一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法与流程

1.本发明涉及增材制造强化技术领域，具体为一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法。


背景技术：

2.选择性激光熔化技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型。slm技术正是通过此过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术，然而，在激光选区熔化过程中，由于叠加的热输入导致增材制造构件的内部及表面产生严重的拉应力，进而降低增材制造构件的使用寿命。
3.现有技术中，公开号为“cn110116207a”的一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法，包括位于平台下方的成型缸和盛粉缸，成型缸上方设置有激光选区熔化用激光探头和激光喷丸用激光探头，且成型缸和盛粉缸内分别设置有能够上下滑动的第一底板和第二底板，利用激光选区熔化用激光探头与激光喷丸用激光探头的交替工作，在激光增材成形片层金属的同时对片层金属进行强化，直至强化后的激光选取熔化增材制造构件的完成，减小构件成型过程中的内应力。
4.但现有技术仍存在较大缺陷，如：经激光热处理形成的构件外侧会粘附凝结的金属粉末，仅仅靠成型缸的吸粉口难以完全清理掉构件外侧的金属粉末，在后续热处理时导致金属粉末完全粘附在构件上，造成最终构件的形态发生偏差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置，包括开设有成形槽和储粉槽的成形平台，且成形平台上方连通有内部设置激光组件、推粉组件和加热组件的工作箱，所述成形槽和储粉槽下方均连通有套筒，且成形槽和储粉槽内均上下滑动设置有滑动托板，还包括通过导线电性连接触发开关、电源、鼓风机、转动电机和电磁铁组件形成的控制电路，且鼓风机、转动电机和电磁铁组件并联，所述触发开关位于成形槽下部并与滑动托板配合挤压，所述电磁铁组件包括串联设置的两个电磁铁，且两个电磁铁相互靠近的一端均固定连接有接电板，所述鼓风机出风端与成形槽上部连通，且成形槽上部还通过收集槽与收集箱连通；
8.所述成形槽上部连通有伸出槽，且伸出槽内沿靠近成形槽方向设置有依次固定连接的磁性板、弹性连接杆、电磁铁、滑动推板和清理块，所述清理块靠近成形槽的一端开设有内部设置螺纹杆的螺纹槽，且清理块外侧固定连接有若干清理软刷，所述螺纹杆伸出螺纹槽的一端固定连接有撞击头，且所述螺纹杆伸出螺纹槽的杆身固定连接有转动叶片，且螺纹杆伸入螺纹槽的一端转动连接有转动连接板，所述转动连接板与螺纹槽内壁间固定连
接有弹性套筒，且转动连接板固定连接有滑动伸向两个接电板之间的触发杆，所述触发杆远离转动连接板的一端固定连接有配合连接两个接电板的接电杆；
9.所述伸出槽、收集槽、鼓风机与成形槽连通处均贯穿连接有挡板槽，且挡板槽中滑动设置有挡板组件，所述挡板组件固定连接有传动齿板，且传动齿板啮合连接有传动齿轮，且传动齿板与挡板槽内壁间固定连接有弹性复位连杆，所述传动齿轮固定连接有安装在转动电机输出端的电机驱动杆。
10.优选的，所述激光组件包括位于成形槽上方的激光选区熔化用激光探头和激光喷丸用激光探头。
11.优选的，所述推粉组件包括安装在驱动电缸输出端的电缸驱动杆，且电缸驱动杆伸入工作箱的一端固定连接有滑动设置在成形平台上方的推粉板。
12.优选的，所述加热组件包括预热板和设置在工作箱内的加热器，且预热板固定连接在位于成形槽中的滑动托板上方。
13.优选的，所述成形槽和储粉槽底面积相同，两个所述滑动托板下端均固定连接有齿板，且两个齿板间啮合连接有齿轮。
14.优选的，所述触发开关包括依次间隔设置挤压头、滑动接电块和固定接电块，所述套筒靠近成形槽的一侧下部开设有滑动设置挤压头的挤压头滑动槽，且挤压头与挤压头滑动槽内壁间固定连接有弹性推块，所述挤压头与滑动接电块间固定连接有开关推杆，所述套筒中活动设置有配合卡住滑动接电块的卡块，且卡块与套筒内壁间固定连接有卡块弹性连杆，且卡块固定连接有活动伸出套筒的卡块拉杆。
