一种提高粉末床致密度的超声振动铺粉装置的制作方法

1.本实用新型属于增材制造领域铺粉装置，尤其涉及一种提高粉末床致密度的超声振动铺粉装置。


背景技术：

2.增材制造即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其工作流程可概括如下:首先在计算机上采用三维画图软件设计出零件的3d模型，然后转换成stl文件并按照一定层厚进行切片处理生成cli文件,设备根据生成的cli文件在预先铺置的金属粉末上进行加工成型。扫描完成后，基板下降一定深度并重复这个过程直到零件完成,层层叠加完成零件的制备。
3.粉末床增材制造作为增材制造工艺的一种重要类型，本质特征的本质特征是基于粉床的逐层铺粉、逐层成型的过程，成形过程非常复杂，而成形件不致密是目前粉末床增材制造需要解决的一项关键技术。
4.粉层铺设不致密及粉末材料中内含的空气，是导致粘接剂喷射制造成型件不致密的主要原因，而成形件不致密降低了零件的屈服和抗拉强度，进而影响了零件的使用性能。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，解决现有粉末床增材制造工艺中，粉末床致密度不足的问题，提供一种提高粉末床致密度的超声振动铺粉装置。本实用新型超声振动铺粉装置，克服了传统技术因铺展粉末床松散以及内含有较多气体，而导致的成形件不致密的缺陷，提高了粉末床增材制造工艺成形件的致密度，从而提高成形件的力学性能。
6.本实用新型通过下述技术方案实现：
7.一种提高粉末床致密度的超声振动铺粉装置，包括直线导轨1和同步带11，以及滑动安装在直线导轨1上的振动铺粉装置2；
8.同步带11牵引振动铺粉装置2，沿直线导轨1的轨迹往复运行。
9.所述振动铺粉装置2包括滑块201、振动构件和铺粉辊3；
10.所述铺粉辊3的一端与振动构件连接，铺粉辊3的轴线与直线导轨1相互垂直；
11.所述振动构件产生机械振动，并将机械振动传递给铺粉辊3；在铺粉过程中，铺粉辊3推动粉末平铺在成型平面上的同时，通过振动压实粉末层。
12.所述振动构件包括压电元件202、振动块203；
13.所述压电元件202位于滑块201与振动块203之间；
14.所述铺粉辊3的一端与振动块203转动连接；
15.所述滑块201的周缘，设有多个直立的导向柱204；所述振动块203的周缘开设有多个容纳导向柱204的导向滑道205；导向柱204与导向滑道205间隙配合；
16.在振动块203的自重作用下，其下表面与压电元件202的上表面接合；当压电元件
202因施加信号电压而工作时，其压电体连续变形和超声振动的机械能传递给振动块203，振动块203沿着导向柱204的z轴方向振动，并驱动铺粉辊3沿z轴方向同步连续振动。
17.所述铺粉辊3的一端与振动块203转动连接；所述转动连接是指铺粉辊3通过轴承与振动块203转动连接；该轴承置于振动块203的轴承孔206内，铺粉辊3的一端插入轴承孔206内。
18.所述振动块203内部具有一空腔，空腔内安装有用于驱动铺粉辊3转动的电机。
19.所述铺粉辊3通过联轴器直接与电机连接，或者通过皮带传动连接。
20.所述导向柱204为圆柱状结构，其下端通过螺纹与滑块201连接。
21.所述压电元件型号为pst150/25
×
25/15，振幅为0.1-10μm，工作电压150v，工作频率20-40khz。
22.本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
23.本实用新型振动铺粉装置2主要包括滑块201、振动构件和铺粉辊3；铺粉辊3的一端与振动构件连接，铺粉辊3的轴线与直线导轨1相互垂直；振动构件产生机械振动，并将机械振动传递给铺粉辊3；在铺粉过程中，铺粉辊3推动粉末平铺在成型平面上的同时，通过振动压实粉末层。这种结构改变了现有粉末床增材制造工艺中，铺设粉末层致密度低，粉末床中存在铺粉过程不能及时溢出的粉末层内的气体，而导致后续的成形件不致密的现状，提高了粉末床增材制造成型件的致密度，进而提高了粉末床增材制造成形件的力学性能。
24.本实用新型振动构件主要包括压电元件202、振动块203；压电元件202位于滑块201与振动块203之间；铺粉辊3的一端与振动块203转动连接；滑块201的周缘，设有多个直立的导向柱204；所述振动块203的周缘开设有多个容纳导向柱204的导向滑道205；导向柱204与导向滑道205间隙配合；在振动块203的自重作用下，其下表面与压电元件202的上表面接合；当压电元件202因施加信号电压而工作时，其压电体连续变形和超声振动的机械能传递给振动块203，振动块203沿着导向柱204的z轴方向振动，并驱动铺粉辊3沿z轴方向同步连续振动。采用多个直立的导向柱204，使铺粉辊3振动时，仅沿着z轴方向上下振动以压实粉末床，而尽可能的限制了铺粉辊3在其他方向的振动，使铺设的粉末层更加致密，均匀。铺粉辊3在其他方向的振动，会破坏粉末层的致密性、均匀性和平整性，反而使粉末层出现开裂、块裂和形成沟槽等现象，这也是本实用新型针对克服现有技术中粉末层的致密性低、均匀性和平整性不够等技术缺点，所进行的技术改进。
