一種協同作業的多工位成型倉的製作方法

2023-05-05 04:39:56 1

本發明屬於增材製造技術領域，涉及一種協同作業的多工位成型倉，更具體地說，涉及一種用於選擇性雷射溶化的協同作業的多工位成型倉。

背景技術：

選擇性雷射溶化燒結技術是一種利用CAD生成的三維實體模型直接生產零件的技術，其主要原理就是採用紅外雷射器作能源，使用的造型材料多為粉末材料，加工時，首先將粉末預熱到稍低於其熔點的溫度，然後在刮平棍子的作用下將粉末鋪平，雷射束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇地燒結，一層完成後再進行下一層燒結，全部燒結完後去掉多餘的粉末，則就可以得到燒結好的零件。

雷射熔化過程是通過高功率雷射直接作用金屬粉末，使其快熔快凝的工藝，對於利用該技術進行成型的作業平臺而言，首先要在成型平臺上逐層鋪粉，通過雷射按照預設的軌跡進行燒結，然後通過平臺的移動，逐層進行清理，去除多餘的粉末，即可得到所需要的零件。

由於雷射聚焦加熱過程中，局部產生大量的熱使得粉末融化，為了避免融化狀態下的金屬粉末氧化變形，故加工過程中需要惰性氣體保護，為了實現這樣的惰性氣體環境，通常的做法是先利用真空泵將氣氛保護室抽真空，然後再往裡面充惰性保護氣體，如此反覆抽真空，充惰性保護氣體幾次後可以得到較為純淨的惰性氣體環境。

現有技術中的成型倉存在以下幾個問題：

1、目前，用於選雷射3D列印成型倉的內部工位為單個，其工位尺寸的大小限制了成型零件尺寸的範圍，導致雷射發射機頭空走的行程比較多，雷射發生器需要頻繁的切換，且單個工位的對惰性氣體的利用率也不高。

2、由於雷射3D列印成型加工的對象是顆粒半徑很小的顆粒，直接對成型倉注入保護氣體容易導致半徑很小的成型顆粒粘附在透鏡上，使得雷射形成漫射或者反射，減弱雷射的能量。

3、雷射3D列印成型只是將雷射聚焦局部進行加熱，使得事先均布的成型粉末在受熱不均的情況下，堆積的形狀容易發生改變，從而影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低。

有鑑於此，這也構成了需要進一步改進成型倉的設計，以圖解決所存在的技術問題。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種協同作業的多工位成型倉，突破了現有技術中，雷射熔化成型受其成型倉的內部工位的大小限制，解決了現有技術中的通過雷射聚焦只能局部加熱，使得事先均布的成型粉末在受熱不均的情況下，堆積的形狀容易發生改變，從而影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低的問題，以及解決了傳統的注入保護氣體容易導致半徑很小的成型顆粒粘附在透鏡上，容易使得雷射形成漫射或者反射，減弱雷射的能量的難題。

為實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種協同作業的多工位成型倉，包括基板，固定在所述基板上的成型組件，還包括與所述成型組件連通的氣體保護組件，以及固定在所述基板上的冷卻組件和透鏡，其中，所述透鏡鑲嵌在基板內部，所述成型組件沿基板的外側凸出延伸，與所述氣體保護組件連通的設置，所述冷卻組件圍繞所述成型組件的固定；具體地，成型組件包括多個成型倉，該多個成型倉具有氣嘴接頭，成組的與氣體保護組件連通，通過氣體保護組件提供的惰性氣體，使得多個成型倉保持在純淨的惰性氣體環境中，以方便成型機臺可以一次進行多個工位的雷射熔化作業，即可實現多套雷射振鏡下的多工位的掃描加工作業，這種多套雷射振鏡實現的多工位的掃描加工作業能夠有效的提高雷射發生器的利用率，減少機臺的等待時間，從而實現一個雷射成型機臺可並行的協同作業，極大的提高了加工效率，並且能夠通過冷卻組件的調節，避免雷射在局部加熱過程，熱量分布不均，而使得事先均布的成型粉末堆積的形狀容易發生改變，影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低的問題。