15.优选的，所述挡板组件包括两个挡板，且两个挡板相互远离的一端均固定连接有与传动齿轮啮合的传动齿板。
16.优选的，多个相邻的挡板槽连通，且相邻的挡板组件上相互靠近的传动齿板共用一个传动齿轮，且挡板开设有供相邻挡板组件的传动齿板活动插入的插槽。
17.优选的，所述伸出槽靠近成形槽的一端内壁固定连接有配合挡住滑动推板的限位挡板。
18.一种采用强化装置的强化方法，包括如下步骤：
19.a，将金属粉末放入储粉槽中，向上推动储粉槽中的滑动托板，并向下推动成形槽中的滑动托板，推粉组件将金属粉末送入成形槽中并反向滑动复位，激光组件向成形槽中金属粉末发出激光，使得金属粉末形成片层金属；
20.b，重复步骤a，直至激光选区熔化增材制造构件加工完成，成形槽中滑动托板挤压触发开关闭合，转动电机驱动挡板组件不再挡住成形槽，清理块伸出对构件进行清理，撞击头往复运动撞击构件，鼓风机出风将成形槽中金属粉末吹入收集箱中；
21.c，向下推动储粉槽中的滑动托板，并向上推动成形槽中的滑动托板，构件各部分依次经过清理块进行清理；
22.d，直至活动托板复位至初始位置，手动断开触发开关，加热组件工作对构件进行热处理。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本发明的激光选区熔化增材制造构件的强化装置和方法，通过触发开关、滑动托板、电磁铁和磁性板的配合设置，使得清理块伸入成形槽中对构件外侧的金属粉末进行清
理，并通过撞击头撞击构件，转动叶片转动搅拌，震落、打散构件外侧凝结的金属粉末，避免后续金属粉末经热处理后粘附在构件上造成构件尺寸发生偏差的问题，还通过触发杆、接电板和接电杆的配合设置，使得清理块和撞击头往复运动，提高对构件外侧沾附的凝结金属粉末的打散、清理效果。
附图说明
25.图1为本发明整体结构剖面示意图；
26.图2为本发明中触发开关闭合示意图；
27.图3为图2中a区结构放大示意图；
28.图4为本发明中成形槽上部结构俯视剖面示意图；
29.图5为图4中挡板挡住成形槽示意图；
30.图6为图4中b区结构放大示意图；
31.图7为图6中c区结构放大示意图；
32.图8为本发明中两个电磁铁通电示意图；
33.图9为本发明中清理块伸出清理构件示意图；
34.图10为图9中挡板不再挡住成形槽示意图；
35.图11为图9中d区结构放大示意图。
36.图中：1成形平台、2工作箱、3成形槽、4储粉槽、5套筒、51挤压头滑动槽、6滑动托板、7齿板、8导线、9电源、10鼓风机、11转动电机、12电磁铁、13伸出槽、14磁性板、15弹性连接杆、16滑动推板、17清理块、171螺纹槽、172清理软刷、18螺纹杆、181撞击头、182转动叶片、19转动连接板、20弹性套筒、21触发杆、22接电板、23接电杆、24挡板槽、25传动齿板、26弹性复位连杆、27传动齿轮、28电机驱动杆、29收集槽、30收集箱、31激光选区熔化用激光探头、32激光喷丸用激光探头、33驱动电缸、34电缸驱动杆、35推粉板、36加热器、37预热板、38齿轮、39转动支撑杆、40挤压头、41弹性推块、42开关推杆、43滑动接电块、44固定接电块、45卡块、46卡块弹性连杆、47卡块拉杆、48挡板、481插槽、49限位挡板。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：
39.实施例一：
40.一种激光选区熔化增材制造构件的强化装置，包括开设有成形槽3和储粉槽4的成形平台1，成形槽3和储粉槽4可为方槽或圆槽，储粉槽4中存放金属粉末，且成形平台1上方连通有内部设置激光组件、推粉组件和加热组件的工作箱2，激光组件包括位于成形槽3上方的激光选区熔化用激光探头31和激光喷丸用激光探头32，利用计算机将需要加工构件的三维模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控激光束扫描的切片轮廓信息，通过调入切片轮廓信息，控制激光选区熔化用激光探头31发出激光束，对成形槽3内的金属粉末层选
择性地熔化形成一层片层金属，并利用计算机对构件的三维模型进行应力分析，得出构件的应力薄弱环节，再往计算机内输入激光喷丸参数，通过调用激光喷丸参数，控制激光喷丸用激光探头32发出激光束，对成形的片层金属进行强化，得到强化后的激光选区片层金属；
