一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置的制作方法

1.本发明属于增材制造技术领域，提出了一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置，可以实现环形铺粉与圆形铺粉两种成形方式。


背景技术：

2.增材制造技术融合了新材料、信息与制造等多学科技术，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。金属增材制造技术作为整个增材制造体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。适用于复杂构件的近净成形，采用增材制造技术制造出的成形件具有优异的力学性能，适合多种材料的快速成形，且材料利用率高。
3.激光选区激光熔化成形技术(selective laser mel ting,slm)是增材制造的典型代表，它将传统的三维制造工艺转变为平面制造-累积叠加工艺，通过粉末逐层熔化实现三维复杂精密零部件的制造，适合几乎任意复杂形状金属零部件的制造。同时，slm成形采用的光斑直径小，成形精度高，可以直接成形具有异性流道的复杂薄壁构件，最小壁厚可达到100μm,成形件性能可达到同成分锻件水平，精度远高于精铸工艺。因此，该技术在航空航天、医疗、模具、汽车等领域得到了广泛的应用，被认为是近年来发展最快和最具发展潜力的金属增材制造技术之一。
4.目前增材制造设备都是采用全幅面铺粉成形的方式，即成形零件最小包络长方体内都需要填充粉末材料。而对于环形零件，大多为薄壁结构，中部内空，自身质量较轻，若是采用传统铺粉方式，原材料需填充整个零件的包络体积，铺粉时间长，材料利用率低，最终导致环形零件成形效率低，价格昂贵，因此急需寻找与环形零件结构特征相匹配的成形方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置，以克服现有技术的不足。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置，包括双层成型缸体和成型系统，双层成型缸体中间为通孔结构，双层成型缸体的缸体壁开始有与中间通孔同轴的环形通孔，双层成型缸体的中间通孔内设有圆基板，圆基板下端设有圆基板驱动装置，双层成型缸体的环形通孔内设有环形基板，环形基板下端设置有环形基板驱动装置；成型系统通过支架固定于双层成型缸体的上端通，成型系统包括光路系统和铺粉装置，光路系统和铺粉装置均设置于双层成型缸体上端。
8.进一步的，双层成型缸体包括环形粉缸缸体与圆形粉缸缸体，环形粉缸缸体套设于圆形粉缸缸体外侧。
9.进一步的，环形粉缸缸体包括外缸体和内缸体，外缸体同轴嵌套于内缸体外圈，外
缸体内壁与内缸体形成环形粉缸成型仓；形粉缸缸体嵌套于内缸体内壁，且与内缸体内壁贴合。
10.进一步的，支架包括侧向立柱和顶部支撑板，顶部支撑板上设有环形导轨，光路系统包括第一光路器和第二光路器，第一光路器通过滑轨设置于环形导轨上，环形导轨设置于环形通孔正上方；第二光路器固定于顶部支撑上，成型光路位于双层成型缸体中间通孔上方。
11.进一步的，环形基板驱动装置包括第一丝杠和连接臂，双层成型缸体的外侧设有竖直开口，连接臂的一端通过竖向开口与环形基板底部固定连接，连接臂的另一端与第一丝杠转动连接。
12.进一步的，双层成型缸体的竖直开口处设置有密封带。
13.进一步的，密封带采用钢带或平皮带。
14.进一步的，环形导轨上圆周阵列有多个能够同时饶环形导轨的轴心转动的第一光路器。
15.进一步的，第二光路器通过支架设置在圆形粉缸缸体正上方。
