CN204366040U - 选择性激光烧结机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种选择性激光烧结机械，属于快速成型制造领域。选择性激光烧结机械包括送粉机构、回转机构、制造机构和激光器；送粉机构用于提供粉末；制造机构具有制造平台和第一驱动装置，第一驱动装置用于驱动制造平台做直线运动；回转机构用于通过平面回转运动将送粉机构提供的粉末刮起，并送至制造平台上，且将制造平台上的粉末抹平以形成粉末层；激光器位于制造平台的上方，用于提供激光以对制造平台上的粉末层进行烧结；其中，送粉机构和制造机构分列于回转机构的两侧。本实用新型通过上述技术方案使得落在制造平台上的粉末均匀，提高了铺粉厚度的一致性，从而提高了粉末熔化程度的一致性，提高了制造零件的品质。

Description

选择性激光烧结机械

技术领域

本实用新型属于快速成型制造领域，特别涉及一种选择性激光烧结机械。

背景技术

自从快速成型技术诞生以来，SLS(Selective Laser Sintering，选择性激光烧结)技术因可进行金属零件的快速制造而倍受关注，其以各种粉末材料(如石蜡、聚碳酸酯、石英砂、陶瓷以及金属等粉材)为加工对象，具体工艺过程：通过分层切片软件将零件CAD模型进行分割，形成若干个簿层平面。烧结成形时，首先用铺粉装置进行铺粉，然后激光根据层面的几何形状有选择地对材料进行扫描，使粉末熔化，并粘结在下层材料上，而未被激光扫描烧结的粉末则作为零件的支撑体。在完成一层烧结后，工作台下降一个切片厚度，重新铺粉、烧结，重复这样的过程，直到烧结出整个零件。

现有技术中，主要采用辊筒铺粉技术，在该技术中，通过一套喷粉工作，将金属粉末喷洒在工作平台上，再通过滚筒的滚压将粉末压实。由于落在工作平台上的粉末不均匀，所以不能保证在相同的激光扫描频率下，金属粉末的融化程度的一致性，降低了制造零件的品质。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种选择性激光烧结机械，其包括：送粉机构、回转机构、制造机构和激光器；所述送粉机构用于提供粉末；所述制造机构具有制造平台和第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述制造平台做直线运动；所述回转机构用于通过平面回转运动将所述送粉机构提供的粉末刮起，并送至所述制造平台上，且将所述制造平台上的粉末抹平以形成粉末层；所述激光器位于所述制造平台的上方，用于提供激光以对所述制造平台上的粉末层进行烧结；其中，所述送粉机构和所述制造机构分列于所述回转机构的两侧。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述回转机构包括：回转平台，与所述制造平台平行设置，用于提供支撑；第二驱动装置，用于提供驱动力；以及位于所述回转平台上方的铺粉摇臂，所述铺粉摇臂具有回转臂和固定于所述回转臂上的抹平刀口尺，所述回转臂与所述第二驱动装置的驱动件连接以在所述第二驱动装置驱动件的驱动下做平面回转运动，所述抹平刀口尺的下刃位于所述回转臂的下方且呈倾斜的平面状以在所述回转臂的带动下将所述送粉机构提供的粉末刮起并使所述粉末在所述回转平台上做圆周运动以将所述粉末送至所述制造平台上，然后将送至所述制造平台上的粉末抹平。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述回转平台上设置有通孔；所述第二驱动装置包括：步进电机，所述步进电机用于提供驱动力；以及减速器，所述减速器与所述步进电机的输出轴连接，所述减速器的输出轴穿过所述回转平台上的通孔与所述回转臂连接，所述减速器的输出轴为所述第二驱动装置的驱动件。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述第一驱动装置包括：用于提供驱动力的第一气缸，所述第一气缸的活塞杆与所述制造平台的底面连接。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述送粉机构包括：储粉罐，用于储存所述粉末；以及第三驱动装置，用于驱动所述粉末由所述储粉罐内移动至所述储粉罐外以为所述制造机构提供粉末。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述储粉罐的罐底设置有通孔；所述第三驱动装置包括：第一气缸，所述第一气缸的活塞杆的一端经所述储粉罐上的通孔伸入所述储粉罐内，所述第一气缸的底板与所述活塞杆的一端连接，且位于所述储粉罐内，所述底板上堆积着所述粉末。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述选择性激光烧结机械还包括：预加热装置；所述预加热装置用于提供热源以对所述制造平台上的粉末进行预热。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述预加热装置设置于所述制造平台的底面上，所述预加热装置包括：云母片，所述云母片的顶面与所述制造平台的底面接触；加热管，设置于所述云母片的底面上，用于提供热源；以及耐热腔，用于容纳所述云母片和所述加热管，固定于所述制造平台的底面上。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述选择性激光烧结机械还包括：密封罩；所述密封罩与所述送粉机构、回转机构和制造机构形成一密闭腔室；所述密封罩的罩顶上开有激光窗以利于所述激光器透过所述激光窗向所述制造平台上的粉末进行激光照射。