41.推粉组件包括安装在驱动电缸33输出端的电缸驱动杆34，且电缸驱动杆34伸入工作箱2的一端固定连接有滑动设置在成形平台1上方的推粉板35，驱动电缸33通过电缸驱动杆34带动推粉板35滑动，将储粉槽4中的金属粉末推入成形槽3中，加热组件包括预热板37和设置在工作箱2内的加热器36，且预热板37固定连接在位于成形槽3中的滑动托板6上方，预热板37和加热器36的设置用于对成形后构件的热处理，降低构件的内应力；
42.成形槽3和储粉槽4下方均连通有套筒5，且成形槽3和储粉槽4内均上下滑动设置有滑动托板6，在初始情况下，成形槽3中的滑动托板6位于成形槽3顶端，储粉槽4中的滑动托板6位于套筒5中，储粉槽4中的滑动托板6向上滑动提供金属粉末，成形槽3中的滑动托板6向下滑动提供金属粉末的进入空间，再通过推粉板35将储粉槽4处的金属粉末送入成形槽3中，成形槽3的底面积乘以成形槽3内滑动托板6的滑动高度等于储粉槽4的底面积乘以储粉槽4内滑动托板6的滑动高度，还包括通过导线8电性连接触发开关、电源9、鼓风机10、转动电机11和电磁铁组件形成的控制电路，且鼓风机10、转动电机11和电磁铁组件并联；
43.触发开关位于成形槽3下部并与滑动托板6配合挤压，触发开关在初始状态下处于断开状态，直至激光选区熔化增材制造构件加工完成，成形槽3中滑动托板6向下滑动至触发开关处，滑动托板6挤压触发开关闭合，滑动托板6挤压触发开关闭合后保持稳定，在滑动托板6离开触发开关后触发开关仍处于闭合状态，直至人工手动控制触发开关再次断开，电磁铁组件包括串联设置的两个电磁铁12，且两个电磁铁12相互靠近的一端均固定连接有接电板22，同一电磁铁组件的两个电磁铁12通过接电板22和接电杆23的电性连接串联，鼓风机10出风端与成形槽3上部连通，且成形槽3上部还通过收集槽29与收集箱30连通，成形槽3上部两相对内壁分别与鼓风机10出风端、收集槽29连通，便于鼓风机10将金属粉末吹入收集槽29中，在触发开关闭合后，鼓风机10向成形槽3中鼓风，使得成形槽3中未融化的金属粉末通过收集槽29进入收集箱30中，收集的金属粉末可在下次生产中继续使用，避免金属粉末的浪费；
44.成形槽3上部连通有伸出槽13，且伸出槽13内沿靠近成形槽3方向设置有依次固定连接的磁性板14、弹性连接杆15、电磁铁12、滑动推板16和清理块17，磁性板14固定连接在伸出槽13内壁上，伸出槽13靠近成形槽3的一端内壁固定连接有配合挡住滑动推板16的限位挡板49，限位挡板49的设置对滑动推板16的滑动行程进行限定，防止滑动推板16离开伸出槽13，滑动推板16与伸出槽13内壁滑动连接，对金属粉末起到阻挡效果，防止金属粉末进入伸出槽13内部并沾附在磁性板14和电磁铁12上，给磁性板14和电磁铁12的磁性配合造成不利影响，两个电磁铁12与磁性板14均磁性相斥，且两个电磁铁12对称设置，提高电磁铁12带动滑动推板16滑动的稳定性，触发开关闭合后，电磁铁12具备磁性并排斥磁性板14，电磁铁12在磁性作用下通过滑动推板16带动清理块17向靠近成形槽3的方向运动，弹性连接杆15被拉长，清理块17伸出成形槽3中并抵靠撞击在构件上，震落构件上粘附的金属粉末，避免后续金属粉末经热处理后粘附在构件上造成构件尺寸发生偏差的问题，
45.清理块17靠近成形槽3的一端开设有内部设置螺纹杆18的螺纹槽171，且清理块17外侧固定连接有若干清理软刷172，清理软刷172的设置提高清理块17对构件上金属粉末的
清理效果，螺纹杆18伸出螺纹槽171的一端固定连接有撞击头181，且螺纹杆18伸出螺纹槽171的杆身固定连接有转动叶片182，清理块17在电磁铁12磁性作用下抵靠撞击在构件上，使得撞击头181与构件挤压接触，撞击头181震落粘附在构件上的金属粉末，撞击头181在构件的阻挡下向靠近螺纹槽171方向运动，使得螺纹杆18螺旋拧入螺纹槽171中，螺纹杆18螺旋运动带动转动叶片182转动，打散构件附近凝结的金属粉末，便于鼓风机10将金属粉末吹入收集槽29中，且螺纹杆18伸入螺纹槽171的一端转动连接有转动连接板19，转动连接板19与螺纹槽171靠近滑动推板16的内壁间固定连接有弹性套筒20，且转动连接板19固定连接有滑动伸向两个接电板22之间的触发杆21，弹性套筒20滑动套社在触发杆21外侧，提高弹性套筒20形变过程的稳定性；