16.进一步的，铺粉装置包括粉仓和刮刀，粉仓和刮刀为一体结构或粉体结构。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置，包括双层成型缸体和成型系统，双层成型缸体中间为通孔结构，双层成型缸体的缸体壁开始有与中间通孔同轴的环形通孔，通过采用双层型缸体结构，利用双层缸体结构能够实现环形件和圆形件的同时制备，且双层型缸体同轴设置，成型精度高，双层型缸体内圈的圆形结构成型过程中，通过环形仓结构能够有效防止圆形成型过程中能量的散失，有效利用了能源，节约了成本，同时能够防止圆形件成形过程中温度骤降而带来的应变问题。
19.进一步的，环形粉缸缸体包括外缸体和内缸体，外缸体同轴嵌套于内缸体外圈，外缸体内壁与内缸体形成环形粉缸成型仓；形粉缸缸体嵌套于内缸体内壁，且与内缸体内壁贴合，根据成型材料的尺寸便于更换调整内缸体结构。
20.进一步的，环形基板驱动装置包括第一丝杠和连接臂，利用丝杠传动，结构稳定。
附图说明
21.图1是本发明实施例中成型装置立体结构示意图。
22.图2是本发明实施例中主视图；
23.图3是本发明实施例中缸体安装图；
24.图4是本发明实施例中俯视图。
25.图中，1、左立柱，2、第一丝杠，3、密封带，4、外缸体，5、环形刮刀，6、环形导轨，7、顶部支撑板，8、第一光路器，9、第二光路器，10、支架、11、直线刮刀，12、竖直开口，13、右立柱，14、连接臂，15、环形基板，16、圆基板，17、打印材料，18、内缸体，19、第二丝杠，20、环形粉缸缸体，21、圆形粉缸缸体。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
27.如图1至图4所示，一种旋转连续铺粉双粉缸增材制造成形装置，包括双层成型缸体和成型系统，双层成型缸体中间为通孔结构，双层成型缸体的缸体壁开始有与中间通孔同轴的环形通孔，双层成型缸体的中间通孔内设有圆基板16，圆基板16下端设有圆基板驱动装置，用于驱动圆基板16沿双层成型缸体的中间通孔上下竖直移动，双层成型缸体的环形通孔内设有环形基板15，环形基板15下端设置有环形基板驱动装置，用于驱动环形基板15沿双层成型缸体环形通孔的上下竖直移动；成型系统通过支架固定于双层成型缸体的上端通，成型系统包括光路系统和铺粉装置，光路系统设置于双层成型缸体的上端，成型光束能够作用于双层成型缸体的中间通孔和环形通孔上，实现激光成形，铺粉装置设置于双层成型缸体上端。本技术通过采用双层型缸体结构，利用双层缸体结构能够实现环形件和圆形件的同时制备，且双层型缸体同轴设置，成型精度高，双层型缸体内圈的圆形结构成型过程中，通过环形仓结构能够有效防止圆形成型过程中能量的散失，有效利用了能源，节约了成本，同时能够防止圆形件成形过程中温度骤降而带来的应变问题。
28.双层成型缸体包括环形粉缸缸体20与圆形粉缸缸体21，环形粉缸缸体20套设于圆形粉缸缸体21外侧。
29.具体的，其中环形粉缸缸体20包括外缸体4和内缸体18，外缸体4同轴嵌套于内缸体18外圈，外缸体4内壁与内缸体18形成环形粉缸成型仓；形粉缸缸体21嵌套于内缸体18内壁，且与内缸体18内壁贴合，形成圆形成型仓；或者圆形粉缸缸体21与外缸体4为一体结构，外缸体4与内缸体18形成双环结构。
30.支架包括侧向立柱和顶部支撑板7，顶部支撑板7上设有环形导轨6，光路系统包括第一光路器8和第二光路器9，第一光路器8和第二光路器9可采用激光成型器，或振镜成型系统，第一光路器8通过滑轨设置于环形导轨6上，能够沿环形导轨6滑动，环形导轨6设置于环形通孔正上方；第二光路器9固定于顶部支撑7上，成型光路位于双层成型缸体中间通孔上方。第一光路器8的成型光路作用于环形基板15上的成型层，第二光路器9的成型光路作用于圆基板16上的成型层。
