供粉外基台均以可升降的方式设置,供粉内基台或供粉外基台单独上升、或者供粉外基台与相邻供粉外基台或/和供粉内基台共同上升均可形成用于与待铺粉区域相对应的供粉区域。
[0009]
进一步,成形内基台和供粉内基台为圆柱体、三棱柱、正方体或长方体中相同的一种,每一成形外基台和每一供粉外基台分别为与成形内基台和供粉内基台形状一一对应的空心结构。
[0010]
进一步,成形内基台、每一成形外基台、供粉内基台和每一供粉外基台的底部分别设置有至少一个用于驱动其各自升降的驱动装置。
[0011]
进一步,供粉台为分列成形台在铺粉方向两侧设置的两个。
[0012]
进一步,还包括控制系统,控制系统包括:
[0013]
输入单元,用于输入待成形工件模型的尺寸数据;
[0014]
控制单元,控制单元与输入单元连接用于接收用户输入信号,根据输入信号判断并确定待铺粉区域和供粉区域,并控制与已确定的待铺粉区域和供粉区域相对应的驱动装置工作。
[0015]
进一步,驱动装置为液压油缸,所述控制系统还包括由控制单元控制并对应每一液压油缸设置一组的液压驱动系统,每一所述液压驱动系统包括:
[0016]
与控制单元连接并将自控制单元传输的运动参数数据转换为模拟信号输出的数字放大器;
[0017]
与数字放大器连接并用于接收模拟信号对液压油缸的运动方向和液压油流量进行控制的比例换向阀;
[0018]
设置在液压油缸上用于检测活塞杆位移信息的位移传感器,位移传感器的信号输出端与数字放大器的信号输入端相连接。
[0019]
本发明的有益效果:本发明的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,成形台的成形内基台和成形外基台均为可升降结构,由于成形外基台外套设置于成形外基台外侧并为沿径向自内向外依次排列设置的至少一个,这样,整体的成形台(即成形内基台和所有成形外基台)可共同形成一个整体的成形加工平台,当零件为特形零件(如环形零件等)时,可根据待成形零件的模型尺寸需要将成形内基台单独下降、或将单一的成形外基台单独下降、或成形外基台与相邻成形外基台或/和成形内基台共同下降,均可形成用于加工零件成形的待铺粉区域;由于待铺粉区域是由下降造成的,这样在铺粉时,粉末在刮刀的作用下仅落入待铺粉区域内,形成分区域升降成形工作台结构,这样就使得成形台整体除形成的待铺粉区域之外的非加工区域不再全面覆盖粉末,从而大大减少了粉末的需求量,提高了粉末的使用效率,且减少了激光熔化设备成形仓内粉尘的产生。

附图说明

[0020]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0021]
图1为本发明整体结构俯视示意图;
[0022]
图2为本发明在成形较小尺寸薄壁零件时的工作状态示意图;
[0023]
图3为本发明在成形较大尺寸薄壁零件时的工作状态示意图;
[0024]
图4液压驱动系统控制原理图。

