[实用新型]一种用于金属增材制造的垂直力浮动铺粉刮刀装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光选区融化成型装置,更具体地说，它涉及一种应用于激光选区烧结设备中的铺粉刮刀装置。

背景技术

金属增材制造，也称为激光选区融化成型技术，是目前新兴的一种快速制造工艺，其工作原理为利用现有的CAD/CAM软件对激光束的路径进行设计，并在充满惰性保护气体的密闭的成型舱内按层铺设金属粉末，控制激光束按照设计路径扫描按层分布的金属粉末得到成型件的单层形状；紧接着，控制成型缸下降一层厚的距离，铺粉装置重新铺粉并重复上述成型过程，如此往复最终堆叠成具有特定几何形状的金属零件。

在金属增材制造过程中，评价成品质量的几个关键指标分别为致密度、精度以及表面粗糙度等，而这些重要指标均受到铺粉质量的影响。当铺粉平整时，金属粉末形成的粉床对激光束的吸收平稳，获得的成型产品的表面平整；当粉床的上表面凹凸不平时，其吸收激光束的能力也不一致，烧结成型的产品表面凹凸不平，产品的致密度、表面质量均难以保证。因此，铺粉的效果需要通过结构合理的铺粉装置保证，常见的铺粉装置包括刮刀式和辊子式两种，其中棍子式铺粉装置多用于石蜡材料等烧结成型，对于金属粉末烧结成型的，刮刀式铺粉装置更为适用。但是，由于金属粉末是在激光的烧结作用下成型的，而激光的烧结能量在理论上来说是不可控的，由于激光烧结过程中的能量的不均匀性，粉床表面难以避免的出现由于局部烧结温度过高导致的刺状、块状的凸点，当铺粉装置经过这些凸点时，会发生撞辊现象，使铺粉用的旋转辊出现头周度偏差，这个偏差会最终造成成型后的粉床上出现波浪形纹的铺粉缺陷，因此，旋转辊子式铺粉装置在激光选区融化成型的实际应用中并不适用是最好的结构形式。而刮刀式铺粉装置中，刮刀对于粉床上的金属粉末的压实作用很小，其主要作用是刮平，也就是说刮刀在粉床上的平移主要是为了将金属粉末铺平而非压实。当采用硬质材料的刮刀时，刮刀与硬质的凸点相撞会导致刮刀与成型表面产生一个剪切力，这个剪切力会造成局部粉层较薄，烧结之后形成薄壁件，当零件本身为精密且强度不高的零件时，这个撞击力会直接劈坏零件导致其报废。为了避免刮刀与成型面上的硬质凸点相撞，最早采用的结构是柔性刮刀，利用刮刀本身的弹性变形避让这个凸点，但是，因为柔性材料的弹性使得整个刮刀的刮平面上承受的正压力的不同，这将直接影响了层叠制造的表面精度，且在层叠制造循环过程产生的刮刀破损，粉床出现贯穿式的波纹粉料痕迹，对成型结构件的内部金相组织影响较大，严重时甚至会出现断层、断裂的现象，因此，这种刮刀形式不利于成型产品的表面质量。在柔性刮刀的基础上发展而来的是利用陶瓷材料制成的高硬度刮刀，硬度的提高后，材料脆性也相应增加，特别是陶瓷刀具，使用寿命极其短暂，而且费用昂贵。

现有技术中较为先进的一种解决形式是利用复合加工形式，即激光成型过程中导入传统的切削加工形式，即在层叠制造的同时，分层工步之间，对已经成型的烧结表面进行切削加工，改变铺粉表面质量。激光选区烧结的制造周期很长，即通常所说效率低下，是整个行业的存在的问题，复合加工的最大缺点是是制造周期更长，效率更低，而且，复杂的机械结构占用成型工作室空间，控制程序的扩充、故障率增多，即设备复杂系数过高。

申请日为2009.12.30、申请号为200920295730.3的实用新型专利（以下称为对比文件1）中公开了一种用于快速成型的金属粉末铺粉装置，该专利内公开的技术方案中，刮刀的上沿设置在移动支架下方的箱体中、下沿伸出箱体，在箱体内设置有若干弹簧，弹簧的两端抵接于箱体的顶部和刮刀的上方，这样，当刮刀过程中碰到凸点时，刮刀向上跳动并挤压弹簧，当凸点消失时弹簧力使得刮刀下落恢复至铺粉状态下。

对比文件1的技术方案中，对于凸点的避让是通过刮刀的上下移动使铺粉刮刀顺利通过凸点，但是，在刮刀在经过凸点下落的过程中，刮刀会产生一个向下的起跳过程，这个过程在接触凸点之后的金属粉末时，直接撞击粉料床，会造成粉床表面产生一个振纹，这个振纹在激光烧结之后，均会降低成型产品的表面质量，即增加了表面缺陷。此外，对比文件1中的弹簧形式为弹簧港片弯折成弧形，并将弧顶抵于刮刀的上表面，而弹簧钢片需要沿刮刀的延伸方向上布满，因此，当刮刀长度较大时，弹簧钢片本身会形成管状，这样的弹簧钢片是不具有弹性变形能力的，这是，刮刀在遇到凸点时，是直接碾平凸点，实际上几乎近似于整体刮刀的作用。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以通过自身摆动主动避让粉床上的凸点的一种用于金属增材制造的垂直力浮动铺粉刮刀装置。