31.外缸体4直径大于内缸体18，且两者等高并且同轴线，共同组成环形缸体20。
32.侧向立柱包括左立柱1与右立柱13，顶部支撑板7设置在左立柱1与右立柱13正上方，第一光路器8通过环形导轨6设置在顶部支撑板7上方。环形缸体20位于顶部支撑板7下方；环形基板15设在外缸体4与内缸体18之间的环形区域。
33.环形基板驱动装置包括第一丝杠2和连接臂14，双层成型缸体的外侧设有竖直开口12，连接臂14的一端通过竖向开口12与环形基板5底部固定连接，连接臂14的另一端与第一丝杠2转动连接，利用第一丝杠2驱动连接臂14竖向移动，从而带动环形基板5上下移动。双层成型缸体的竖直开口12处设置有密封带3，用于密封竖直开口12与连接臂14之间的缝隙，防止成型过程中粉末进入环形仓底部。竖直开口12上端与环形基板5成型面之间的距离大于环形基板5上最大铺粉层厚度，确保在成型过程中，环形基板5铺粉层完全位于环形通孔内，避免粉末从竖直开口12洒落。在第一丝杠2的驱动牵引下连接臂14带动环形基板15一起上下运动。密封带3的上下端固接在竖直开口12的上下端，用于防止打印材料17泄露。
34.双层成型缸体外侧阵列有多个第一丝杠2，第一丝杠2轴线与外缸体4轴线平行，其数量可以是两个或者更多，利用多个第一丝杠2与连接臂14驱动环形基板15，结构稳定，有利于稳定成型；
35.圆基板驱动装置包括第二丝杠19，第二丝杠19的一端与圆基板16下端固定连接，圆基板16通过第二丝杠19设置在内缸体18内，在第二丝杠19的驱动牵引下带动圆基板19上下运动。
36.连接臂14通过竖直开口12伸入外缸体4与环形基板15固接在一起，连接臂14数量与竖直开口12数量相等。
37.密封带3采用钢带或平皮带，采用钢带结构，钢带固定于连接臂14上，随连接臂14一起上下运动，钢带长度大于连接臂14的运动行程；采用平皮带结构，在中间设置开口，连接臂14贴合平皮带的中间开口上下滑动，滑动过后平皮带中间自动贴合，形成密封结构。
38.环形导轨6上圆周阵列有多个第一光路器8，能够同时饶环形导轨6的轴心转动，从而实现环形扫描过程，提高扫描效率。
39.第二光路器9通过支架10设置在圆形粉缸缸体21正上方。
40.第一光路器8负责环形粉缸缸体20区域的扫描成形，第二9负责圆形粉缸缸体21区域内的扫描成形。
41.铺粉装置包括粉仓和刮刀，粉仓和刮刀为一体结构或粉体结构，采用一体结构，粉仓和刮刀一起沿双层成型缸体的成型仓体转动铺粉并刮平；采用粉体式结构，粉仓和刮刀通过独立的驱动机构设置于双层成型缸体上端，可同步铺粉、刮粉；也可同步铺粉的同时刮粉。
42.具体如图1所示，环形通孔上端设置环形刮刀5，环形刮刀5设置在外缸体4与内缸体18侧母线正上方，并可以绕外缸体4轴线做旋转运动，实现环形铺粉过程；
43.双层成型缸体的中间通孔上设置有直线刮刀11，直线刮刀11设置在内缸体18上方做直线铺粉运动，其行程可覆盖圆形缸体21区域。
44.本发明包括环形粉缸缸体与圆形粉缸缸体两种粉缸形式，成型过程中，根据成型零件需求，选择环形铺粉仓(环形通孔)或圆形铺粉仓(中间通孔)，或两者同时铺粉成型，进行环形零件成型时，可将中间通孔内的圆基板16上端与双层成型缸体上表面平齐，然后在环形基板15上铺粉，利用第一光路器成型，结构简单，或者利用中间通孔作为粉末回收仓，实现多余粉末的收集；同理，对于圆形材料成型，利用第二光路器对中间通孔内的铺粉层进行成型，利用环形铺粉仓作为粉末回收仓，可实现互补利用。
45.其中环形分缸可以用于环形薄壁特征零件成形，有效减小铺粉幅面，降低原材料消耗体积，大幅度提高材料利用率及扫描成形效率；圆形粉缸缸体可以满足一般实体零件成形要求。