46.螺纹杆18在构件阻挡下向远离成形槽3方向运动，使得转动连接板19在螺纹杆18带动下一同向远离成形槽3的方向运动，弹性套筒20被压缩，转动连接板19带动触发杆21一同向远离成形槽3的方向运动，直至接电杆23离开接电板22，触发杆21远离转动连接板19的一端固定连接有配合连接两个接电板22的接电杆23，在撞击头181未与构件挤压接触时，转动连接板19在弹性套筒20支撑下保持稳定，使得触发杆21也保持稳定，触发杆21带动接电杆23电性连接两个接电板22，维持电磁铁12的通电状态，直至撞击头181与构件挤压接触，螺纹杆18在构件阻挡下带动转动连接板19向远离成形槽3方向运动，使得触发杆21带动接电杆23一同向远离成形槽3的方向运动，直至接电杆23离开接电板22，电磁铁12断电，电磁铁12在弹性连接杆15的弹性作用下向远离成形槽3的方向运动，使得清理块17向远离成形槽3的方向运动并离开构件，构件不再阻挡撞击头181，螺纹杆18和转动连接板19在弹性套筒20的弹性作用下再次向靠近成形槽3的方向运动，触发杆21在转动连接板19带动下反向运动复位，使得接电杆23再次与接电板22电性连接，电磁铁12具备磁性并向靠近成形槽3的方向运动，再次使得撞击头181撞击在构件上，实现清理块171和撞击头181的往复运动，提高对构件外侧沾附的凝结金属粉末的打散、清理效果；
47.伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处均贯穿连接有挡板槽24，且挡板槽24中滑动设置有挡板组件，挡板组件挡住伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，避免在构件形成过程中，金属粉末进入伸出槽13和收集槽29中，挡板组件固定连接有传动齿板25，且传动齿板25啮合连接有传动齿轮27，且传动齿板25与挡板槽24内壁间固定连接有弹性复位连杆26，在初始状态下，挡板组件在弹性复位连杆26的支撑下保持稳定挡住伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，传动齿轮27固定连接有安装在转动电机11输出端的电机驱动杆28，在触发开关闭合后，转动电机11通过电机驱动杆28带动传动齿轮27转动，传动齿轮27转动带动传动齿板25滑动，传动齿板25带动挡板组件离开伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，便于鼓风机10出风、清理块17伸出伸出槽13、金属粉末进入收集槽29，待触发开关断开后，传动齿板25在弹性复位连杆26的带动下反向运动，再次使得挡板组件挡住伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处。
48.实施例二：
49.实施例二在实施例一的基础上对提高滑动托板6间的联动性，即：成形槽3和储粉槽4底面积相同，两个滑动托板6下端均固定连接有齿板7，且两个齿板7间啮合连接有齿轮38，齿轮38通过转动支撑杆39进行支撑定位，通过转动齿轮38，使得一个齿板7向上滑动一定位移，并使得另一个齿板7向下滑动相同位移，而成形槽3和储粉槽4底面积相同，使得成
形槽3的底面积乘以成形槽3内滑动托板6的滑动高度等于储粉槽4的底面积乘以储粉槽4内滑动托板6的滑动高度。
50.实施例三：
51.实施例三在实施例一的基础上对触发开关的结构进行公开，即：触发开关包括依次间隔设置挤压头40、滑动接电块43和固定接电块44，套筒5靠近成形槽3的一侧下部开设有滑动设置挤压头40的挤压头滑动槽51，挤压头40与滑动托板6配合挤压的一端倾斜设置，便于滑动托板6挤压推动挤压头40，且挤压头40与挤压头滑动槽51内壁间固定连接有弹性推块41，挤压头40在弹性推块41的支撑下伸出并位于滑动托板6下方，滑动托板6向下滑动并压迫挤压头40，使得挤压头40向靠近固定接电块44的方向滑动，挤压头40与滑动接电块43间固定连接有开关推杆42，挤压头40通过开关推杆42带动滑动接电块43向靠近固定接电块44方向运动，使得滑动接电块43与固定接电块44电性连接，触发开关闭合；