在如上所述的选择性激光烧结机械中，优选，所述激光窗镶嵌有呈平板状的石英玻璃。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过铺粉摇臂做平面回转运动将粉末刮起并送至制造平台上然后将制造平台上的粉末抹平，使得落在制造平台上的粉末均匀，提高了铺粉厚度的一致性，从而提高了粉末熔化程度的一致性，提高了制造零件的品质。

通过铺粉摇臂的平面回转运动完成铺粉工作，使得铺粉速度可控，铺粉时间短。

通过铺粉摇臂的平面回转运动还可以对于散落在回转平台上的无用粉末自动完成清除工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种选择性激光烧结机械的结构示意图；

图2为图1沿剖面线A-A剖视后的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种铺粉摇臂的结构示意图；

图4为图3沿剖面线B-B剖视后的结构示意图；

其中，图中符号说明如下：

1送粉机构、2制造机构、4激光器、5预加热装置、6密闭腔室、

10粉末、11储粉罐、12第二气缸、13底板、21制造平台、22第一气缸、

31回转平台、32铺粉摇臂、320回转臂、321抹平刀口尺、3210下刃、

33步进电机、34减速器、51云母片、52加热管、53耐热腔、

61石英玻璃、62密封圈、63排尘口、H竖直方向、L长度方向。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-4，本实用新型实施例提供了一种选择性激光烧结机械，其包括：送粉机构1、制造机构2、回转机构和激光器4。送粉机构1用于提供粉末10，粉末可以为金属粉末，也可以为非金属粉末。根据选择性激光烧结技术的要求，送粉机构1将加工待制造零件所需要的粉末分多次提供，每次提供加工待制造零件所需要粉末的一部分。制造机构2用于提供制造场所，待制造的零件在其上完成烧结过程，其具有：制造平台21和第一驱动装置。制造平台21为制造场所，第一驱动装置用于驱动制造平台21做直线运动。回转机构用于通过平面回转运动将送粉机构1提供的粉末刮起，并送至制造平台21上，且将制造平台21上的粉末抹平以形成粉末层。由于待制造的零件由多层粉末层依次烧结而成，因此粉末层的厚度优选为0.05～0.30mm，进一步优选为0.1mm，即将送粉机构1每次提供的粉末在制造平台21上抹平后会形成0.1mm厚的粉末层。激光器4位于制造平台21的上方，用于发射激光以对制造平台21上的粉末层进行烧结，实际中，激光器按照待制造零件的加工要求对粉末层进行选择性烧结。送粉机构1和制造机构2分列于回转机构的两侧，如图1所示，送粉机构1位于回转机构的左侧，制造机构2位于回转机构的右侧。