優選地，所述成型組件包括成型工位和與所述成型工位連通的氣嘴接頭，其中，所述成型工位截面為圓形，至少兩個所述成型工位的軸心水平和/或豎直方向均成直線的分布；方便雷射成型機臺精準的定位，確保各個成型倉內的成型作業的基準保持一致。

優選地，所述成型工位為四個，其軸心連線成等邊四邊形的固定在所述基板上；進一步地，為了加工的方便，截面為圓形的成型工位，其軸心分布在正四邊形的拐角處。

優選地，所述氣體保護組件包括安裝在所述基板上的吹氣法蘭，和與第一組成型組件連通的第一分氣塊，以及與第二組成型組件連通的第二分氣塊，其中，所述第一組成型組件包括豎直方向軸心成直線設置的兩個成型倉，所述第二組成型組件包括豎直方向軸心成直線設置的另外兩個成型倉，所述第一分氣塊和第二分氣塊分別通過所述氣嘴接頭與成型倉連通；以此，保護氣體通過兩個分氣塊和氣嘴接頭，進入到成型倉內部，以確保位於同一工位的兩個不同成型倉內的保護氣體環境一直或者接近，使得系統作業的多工位成型倉內的成型條件的一致性，從而保證最後零部件的品質。

進一步，在所述吹氣法蘭上，與所述透鏡平行相對的端側面上，加工設置有吹氣孔，更加方便、均勻的控制進入成型倉內的保護氣體，進一步地，為了避免保護氣體直接吹到透鏡的上，而造成的局部不均使雷射形成漫射或者反射，吹氣孔與透鏡角度不同的錯落設置，以使得在透鏡的下方形成一道氣幕，避免成型工位內部的粉塵或成型過程中形成的其他雜質粘附落在透鏡上。

優選地，為了確保保護氣體的利用率，避免保護氣體的洩露，所述氣體保護組件與基板之間夾設有第一密封件，所述透鏡與基板之間夾設有第二密封件。

優選地，第二氣密封件還包括設置在不同密封面上的粗密封件和細密封件，其中，所述粗密封件夾設在透鏡與基板外側貼合密封面之間，所述細密封件夾設在透鏡與基板內側貼合密封面之間，所述外側貼合密封面與所述內側貼合密封面錯落成階梯的設置，通過設置的雙重密封件，以確保透鏡與基板可以保持密閉的接觸。

優選地，所述冷卻組件包括開設在基板上，用來輸送冷卻介質的冷卻管路，以及鑲嵌在基板上，圍繞成型組件布置的冷卻模組，其中，所述冷卻組件包括水平間隔設置的第一冷卻模組和第二冷卻模組,以及豎直設置的第三冷卻模組，以此，通過設置的多個冷卻模組，能夠及時、快速的將積攢在成型倉四周的熱量傳導走，從而避免了成型倉內部的成型粉末因為局部的熱量分布不均，堆積的形狀容易發生改變，從而影響到最後成型的零件的外形，導致產品良率降低的問題。

優選地，所述冷卻管路包括第一進水管和第一出水管，以及第二進水管和第二出水管；

所述第一冷卻模組包括第一進水接口和第一出水接口，以及開設在內部的冷卻管路；

所述第二冷卻模組包括第二進水接口和第二出水接口，以及開設在內部的冷卻迴路；

其中，所述第一進水接口與第二進水管通過管道連通，所述第一出水接口與第二出水管連通，與開設在所述第一冷卻模組內部的冷卻迴路構成一個冷卻的循環管路；

所述第二進水接口與第一進水管通過管道連通，第二出水接口與第一出水管連通，與開設在所述第二冷卻模組內部的冷卻迴路構成一個冷卻的循環管路。

優選地，為確保基板的熱量分布的均勻性，所述第二冷卻塊為兩塊，將所述成型組件夾設在中間。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：本發明提供的成型組件包括多個成型倉，該多個成型倉中相鄰的兩個成型倉平齊間隔的設置，以方便成型機臺可以一次進行多個工位的雷射熔化作業，即可實現多套雷射振鏡下的多工位的掃描加工作業，這種多套雷射振鏡實現的多工位的掃描加工作業能夠有效的提高雷射發生器的利用率，減少機臺的等待時間，從而實現一個雷射成型機臺可並行的協同作業，極大的提高了加工效率，並且能夠通過冷卻組件的調節，避免雷射在局部加熱過程，熱量分布不均，而使得事先均布的成型粉末堆積的形狀容易發生改變，影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低的問題。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了一種根據本發明實施例所實現的協同作業的多工位成型倉的示意圖；

