一種防止在SLS成型工藝中工件發生錯層的方法及裝置與流程
2023-08-11 08:00:26 3
本發明屬於快速成型製造技術領域，具體涉及一種防止在sls成型工藝中工件發生錯層的方法及裝置。
背景技術：
現有的快速成型方法有很多種，各有其特點和優勢；雷射選區燒結(selectivelasersinteringsls)成型技術是快速成型製造技術中重要的技術之一，它是以塑形或可粘結的粉末材料作為造型材料，通過鋪粉輥子將材料鋪平在成型平臺上，在計算機控制下使雷射束根據預先的分層截面信息進行有選擇的燒結，然後在完成一層的製作後，鋪粉輥子繼續鋪粉加工，直至零件燒結結束。在sls成型技術及裝置中，輥子的結構及輥子鋪粉方法都是十分重要的。在理想狀況下，燒結零件的過程中層與層之間不應發生錯層現象，但是在現有技術中，由於採用的鋪粉方式均為單向單次的鋪粉方式，在鋪粉的過程中先加工的燒結層容易受到所鋪粉末的推動作用而產生移動，層與層之間的微小移動，累計到最終加工的零件中，從而造成錯層現象，影響零件加工的質量；這種現象尤其是在利用密度較小的有機粉末材料加工體積較大的零件時表現的尤為突出。
在以聚苯乙烯粉末或改性過的聚苯乙烯粉末為原材料製作零件時，也發現製作的零件由於層與層之間的細小措動而造成零件的加工質量往往很差。分析原因：亦是由於在加工時鋪粉的方式為單向鋪粉，致使先燒結出的部分在鋪粉時受到粉末的推送作用而產生細小的移動，從而造成了加工零件的錯層現象。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術存在的缺陷，提供一種防止在sls成型工藝中工件發生錯層的方法及裝置，以解決在sls成型工藝中燒結零件的錯層現象。
用於實現本發明目的的技術解決方案如下所述。
一種防止在sls成型工藝中工件發生錯層的方法，包括以下的操作步驟：
a、在成型平臺內被加工零件的首層或某一層已經加工完成，需要進行下一層的加工時，使供粉平臺上升1.5倍層厚的距離，同時使成型平臺下降0.5倍層厚的距離；
b、使供粉平臺一側的鋪粉輥子沿成型平臺方向運動，對成型平臺進行鋪粉，並將多出的粉料推送至餘料暫儲平臺中；
c、使成型平臺下降0.5倍層厚的距離，同時使供粉平臺下降0.5倍層厚的距離；
d、使成型平臺一側的鋪粉輥子沿供粉平臺方向運動，對成型平臺進行鋪粉，並將多餘的粉料平鋪至供粉平臺上；
e、結束鋪粉過程，開始加工工件；
f、重複步驟a～步驟e，直至結束鋪粉，零件加工完成。
上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的方法中，在加工零件時利用鋪粉過程中粉料往返鋪粉時的推送作用，對稱地對零件已加工部分施加方向相反的力，以防止在sls成型工藝中可能出現的燒結零件的錯層現象。
用於實現上述方法步驟而設計的防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置是這樣的：該裝置包括由沿橫向依次並排設置的供粉平臺、成型平臺和餘料暫儲平臺組成的sls成型加工平臺，在供粉平臺和成型平臺內均設有可升降的活動板，在sls成型加工平臺上方兩側設有橫向主導軌，在主導軌上通過主運動皮帶立裝有一副可沿主導軌往復運動的運動架，在運動架的上端通過兩副呈鈍角分布的連杆機構按前後向分別設置有第一鋪粉輥子和第二鋪粉輥子，兩個鋪粉輥子可分別在電機帶動下交替貼置在sls成型加工平臺的上表面。
上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置中，運動架和第一鋪粉輥子之間通過一個直杆狀的第一滑軌連接，在第一滑軌的軌槽兩端分別固定有第一固定電磁塊和第二固定電磁塊，在第一滑軌的軌槽中裝有一個可在第一滑軌的軌槽內往復運動的第一滑動配重電磁塊，所述的第一固定電磁塊、第二固定電磁塊和第一滑動配重電磁塊上均接通有可變相位的電源；運動架和第二鋪粉輥子之間通過一個直杆狀的第二滑軌連接，在第二滑軌的軌槽兩端分別固定有第三固定電磁塊和第四固定電磁塊，在第二滑軌的軌槽中裝有一個可在第二滑軌的軌槽內往復運動的第二滑動配重電磁塊，所述的第三固定電磁塊、第四固定電磁塊和第二滑動配重電磁塊上均接通有可變相位的電源。實際工作中，通過調節改變相應電磁塊上電源的相位，按照「同相相斥、異相相吸」的原理，即可以改變第一滑動配重電磁塊和第二滑動配重電磁塊的位置，從而實現相應鋪粉輥子的位置調節。