具体地，回转机构包括：回转平台31、铺粉摇臂32和第二驱动装置。回转平台31与制造平台21平行设置，在铺粉摇臂32做平面回转运动的过程中，为粉末提供支撑，回转平台31与做直线运动前的制造平台21和做直线运动后的制造平台均呈水平设置，参见图1，铺粉摇臂在水平面内做平面回转运动，制造平台21在第一驱动装置的驱动下沿竖直方向H做直线运动。第二驱动装置用于提供驱动力，优选，送粉机构和制造机构分列于第二驱动装置的驱动件的两侧。铺粉摇臂32位于回转平台31的上方，其具有回转臂320和抹平刀口尺321。回转臂320与第二驱动装置的驱动件连接以在第二驱动装置驱动件的驱动下做平面回转运动。抹平刀口尺321固定于回转臂320上，其下刃3210位于回转臂320的下方，且呈倾斜的平面状，即下刃与制造平台所在平面之间的夹角为锐角以利于将送粉机构提供的粉末刮起，然后使粉末随着回转臂的平面回转运动在回转平台上做圆周运动以送至制造平台上，当送至制造平台上时，依靠倾斜的下刃3210将在制造平台上的粉末抹平并压实。下刃3210的长度方向与回转臂的长度方向L一致，下刃的长度优选大于等于制造平台的长度和储粉罐的长度。下刃的底端与回转平台接触。参见图2，回转平台的中心处开有通孔，第二驱动装置的驱动件伸出通孔外与回转臂旋转配合，在回转平台中心处通孔的两侧分别开有送粉孔和制粉孔，送粉机构和制造机构分别位于第二驱动装置的驱动件的两侧，送粉机构提供的粉末露出送粉孔外后被铺粉摇臂刮起，然后在铺粉摇臂的平面回转运动下在回转平台上做圆周运动，制造机构的制造平台在第一驱动装置的驱动下伸出或缩回制粉孔，当制造平台缩回制粉孔后，执制造平台与回转平台之间留有间隙，以使粉末移动至制粉孔处后落入该间隙内，并被铺粉摇臂抹平。

应用时，铺粉摇臂32的第二驱动装置的驱动下，进行平面回转运动。在回转运动过程中将送粉机构1提供的粉末刮起并移送到制造平台21上，由于铺粉摇臂32上的抹平刀口尺321的下端有一个倾斜的角度，所以在推动粉末回转的过程中，在合力F₃力的作用下粉末颗粒不会被扬起，因此，效率较高，作业面比较干净。分力F₁为粉末推进力使得粉末随着铺粉摇臂做圆周运动，分力F₂为粉末压紧力使当粉末经过制造平台的间隙(即制造平台与抹平刀口尺下端的回转平面形成的间隙)时，推动粉末向下填平间隙并压实，利用抹平刀口尺的下刃3210将粉末抹平。

为了便于有效控制铺粉摇臂32做平面回转运动的速度及铺粉摇臂的铺粉时间，第二驱动装置包括：步进电机33和减速器34。步进电机33用于提供驱动力，其输出轴与减速器34连接；减速器34用于对步进电机提供的转速进行减速以满足做平面回转运动的速度要求，其输出轴作为第二驱动装置的驱动件，减速器的输出轴的自由端穿过回转平台31上设置的通孔与回转臂320旋转配合。即步进电机33通过减速器34减速后，驱动与减速器34输出轴连接的回转臂320做平面回转运动，进而带动抹平刀口尺321做平面回转运动，从而使抹平刀口尺321在通过送粉机构1时将送粉机构1提供的粉末刮起，然后在通过制造平台21时，将刮起的粉末放在制造平台21上，并抹平形成粉末层，即完成铺粉工作。

第一驱动装置包括：位于制造平台21下方的第一气缸22，采用第一气缸22作为制造平台21的驱动装置可降低生产成本。第一气缸22的活塞杆与制造平台21的底面连接以使制造平台21在第一气缸22的驱动下沿竖直方向H做直线运动。实际中，根据待制造零件的加工工艺要求，制造平台21在第一气缸22的驱动下优选沿竖直方向H向下运动，送粉机构1分多次提供粉末，则制造平台21分多次向下运动，即每次向下运动一定距离。

送粉机构1包括：储粉罐11和第三驱动装置。储粉罐11用于储存粉末。储粉罐11的罐顶与回转平台31的顶面同在一水平面上。第三驱动装置用于将粉末由储粉罐11内驱动至储粉罐11外以为制造机构2提供粉末。实际中，根据待制造零件的加工工艺要求，送粉机构1为制造机构2多次提供粉末以完成零件的制造，每次将储粉罐11内的一部分粉末由储粉罐11内驱动至储粉罐11外。在其他的实施例中，第一驱动装置和第三驱动装置还可以为滚珠丝杠驱动装置或齿轮驱动装置。