具体实施方式

[0025]
图1为本发明整体结构俯视示意图,图2为本发明在成形较小尺寸薄壁零件时的工作状态示意图,图3为本发明在成形较大尺寸薄壁零件时的工作状态示意图,如图所示:本实施例的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,至少包括用于铺粉并工件烧结成形的成形台1,成形台1包括成形内基台1-1和外套于成形内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个成形外基台1-2,成形内基台1-1和每一成形外基台1-2均以可升降的方式设置,成形内基台1-1或成形外基台1-2单独下降、或者成形外基台1-2与相邻成形外基台1-2或/和成形内基台1-1共同下降均可形成用于激光烧结成形工件的待铺粉区域2;本实施例的工作台可使用于实体的零件,也可使用于内部中空的薄壁零件,其中,成形内基台1-1和成形外基台1-2为沿径向依次外套设置,在径向上自内而外形成多重结构,并最内端的成形外基台1-2与成形内基台1-1、相邻之间的成形外基台1-2之间的均为紧贴设置,在本实施例中,成形外基台1-2设置三个,当然其也可一个、两个或大于三个的整数个,其中,成形内基台1-1和每一成形外基台1-2均为可上下升降设置;当使用于实体的零件时,可通过内基体与相邻的成形外基台1-2共同下降形成待铺粉区域2,或成形台1整体下降形成待铺粉区域2,当使用于内中空的环形薄壁零件烧结成形时,根据待成形零件3模型的大小尺寸需要,成形内基台1-1可单独下降形成铺粉区域,或者每一成形外基台1-2单独下降形成待铺粉区域2,当成形零件模型的较大且薄壁较厚时,可通过两个或多于两个的相邻的成形外基台1-2的共同下降形成待铺粉区域2,当然,成形零件模型的整体尺寸较小但薄壁较厚时,也可通过成形内基台1-1与其相邻的成形外基台1-2共同下降形成待铺粉区域2;总之,根据实际需要,选择成形内基台1-1与成形外基台1-2的下降区域。
[0026]
本实施例中,还包括设置在成形台1沿铺粉方向至少一侧外侧并用于供粉的供粉台4,供粉台4包括供粉内基台4-1和外套于供粉内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个供粉外基台4-2,供粉内基台4-1和每一供粉外基 台4-2均以可升降的方式设置,供粉内基台4-1或供粉外基台4-2单独上升、或者供粉外基台4-2与相邻供粉外基台4-2或/和供粉内基台4-1共同上升均可形成用于与待铺粉区域2相对应的供粉区域5;与成形台1原理相仿,供粉内基台4-1与供粉外基台4-2同样构成沿径向依次外套排列设置的多重结构,并最内端的供粉外基台4-2与供粉内基台4-1、相邻之间的供粉外基台4-2之间的均为紧贴设置,且供粉内基台4-1和供粉外基台4-2均为可上下升降设置,其中,在本实施例中,供粉外基台4-2设置三个,当然,其也可一个、两个或大于三个的整数个;同样根据待加工零件的模型的尺寸,供粉内基台4-1和供粉外基台4-2进行选择上升以组成不同大小并适应不同尺寸的供粉区域5,且在实际加工过程中,供粉区域5与待铺粉区域2形成一一对应关系。
[0027]
本实施例中,成形内基台1-1和供粉内基台4-1为圆柱体、三棱柱、正方体或长方体中相同的一种,每一成形外基台1-2和每一供粉外基台4-2分别为与成形内基台1-1和供粉内基台4-1形状一一对应的空心结构;在本实施例中,成形内基台1-1和供粉内基台4-1均为实心的圆柱体结构,其中,成形内基台1-1的直径大小小于或等于供粉内基台4-1直径尺寸,成形外基台1-2和供粉外基台4-2均为环形的空心结构,成形内基台1-1、供粉内基台4-1、成形外基台1-2和供粉外基台4-2的上下升降均以相邻的基台为导向。
[0028]
本实施例中,成形内基台1-1、每一成形外基台1-2、供粉内基台4-1和每一供粉外基台4-2的底部分别设置有至少一个用于驱动其各自升降的驱动装置6;驱动装置6为伸长液压缸,对应成形内基台1-1和供粉内基台4-1各设置一个伸长液压缸,对应每一成形外基台1-2和供粉外基台4-2分别设置两个呈径向对称的伸长液压缸。
[0029]
本实施例中,供粉台4为分列成形台1在铺粉方向两侧设置的两个;即在成形台1的两侧各设置一个供粉台4,以方便在两侧均可使用刮刀7将粉末刮至待铺粉区域2内。
[0030]
本实施例中,还包括控制系统,控制系统包括:
[0031]
输入单元9,用于输入待成形工件模型的尺寸数据;输入单元9可为工业电脑,或其他用于接收用户输入数据的输入装置;
[0032]
控制单元10,控制单元与输入单元9连接用于接收用户输入信号,根据输入信号判断并确定待铺粉区域2和供粉区域5,并控制与已确定的待铺粉区域2和供粉区域5相对应的驱动装置6工作;控制单元为可编程控制器,通常为单片机,控制单元接收用户的输入数据并将其转换为对应驱动装置的运动参数,具体转换过程通过现有技术实现,在此不涉及该部分的改进。
[0033]
本实施例中,驱动装置为液压油缸,所述控制系统还包括由控制单元控制并对应每一液压油缸设置一组的液压驱动系统,每一所述液压驱动系统包括:
[0034]
与控制单元连接并将自控制单元传输的运动参数数据转换为模拟信号输出的数字放大器11;
[0035]
与数字放大器连接并用于接收模拟信号对液压油缸的运动方向和液压油流量进行控制的比例换向阀12;
[0036]
设置在液压油缸上用于检测活塞杆位移信息的位移传感器13,所述位移传感器的信号输出端与所述数字放大器的信号输入端相连接;
[0037]
其中,每一液压驱动系统都包括有数字放大器、位移传感器和比例换向阀,数字放大器为集成式结构,每一液压驱动系统通过各自的数字放大器与控制单元进行数据连接,输入单元9根据用户输入的模型数据发出指令,控制单元经过数据处理,将控制各个液压驱动系统的运动参数传送给对应液压驱动系统的数字放大器,数字放大器对接收到的运动参数数据进行数据转换,将相应的模拟信号输送给比例换向阀,比例换向阀对液压油缸进行方向和液压油流量的控制,位移传感器将活塞杆的位置信息进行反馈至数字放大器,从而形成闭环控制。
[0038]
以加工圆环形薄壁零件为例,对本发明的工作台的工作原理进行说明:工作台为多重圆环形升降工作台,供粉台4加装粉末,成形台1成形在激光振镜8的作用下成形零件,加工过程中,供粉台4向上运动供粉,成形台1下降一个层 厚,刮刀7将粉末从供粉台4铺展到成形台1上,成形台1和供粉台4的升降由液压缸驱动,工作台移动导向依靠各圆环形基台之间的配合。
[0039]
当加工不同尺寸大小的圆形薄壁零件时,激光振镜8系统可扫描成形台1自成形内基台1-1至最外部成形外基台1-2的整体范围,当加工圆环形薄壁零件的形状尺寸在成形内基台1-1区域范围内时,加工之前,供粉台4与供粉内基台4-1相对应设置的液压缸驱动供粉内基台4-1下降加装粉末,加工开始后,供粉内基台4-1区域上升供粉,成形内基台1-1在其对应设置的液压缸的驱动下下降一个层厚,刮刀7移动,将供粉内基台4-1区域的粉末铺展到成形内基台1-1的区域内,激光振镜8系统选择性照射烧结粉末,烧结完一层之后,刮刀7复位,继续刮粉,如此反复,成形薄壁件实体;当加工薄壁零件的形状尺寸在成形台1的一个成形外基台1-2区域范围内时,加工之前供粉台4与成形外基台1-2区域位置相对应的供粉外基台4-2下降加装粉末,加工开始后,已下降的供粉外基台4-2区域上升供粉,成形外基台1-2同步下降一个层厚,刮刀7移动,将供粉外基台4-2区域的粉末铺展到成形外基台1-2的下降区域内,激光振镜8系统选择性照射烧结粉末,烧结完一层之后,刮刀7复位,继续刮粉,如此反复,成形薄壁件实体。同理,其余成形外基台1-2、以及成形外基台1-2与相邻成形外基台1-2或/和成形内基台1-1区域成形工件的原理与上述相同。
[0040]
通过本发明的分区升降成形式选择性激光熔化工作台可根据待成形薄壁零件的尺寸,分区域升降供粉台4、分区域升降成形台1,以形成适用不同尺寸大小的待成形零件3,大大减少了粉末的需求量,并提高了粉末使用效率。
[0041]
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