上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置中，第一鋪粉輥子、第二鋪粉輥子均固定套裝在轉軸上，運動架活動套裝在轉軸上，第一鋪粉輥子轉軸與運動架轉軸之間通過一套由第一副電機驅動的第一齒形皮帶傳動連接，第二鋪粉輥子轉軸與運動架轉軸之間通過一套由第二副電機驅動的第二齒形皮帶傳動連接。
上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置中，置在sls成型加工平臺上方兩側橫向主導軌上的主運動皮帶分別由第一主電機和第二主電機驅動。
上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置中，在運動架的下側邊裝有用於防止粉料溢出的側邊擋料板。
另外，上述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置中，在運動架上還安裝有定位銷，可以簡單、準確地控制兩鋪粉輥子工作時的位置。
相對於現有的鋪粉技術，本發明所述的防止在sls成型工藝中發生錯層的方法實現了在鋪粉時利用粉料對已加工部分施加方向相反的力，約束了其的微小移動，有效的防止了零件的錯層現象，尤其是在密度較小的有機材料加工中表現的尤為突出，極大的提高了零件加工的精度；同時本發明提供的防止在sls成型工藝中發生錯層的裝置的原理簡單、結構緊湊，在加工零件時能夠充分的利用材料，具有很好的經濟性和實用性。
附圖說明
圖1是本發明所述防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置的正視圖。
圖2是該防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置的左視圖。
圖3是該防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置的俯視圖。
圖4是本發明裝置中鋪粉輥子與運動架之間的裝配示意圖。
圖5是圖4的左視圖。
圖6是定位銷與運動架在定位時的工作結構示意圖。
圖7是本發明裝置在正向鋪粉時的工作原理示意圖。
圖8是本發明裝置在反向鋪粉時的工作原理示意圖。
圖中各數字標記的名稱分別是：1－主導軌，2－第一鋪粉輥子，3－第一固定電磁塊，4－第一滑軌，5－第一齒形皮帶，6－第一滑動配重電磁塊，7－第二固定電磁塊,8－定位銷，9－運動架，10－第三固定電磁塊，11－第二齒形皮帶，12－第二滑動配重電磁塊，13－第四固定電磁塊，14－第二滑軌，15－第二鋪粉輥子，16－側邊擋料板，17－供粉平臺，18－成型平臺，19－餘料暫儲平臺，20－主運動皮帶，21－第二副電機，22－第一副電機，23－第一主電機，24－第二主電機，25－光源。
具體實施方式
本發明所述的防止在sls成型工藝中工件發生錯層的方法的核心是利用在鋪粉過程中多餘粉料往返的推送作用，對稱的對已加工部分施加方向相反的力，正向鋪粉與反向鋪粉時粉料對已加工部分的影響相互抵消，從而防止了已加工部分的移動，它包括以下操作步驟：
a、在成型平臺內被加工零件的首層或某一層已經加工完成，需要進行下一層的加工時，使供粉平臺上升1.5倍層厚的距離，同時使成型平臺下降0.5倍層厚的距離；
b、使供粉平臺一側的鋪粉輥子沿成型平臺方向運動，對成型平臺進行鋪粉，並將多出的粉料推送至餘料暫儲平臺中；
c、使成型平臺下降0.5倍層厚的距離，同時使供粉平臺下降0.5倍層厚的距離；
d、使成型平臺一側的鋪粉輥子沿供粉平臺方向運動，對成型平臺進行鋪粉，並將多餘的粉料平鋪至供粉平臺上；
e、結束鋪粉過程，利用光源的照射開始固化加工列印工件；
f、若當前層列印完畢且不是最後一層，則下一層的鋪粉工作繼續從步驟a開始執行，即重複步驟a～步驟e；若當前層已是最後一層，則結束鋪粉工作，零件加工列印完成。