第三驱动装置包括第二气缸12和底板13，采用第二气缸作为第三驱动装置可降低生产成本。第二气缸12的活塞杆的一端穿过储粉罐11罐底上设置的通孔伸入储粉罐11内，并与底板13的底面连接。底板13以水平方式设置于储粉罐内，底板13的顶面上堆积着粉末，底板13的侧面与储粉罐11的罐壁接触，优选在底板13的侧面与储粉罐11的罐壁之间设置有密封圈以提高密封性。在其他的实施例中，底板13还可以为第二气缸12的活塞。

选择性激光烧结机械还包括：预加热装置5，其用于提供热源以对制造平台21上的粉末进行预热。通过预加热装置5对制造平台21上的粉末进行预加热，可以提高激光烧结的速度，从而提高了生产效率。

具体地，预加热装置5设置于制造平台21的底面上以提高加热效率和避免设置的预加热装置对铺粉摇臂32的平面回转运动造成干扰，其优选包括：云母片51、加热管52和耐热腔53。云母片51设置于制造平台21的底面上，其顶面与制造平台21的底面接触；加热管52设置于云母片51的底面上，用于提供热源；耐热腔53用于容纳云母片51和加热管52，固定于制造平台21的底面上，可以防止预加热过程中热量的散失。

选择性激光烧结机械还包括：密封罩，其与送粉机构、回转机构和制造机构形成一密闭腔室6，具体地，密封罩与送粉机构1的储粉罐11的罐壁、制造机构2的制造平台21和回转机构的回转平台31形成一密闭空间，如此可以避免粉末对周围环境的污染以及周围环境对加工过程中的粉末进行破坏，例如使粉末氧化。密封罩与制造平台、回转平台的连接处设置有密封圈62以增强密闭腔室的密封性。在密封罩的罩壁上开有用于排尘的排尘口63。在密封罩的罩顶上开有激光窗以利于激光器4透过激光窗向制造平台上的粉末进行激光照射。为了利于激光从激光窗透射进密闭腔室内，在激光窗上镶嵌有呈平板状的石英玻璃61。

下面对选择性激光烧结机械的工作过程进行详细说明：

根据待制造零件的高度要求，确定每次循环制造的零件高度，以按照每一循环制造0.1mm零件的速度(即每次烧结的厚度为0.1mm或激光烧结节拍为0.1mm)为例进行说明。

送粉机构按照激光烧结节拍将储粉罐中储存的一部分金属粉末或非金属粉末送至储粉罐的罐顶外以高于回转平台的表面。通过制造机构的第一气缸的下降(例如可以每次下降0.1mm)，使得连接在第一气缸上的制造平台与回转平台之间形成一个0.1mm的高度差。向回转机构的步进电机发出指令，步进电机通过减速器减速后，通过连接在减速器输出轴上的铺粉摇臂进行平面回转运动，铺粉摇臂在通过储粉罐时，将金属粉末或非金属粉末从储粉罐顶部刮起并通过回转运动送至制造平台，并抹平。由于制造平台与回转平台之间有一个0.1mm的高度差，所以能够容纳0.1mm厚度的金属或非金属粉末，在抹平后形成厚度为0.1mm的粉末层。然后通过预加热装置对铺在制造平台上的金属或非金属粉末进行预热以便提高激光烧结的速度，从而提高生产效率。再使激光器透过石英玻璃对已经预热的金属或非金属粉末进行选择型烧结。按照上述过程循环多次，直至完成整个零件的制造工作。

换言之，由于每一制造循环过程中，储粉罐内的活塞会顶出的一定量的金属粉末或非金属粉末，并使之高出铺粉摇臂抹平刀口尺下端的回转平面；同时，制造平台在其下部连接活塞的带动下，下降一段距离(0.1mm)，使之与铺粉摇臂抹平刀口尺下端的回转平面形成间隙。铺粉摇臂在回转运动过程中，将储粉罐中高出回转平面的粉末利用抹平刀口尺从储粉缸的顶部刮起，推送至制造平台与回转平面的间隙处，并利用抹平刀口尺的斜面产生的向下的压紧力的作用下，将粉末压实在制造平台上，即完成了铺粉工作。按照上述过程循环多次，直至完成整个零件的制造工作。