25.本实用新型在铺粉过程中，铺粉辊3通过(可调速)电机驱动，还能够正或者反向转动，不仅进一步压实了粉末层，而且使粉末层更加均匀、平整、表面更加光洁致密。
26.本实用新型超声振动铺粉装置，机构简单，技术手段简便易行；可广泛用于bj、slm、sls设备等。
附图说明
27.图1为本实用新型超声振动铺粉装置结构示意图。
28.图2为滑块和振动构件结构示意图。
29.图3为振动块结构示意图。
30.图4为本实用新型超声振动铺粉装置，在激光选区熔化设备上的应用示意图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
32.如图1-4所示。本实用新型公开了一种提高粉末床致密度的超声振动铺粉装置，包括直线导轨1和同步带11，以及滑动安装在直线导轨1上的振动铺粉装置2；同步带11牵引振动铺粉装置2，沿直线导轨1的轨迹往复运行，即在成型缸4和供粉缸5构成的平面上往复运动。
33.所述振动铺粉装置2包括滑块201、振动构件和铺粉辊3。
34.所述铺粉辊3的一端与振动构件连接，铺粉辊3的轴线与直线导轨1相互垂直。
35.所述振动构件产生机械振动，并将机械振动传递给铺粉辊3；在铺粉过程中，铺粉辊3推动粉末平铺在成型平面上的同时，通过振动压实粉末层(或者粉末床)。
36.由粉体动力学原理可知，粉体的运动与粉体的堆积密度、加速度等因素有关。在粉末床增材制造过程中,成形粉末中的内含气体在粉末熔化或固化后转变为成型件中的孔隙，而移动熔池的快速凝固或者粉末床的快速固化导致气体来不及溢出而形成孔隙，导致粉末床增材制造的成形件致密度降低。本实用新型用高频振动方式提供了气体运动的驱动力，铺粉辊高频振动冲压粉末床表面，给粉末床内部的气体提供向外溢散的驱动力同时,粉末快速填充气体溢出的留下的孔隙,使粉末床的致密度增加,进而提高了粉末床增材制造成形件的致密度。
37.所述振动构件包括压电元件202、振动块203；
38.所述压电元件202位于滑块201与振动块203之间；
39.所述铺粉辊3的一端与振动块203转动连接；
40.所述滑块201的周缘，设有多个直立的导向柱204；所述振动块203的周缘开设有多个容纳导向柱204的导向滑道205；导向柱204与导向滑道205间隙配合。
41.压电元件202的压电晶体由于逆压电效应，快速发生形变并回复；振动块203沿着导向柱204上下滑动。
42.所述振动块203在自然重力作用下，其下表面与压电元件202的上表面接合；
43.实际应用中，所述铺粉辊3在当前层铺粉去程作业时，铺粉辊3振动，压电元件202因施加信号电压而工作，其压电体连续变形和超声振动的机械能传递给振动块203，振动块203沿着导向柱204的z轴方向振动，并驱动铺粉辊3沿z轴方向同步连续振动；而在返程作业时铺粉辊3停止振动，通过微调成型缸4的高度，使铺粉辊3推除去程作业时粉末层表面不平整部分。
44.采用多个直立的导向柱204，不仅给振动块203起到一个导向作用，而且使铺粉辊3振动时，仅沿着z轴方向上下振动以压实粉末床，而尽可能的限制了铺粉辊3在其他方向的振动，使铺设的粉末层更加致密，均匀。铺粉辊3在其他方向的振动，会破坏粉末层的致密性、均匀性和平整性，反而使粉末层出现类似开裂、块裂和形成沟槽等现象，这也是本实用新型针对克服现有技术中粉末层的致密性低、均匀性和平整性不够等技术缺点，所进行的技术改进。
45.所述铺粉辊3的一端与振动块203转动连接；所述转动连接是指铺粉辊3通过轴承与振动块203转动连接；该轴承置于振动块203的轴承孔206内，铺粉辊3的一端插入轴承孔206内。
46.所述振动块203内部具有一空腔，空腔内安装有用于驱动铺粉辊3转动的电机。铺粉辊3通过电机驱动，还能够正或者反向转动，不仅进一步压实了粉末层，而且使粉末层更加均匀、平整、表面更加光洁致密。电机带有控制模块，实现转速以及正反转调节。
47.所述铺粉辊3通过联轴器直接与电机连接，或者根据具体应用要求，通过皮带传动等方式连接。
48.所述导向柱204为圆柱状结构，其下端通过螺纹与滑块201连接。这种螺纹结构便于安装，拆卸，使导向柱204更加稳固与滑块201固定。
49.所述压电元件型号为pst150/25
×
25/15，振幅为0.1-10μm，工作电压150v，工作频率20-40khz。通过控制压电元件的频率、振幅和振动时间等参数，使成形粉末中的内含气体迅速溢出并压实粉末床，具体参数可根据实际应用而定。
50.本实用新型所述滑块201为金属材质，内部有局部镂空结构，用于给其他部件预留安装空间，如带动其旋转的电机等部件。
51.如上所述，便可较好地实现本实用新型。
52.本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。