52.套筒5中活动设置有配合卡住滑动接电块43的卡块45，且卡块45与套筒5内壁间固定连接有卡块弹性连杆46，且卡块45固定连接有活动伸出套筒5的卡块拉杆47，滑动接电块43开设有供卡块45插入的卡槽，滑动接电块43滑动至与固定接电块44电性连接时，卡块45与滑动接电块43的卡槽对齐，卡块45在卡块弹性连杆46的推动下伸入卡槽中，维持滑动接电块43与固定接电块44的电性连接，在成形槽3中的滑动托板6向上滑动并离开挤压头40时，滑动接电块43与固定接电块44仍维持电性连接，待在成形槽3中的滑动托板6向上滑动复位后，手动拉动卡块拉杆47，使得卡块45离开卡槽，挤压头40在弹性推块41推动下反向运动复位，挤压头40通过开关推杆42带动滑动接电块43离开固定接电块44，使得触发开关断开。
53.实施例四：
54.实施例四在实施例一的基础上对挡板组件进行优化，即：挡板组件包括两个挡板48，且两个挡板48相互远离的一端均固定连接有与传动齿轮27啮合的传动齿板25，通过传动齿板25拉动同一挡板组件的两个挡板48相互靠近，使得挡板48挡住伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，并通过传动齿板25拉动同一挡板组件的两个挡板48相互远离，使得挡板48不再挡住伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，多个相邻的挡板槽24连通，且相邻的挡板组件上相互靠近的传动齿板25共用一个传动齿轮27，通过相邻两个挡板组件的挡板48共用一个传动齿轮27，减少机构数量，提高机构间的联动性，也降低了制造成本，且挡板48开设有供相邻挡板组件的传动齿板25活动插入的插槽481。
55.一种采用强化装置的强化方法，包括如下步骤：
56.a，将金属粉末放入储粉槽4中，向上推动储粉槽4中的滑动托板6，并向下推动成形槽3中的滑动托板6，推粉组件将金属粉末送入成形槽3中并反向滑动复位，激光组件向成形槽3中金属粉末发出激光，使得金属粉末形成片层金属；
57.b，重复步骤a，直至激光选区熔化增材制造构件加工完成，成形槽3中滑动托板6挤压触发开关闭合，转动电机11驱动挡板组件不再挡住成形槽3，清理块17伸出对构件进行清理，撞击头往复运动撞击构件，鼓风机10出风将成形槽3中金属粉末吹入收集箱30中；
58.c，向下推动储粉槽4中的滑动托板6，并向上推动成形槽3中的滑动托板6，构件各部分依次经过清理块17进行清理；
59.d，直至活动托板6复位至初始位置，手动断开触发开关，加热组件工作对构件进行
热处理。
60.工作原理：激光选区熔化增材制造构件加工完成时，成形槽3中滑动托板6向下滑动至触发开关处，滑动托板6挤压触发开关闭合，转动电机11通过电机驱动杆28带动传动齿轮27转动，传动齿轮27转动带动传动齿板25滑动，传动齿板25带动挡板组件离开伸出槽13、收集槽29、鼓风机10与成形槽3连通处，鼓风机10向成形槽3中鼓风，金属粉末通过收集槽29进入收集箱30中；
61.电磁铁12具备磁性并排斥磁性板14，电磁铁12在磁性作用下通过滑动推板16带动清理块17向靠近成形槽3的方向运动，弹性连接杆15被拉长，撞击头181与构件挤压接触，撞击头181在构件的阻挡下向靠近螺纹槽171方向运动，使得螺纹杆18螺旋拧入螺纹槽171中，螺纹杆18螺旋运动带动转动叶片182转动，打散构件附近凝结的金属粉末；
62.螺纹杆18在构件阻挡下带动转动连接板19向远离成形槽3方向运动，使得触发杆21带动接电杆23一同向远离成形槽3的方向运动，直至接电杆23离开接电板22，电磁铁12断电，电磁铁12在弹性连接杆15的弹性作用下向远离成形槽3的方向运动，使得清理块17向远离成形槽3的方向运动并离开构件，构件不再阻挡撞击头181，螺纹杆18和转动连接板19在弹性套筒20的弹性作用下再次向靠近成形槽3的方向运动，触发杆21在转动连接板19带动下反向运动复位，使得接电杆23再次与接电板22电性连接，电磁铁12具备磁性并向靠近成形槽3的方向运动，再次使得撞击头181撞击在构件上，实现清理块171和撞击头181的往复运动。
63.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。