综上所述，本实用新型实施例的有益效果如下：

通过铺粉摇臂做平面回转运动将粉末刮起并送至制造平台上然后将制造平台上的粉末抹平，使得落在制造平台上的粉末均匀，提高了铺粉厚度的一致性，从而提高了粉末熔化程度的一致性，提高了制造零件的品质。

通过铺粉摇臂的平面回转运动完成铺粉工作，使得铺粉速度可控，铺粉时间短。

通过铺粉摇臂的平面回转运动还可以对于散落在回转平台上的无用粉末自动完成清除工作。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (10)

1.一种选择性激光烧结机械，其特征在于：所述选择性激光烧结机械包括：送粉机构、回转机构、制造机构和激光器；

所述送粉机构用于提供粉末；

所述制造机构具有制造平台和第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述制造平台做直线运动；

所述回转机构用于通过平面回转运动将所述送粉机构提供的粉末刮起，并送至所述制造平台上，且将所述制造平台上的粉末抹平以形成粉末层；

所述激光器位于所述制造平台的上方，用于提供激光以对所述制造平台上的粉末层进行烧结；

其中，所述送粉机构和所述制造机构分列于所述回转机构的两侧。

2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述回转机构包括：

回转平台，与所述制造平台平行设置，用于提供支撑；

第二驱动装置，用于提供驱动力；以及

位于所述回转平台上方的铺粉摇臂，所述铺粉摇臂具有回转臂和固定于所述回转臂上的抹平刀口尺，所述回转臂与所述第二驱动装置的驱动件连接以在所述第二驱动装置驱动件的驱动下做平面回转运动，所述抹平刀口尺的下刃位于所述回转臂的下方，且呈倾斜的平面状以在所述回转臂的带动下将所述送粉机构提供的粉末刮起并使所述粉末在所述回转平台上做圆周运动以将所述粉末送至所述制造平台上，然后将送至所述制造平台上的粉末抹平。

3.根据权利要求2所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述回转平台上设置有通孔；

所述第二驱动装置包括：

步进电机，所述步进电机用于提供驱动力；以及

减速器，所述减速器与所述步进电机的输出轴连接，所述减速器的输出轴穿过所述回转平台上的通孔与所述回转臂连接，所述减速器的输出轴为所述第二驱动装置的驱动件。

4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述第一驱动装置包括：

用于提供驱动力的第一气缸，所述第一气缸的活塞杆与所述制造平台的底面连接。

5.根据权利要求1所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述送粉机构包括：

储粉罐，用于储存所述粉末；以及

第三驱动装置，用于驱动所述粉末由所述储粉罐内移动至所述储粉罐外以为所述制造机构提供粉末。

6.根据权利要求5所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述储粉罐的罐底设置有通孔；

所述第三驱动装置包括：

第一气缸，所述第一气缸的活塞杆的一端经所述储粉罐上的通孔伸入所述储粉罐内，所述第一气缸的底板与所述活塞杆的一端连接，且位于所述储粉罐内，所述底板上堆积着所述粉末。

7.根据权利要求1所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述选择性激光烧结机械还包括：预加热装置；

所述预加热装置用于提供热源以对所述制造平台上的粉末进行预热。

8.根据权利要求7所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述预加热装置设置于所述制造平台的底面上，所述预加热装置包括：

云母片，所述云母片的顶面与所述制造平台的底面接触；

加热管，设置于所述云母片的底面上，用于提供热源；以及

耐热腔，用于容纳所述云母片和所述加热管，固定于所述制造平台的底面上。

9.根据权利要求1所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述选择性激光烧结机械还包括：密封罩；

所述密封罩与所述送粉机构、回转机构和制造机构形成一密闭腔室；

所述密封罩的罩顶上开有激光窗以利于所述激光器透过所述激光窗向所述制造平台上的粉末进行激光照射。

10.根据权利要求9所述的选择性激光烧结机械，其特征在于，所述激光窗镶嵌有呈平板状的石英玻璃。