[发明专利]一种增材制造动态铺粉系统

说明书

本发明提供了一种增材制造动态铺粉系统，可实现送粉及铺粉装置的小型化，且能够实现按需定量供给粉末。该增材制造动态铺粉系统包括粉缸、送粉管路、铺粉装置、局部粉床防护罩和导向运动机构；粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配，粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距；铺粉装置的缓冲仓固定于局部粉床防护罩的前侧面并靠近下端面；导向运动机构用于根据工艺指令，在完成局部粉床防护罩处对应的局部铺粉以及局部铺粉区域的激光加工后带动局部粉床防护罩和铺粉装置按照预定的轨迹同步运行至下一局部铺粉区域。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种增材制造工艺所需的铺粉系统，尤其适用于加工大尺寸复杂构件。

背景技术

增材制造(Additive manufacturing，AM)，又被称为“3D打印”，是以数字CAD模型数据为基础，采用类似数学积分的叠加法制造原理，将三维实体的制造降阶为二维截面逐点逐层累制造的方法，实现了三维零件的降维成形，不受形状复杂程度的限制，能够实现任意复杂形状零件的快速、优质、高效、经济、全智能化和全柔性化制造。增材制造是先进制造业的重要组成部分，是近三十年来迅速发展起来的高端数字化制造技术，相对于传统的等材制造(制造过程中ΔM＝0，铸造、锻造等)，减材制造(ΔM0，车铣刨磨钻等)，是一种“自下而上”的材料累加成形的制造方法，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，改变了传统制造的理念和模式。

金属增材制造是最前沿和最有潜力的增材制造技术，是先进制造技术的重要发展方向。金属增材制造技术中激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)和激光近净成形技术(Laser Engineered Net Shaping,LENS)，近年来得到了快速发展。SLM工艺由于粉末可以起到自支撑作用，可以成形任意复杂的金属构件，但是可成形的零件尺寸较小(一般小于500mm)。而LENS工艺，光斑直径大，可以成形大型构件，但成形件的精度较低，且很难成直接成形复杂的金属构件。工艺熔融沉积制造技术(Fused Deposition Modeling,FDM)是发展最为成熟的非金属增材制造技术之一，其最大的特点在于成本低，效率高，但精度较低、成形速度相对较慢，不适合构建大尺寸复杂零件。

制造大尺寸金属构件是SLM技术长期很难突破的技术瓶颈，这是由于SLM逐层累计铺粉的工艺特点决定了成形缸体的尺寸一定要大于成形零件的截面尺寸，无论成形多大的零件，都需要逐层铺粉激光扫描成形。目前，德国EOS、弗朗霍夫研究院、SLM Solution、Concept laser等以及国内华中科技大学、苏州西帝摩等单位，通过采用多光束拼接方式，相继开发的成形尺寸在500mm或略大的SLM装备，但是对于更大尺寸的零件却束手无策。

传统的上落粉和下送粉式的结构设计，需要存储大量粉末，决定了送粉及铺粉装置尺寸较大，不但增加了功耗，而且也难免造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有增材制造工艺中铺粉系统需要存储大量粉末导致装置体积较大等问题，提供了一种增材制造动态铺粉系统，可实现送粉及铺粉装置的小型化，且能够实现按需定量供给粉末。

本发明的技术方案如下：

该增材制造动态铺粉系统，包括粉缸、送粉管路和铺粉装置，有别于现有技术的是：还包括局部粉床防护罩和导向运动机构；

所述粉缸的截面轮廓与所需成形零件的最大截面轮廓尺寸相匹配；对应于所需成形零件截面的两侧，记粉缸的两个侧壁分别为第一侧壁和第二侧壁；则第一侧壁与第二侧壁在水平方向上最终闭合形成粉缸的截面轮廓；粉缸的第一侧壁与第二侧壁之间构成铺粉区域；

局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距，满足局部粉床防护罩能够直接架设于粉缸第一侧壁和第二侧壁的上表面；