权利要求书

[权利要求 1]
一种分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:至少包括用于铺粉并工件烧结成形的成形台,所述成形台包括成形内基台和外套于成形内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个成形外基台,所述成形内基台和所述每一成形外基台均以可升降的方式设置,所述成形内基台或所述成形外基台单独下降、或者成形外基台与相邻成形外基台或/和成形内基台共同下降均可形成用于激光烧结成形工件的待铺粉区域。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:还包括设置在成形台沿铺粉方向至少一侧外侧并用于供粉的供粉台,所述供粉台包括供粉内基台和外套于供粉内基台并沿径向自内向外依次外套排列设置的至少一个供粉外基台,所述供粉内基台和所述每一供粉外基台均以可升降的方式设置,所述供粉内基台或所述供粉外基台单独上升、或者供粉外基台与相邻供粉外基台或/和供粉内基台共同上升均可形成用于与待铺粉区域相对应的供粉区域。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:所述成形内基台和所述供粉内基台为圆柱体、三棱柱、正方体或长方体中相同的一种,每一所述成形外基台和每一所述供粉外基台分别为与成形内基台和供粉内基台形状一一对应的空心结构。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:所述成形内基台、每一所述成形外基台、所述供粉内基台和每一所述供粉外基台的底部分别设置有至少一个用于驱动其各自升降的驱动装置。
[权利要求 5]
根据权利要求1-4任一权利要求所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:所述供粉台为分列所述成形台在铺粉方向两侧设置的两个。
[权利要求 6]
根据权利要求5所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:还包括控制系统,所述控制系统包括: 输入单元,用于输入待成形工件模型的尺寸数据; 控制单元,控制单元与输入单元连接用于接收用户输入信号,根据输入信号判断并确定待铺粉区域和供粉区域,并控制与已确定的待铺粉区域和供粉区域相对应的驱动装置工作。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的分区升降成形式选择性激光熔化工作台,其特征在于:所述驱动装置为液压油缸,所述控制系统还包括由控制单元控制并对应每一液压油缸设置一组的液压驱动系统,每一所述液压驱动系统包括: 与控制单元连接并将自控制单元传输的运动参数数据转换为模拟信号输出的数字放大器; 与数字放大器连接并用于接收模拟信号对液压油缸的运动方向和液压油流量进行控制的比例换向阀; 设置在液压油缸上用于检测活塞杆位移信息的位移传感器,所述位移传感器的信号输出端与所述数字放大器的信号输入端相连接。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]