本發明提供的防止在sls成型工藝中工件發生錯層的裝置如附圖所示，由供粉平臺17、成型平臺18、餘料暫儲平臺19、主導軌1、運動架9、第一鋪粉輥子2、第二鋪粉輥子15、主運動皮帶20、第一主電機23、第二主電機24、第一副電機22、第二副電機21等構件組成。供粉平臺17、成型平臺18和餘料暫儲平臺19組成sls成型加工平臺，其中在供粉平臺17和成型平臺18內均設有由pc機系統控制的可升降的活動板(圖7)。主導軌1對稱設在sls成型加工平臺上方兩側，兩個可做同步運動的運動架9分別通過一副主運動皮帶20立裝在兩側的主導軌1上，並可分別在第一主電機23和第二主電機24驅動下沿主導軌1做往復運動。在運動架9的上端通過兩副呈鈍角分布的連杆機構按前後向分別設置有第一鋪粉輥子2和第二鋪粉輥子15，兩個鋪粉輥子可分別在第一副電機22和第二副電機21帶動下交替貼置在sls成型加工平臺的上表面。在運動架9的下側邊裝有側邊擋料板16，可有效防止鋪粉時因粉料從兩側溢出而造成的浪費。在運動架9上還安裝有定位銷8(圖6)，簡單而準確地控制了兩鋪粉輥子工作時的位置。
本發明裝置中兩個鋪粉輥子與運動架的連接結構如圖1和圖4所示。運動架9和第一鋪粉輥子2之間通過第一滑軌4連接，在第一滑軌4的軌槽兩端分別固定有第一固定電磁塊3和第二固定電磁塊7，在第一滑軌4的軌槽中裝有可在第一滑軌4的軌槽內往復運動的第一滑動配重電磁塊6，在上述各電磁塊上均接通有可變相位的電源。工作時第一鋪粉輥子2下落或上升的位置可以通過設置在第一滑軌4上的第一固定電磁塊3、第一滑動配重電磁塊6和第二固定電磁塊7進行調節，即通過調節改變相應電磁塊上電源的相位，利用兩固定電磁塊之間的相互吸引和相互排斥的作用推動第一滑動配重電磁塊6，進而利用它們的重心位置變化來調節第一鋪粉輥子2的位置。運動架9和第二鋪粉輥子15之間通過第二滑軌14連接，在第二滑軌14的軌槽兩端分別固定有第三固定電磁塊10和第四固定電磁塊13，在第二滑軌14的軌槽中裝有可在第二滑軌14的軌槽內往復運動的第二滑動配重電磁塊12，在上述各電磁塊上均接通有可變相位的電源。工作時第二鋪粉輥子15下落或上升的位置可以通過設置在第二滑軌14上的第三固定電磁塊10、第二滑動配重電磁塊12和第四固定電磁塊13進行調節，即通過調節改變相應電磁塊上電源的相位，利用兩固定電磁塊之間的相互吸引和相互排斥的作用推動第二滑動配重電磁塊12，進而利用它們的重心位置變化來調節第二鋪粉輥子15的位置。傳動方式設計中，第一鋪粉輥子2、第二鋪粉輥子15均固定套裝在轉軸上，運動架9活動套裝在轉軸上，第一鋪粉輥子2轉軸與運動架9轉軸之間通過由第一副電機22驅動的第一齒形皮帶5傳動連接，第二鋪粉輥子15轉軸與運動架9轉軸之間通過由第二副電機21驅動的第二齒形皮帶11傳動連接。
實際工作中，在進行如圖7所示的正向(由右往左方向)鋪粉時，第二鋪粉輥子15在第一固定電磁塊3、第一滑動配重電磁塊6、第二固定電磁塊7和第三固定電磁塊10、第二滑動配重電磁塊12、第四固定電磁塊13以及定位銷8的調節和控制下，使得第二鋪粉輥子15的下表面緊貼在供粉平臺18的上表面；然後在第一主電機23和第二主電機24的驅動下，主運動皮帶20帶動運動架9進行正向運動；與此同時，安裝在運動架上9的第二副電機21開始工作，並由第二齒形皮帶11驅動第二鋪粉輥子15進行旋轉運動，開始鋪粉。在正向鋪粉結束的同時反向(圖8所示的由左往右方向)鋪粉開始，第一鋪粉輥子2在第一固定電磁塊3、第一滑動配重電磁塊6、第二固定電磁塊7和第三固定電磁塊10、第二滑動配重電磁塊12、第四固定電磁塊13以及定位銷8的調節和控制下，使得第一鋪粉輥子2的下表面緊貼餘料暫儲平臺19的上表面，然後在第一主電機23和第二主電機24的驅動下，主運動皮帶20帶動運動架9進行反向運動；與此同時，安裝在運動架9上的第一副電機22開始工作，並由第一齒形皮帶5驅動第一鋪粉輥子2進行旋轉運動，開始鋪粉。本發明通過上述的鋪粉裝置，可以有效地防止在sls工藝中層與層之間的錯動，從而避免了加工的零件出現錯層的現象，提高了加工精度，同時也提高了原材料的利用率，節約了材料。