[发明专利]一种激光增材制造用粉床的装置

说明书

一种激光增材制造用粉床的装置，属于增材制造相关领域。装置包括成型缸、供粉箱、电热基板、电气控制系统和气体保护罩等。成型缸内置柱塞，柱塞通过螺杆传动和电机控制其在成型缸内上下移动。供粉箱置于成型缸工作平台上，供粉箱通过螺杆传动和电机控制其在工作平台上直线往复移动。电热基板置于成型缸柱塞上，通过加热控温器加热并调控温度。气体保护罩位于工作平台上，将成型缸、供粉箱、电热基板置于其内，通过进气口通入保护气体，避免空气对原料粉末和加工件的污染。本发明将供粉箱和刮板合二为一，结构简单，并且依靠重力将原料粉末铺粉层压实；电热基板可控制温度，有助于优化激光增材制造的工艺参数，提高激光增材制造的质量和生产效率。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种激光增材制造用粉床的装置。

背景技术

传统的减材制造通过模具、车、铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削、去除形成最终产品，造成材料和加工能源的很大浪费，这与当前提倡的节约型发展理念背道而驰。当前，随着电子束、激光等高能束设备和CAD三维制图以及切片软件的快速发展，增材制造以其简洁的制造工序成为了一种新型的零件制造工艺，尤其是对于形状复杂零件的制造。

粉床铺粉是增材制造一种常见的工艺，具体步骤如下：用三维制图软件设计出要成形的产品，切片软件进行切片分层，零件成形平台下降一定高度，利用铺粉装置在平台上铺一层原料粉末，采用激光等热源进行扫描成形第一层；平台继续下降一定高度，然后铺粉后用激光再次加工形成第二层，如此循环直至形成整个零件。

现有的激光增材制造用铺粉床大多是采用一个成形缸，一个供粉缸以及刮板，通过供粉缸上升后利用刮板将粉末刮至成型缸中，这样不仅会浪费一部分粉末，而且对粉末的压实效果差，这就影响了成形件的致密性。另外，传统的铺粉床没有预热功能，仅仅依靠改变激光的能量和扫描速度等参数调节热输入，不利于兼顾成形、冶金质量和生产效率。

发明内容

为了解决现有激光增材制造设备的上述不足，本发明提供了一种激光增材制造用粉床的装置，通过供粉箱和加热基板设计，将供粉箱和刮板合二为一，并且依靠重力将粉末铺粉层压实；电热基板可控制温度，有助于优化激光增材制造的工艺参数，提高激光增材制造的质量和生产效率。

一种激光增材制造用粉床的装置，其特征在于包括成型缸、供粉箱、电热基板、电机控制器和气体保护罩等；气体保护罩位于成型缸工作平台上，将成型缸、供粉箱、电热基板置于气体保护罩内；成型缸内置柱塞，柱塞底部连接柱塞传动螺杆，柱塞传动螺杆与柱塞驱动电机相连，通过电机控制器实现柱塞在成型缸内上下移动；供粉箱置于工作平台上，通过供粉箱传动螺杆和供粉缸驱动电机控制其在工作平台上直线往复移动；电热基板置于柱塞顶部，通过加热电源和温控仪调节控制其温度。

进一步的，所述供粉箱在工作台表面滑动过程中经过成型缸顶部开口时，原料粉末由供粉箱的底部缝隙流出而进入成型缸；成型缸内的原料粉末受到供粉箱内原料粉末的压力作用而被压实；随着供粉箱继续滑动，其边缘将成型缸内的原料粉末层刮平形成铺粉层。

进一步的，所述成型缸内安装的柱塞与柱塞传动螺杆连接，而柱塞传动螺杆由柱塞驱动电机驱动，通过电机控制器控制柱塞驱动电机的动作，使柱塞每次下降一定的位移，从而控制成型缸内铺粉层的厚度。

进一步的，所述的电热基板对铺粉层的产生预热作用，可以调整激光增材制造过程的热输入，改善和提高成形、冶金质量和生产效率。

进一步的，所述气体保护罩与工作台表面一起形成封闭空间，保护罩的上面开设激光束入口，侧面开设进气口，激光束通过激光束入口聚焦在成型缸内的铺粉层上，实现激光增材制造过程。氩气、氦气、氮气及其混合气体由进气口进入保护罩内，避免大气对激光增材制造过程和制品的不利影响。

本发明的主要创新点是将供粉箱和刮板合二为一，结构简单，并且依靠重力将原料粉末铺粉层压实；电热基板可控制温度，有助于优化激光增材制造的工艺参数，提高激光增材制造的质量和生产效率。