圖2示出了另一種根據本發明實施例所實現的協同作業的多工位成型倉的截面示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

為了便於描述，在這裡可以使用空間相對術語，如「在……之上」、「在……上方」、「在……上表面」、「上面的」等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特徵與其他器件或特徵的空間位置關係。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為「在其他器件或構造上方」或「在其他器件或構造之上」的器件之後將被定位為「在其他器件或構造下方」或「在其他器件或構造之下」。因而，示例性術語「在……上方」可以包括「在……上方」和「在……下方」兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處於其他方位)，並且對這裡所使用的空間相對描述作出相應解釋。

請參考圖1和圖2，圖1示出了一種根據本發明實施例所實現的協同作業的多工位成型倉的示意圖；圖2示出了另一種根據本發明實施例所實現的協同作業的多工位成型倉的截面示意圖。

為了突破現有技術中，選擇性雷射熔化成型受其成型倉工位尺寸的大小限制，解決現有技術中的通過雷射聚焦只能局部加熱，使得事先均布的成型粉末在受熱不均的情況下，堆積的形狀容易發生改變，從而影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低的問題，以及解決了傳統的注入保護氣體容易導致半徑很小的成型顆粒粘附在透鏡上，容易使得雷射形成漫射或者反射，減弱雷射的能量的難題，本發明提供了一種協同作業的多工位成型倉，特別適用於選擇性雷射融化的成型平臺。

如圖1和圖2所示，依照本發明專利原理設計的協同作業的多工位成型倉，包括基板10，固定在基板10上的成型組件20，和與成型組件20連通的氣體保護組件30，以及固定在基板10上的冷卻組件40和透鏡50，其中，透鏡50鑲嵌在基板10內部，成型組件20沿基板10的外側凸出延伸，與氣體保護組件30連通的設置，冷卻組件40圍繞成型組件20的固定。在本發明中，成型組件20包括至少兩個成型工位21，該成型工位21具有氣嘴接頭22，成組的與氣體保護組件30連通。因此，通過氣體保護組件30提供的惰性氣體，使得成型工位21保持在純淨的惰性氣體環境中。其中，由於本發明提供的成型組件包括至少兩個成型工位，該成型工位中相鄰的兩個成型工位平齊間隔的設置，以方便成型機臺可以一次進行多個工位的雷射熔化作業，即可實現多套雷射振鏡下的多工位的掃描加工作業，這種多套雷射振鏡實現的多工位的掃描加工作業能夠有效的提高雷射發生器的利用率，減少機臺的等待時間，從而實現一個雷射成型機臺可並行的協同作業，極大的提高了加工效率，並且能夠通過冷卻組件的調節，避免雷射在局部加熱過程，熱量分布不均，而使得事先均布的成型粉末堆積的形狀容易發生改變，影響到最後成型的零件的外形，導致產品的良率降低的問題，其中具體的有益效果將結合本發明具體的實施方式進行說明。

需要說明的是，能夠實現一個雷射成型機臺可並行的協同作業的實施方式有多種，例如成型組件的數量、具體結構和布置方式，以及雷射機頭的數量和布局方式等等，為了方便說明，在此只介紹其中較佳的多套雷射振鏡下的多工位協同作業實施方式。

具體地如圖1和圖2所示。在結構上，可設計各個成型組件20包括至少兩個成型工位21，和與成工位21連通的氣嘴接頭22，其中，成型工位21截面為圓形，至少兩個成型工位21的軸心水平和/或豎直方向均成直線的分布，方便雷射成型機臺精準的定位，確保各個成型工位倉內的成型作業的基準保持一致。較佳地，成型工位21為四個，其軸心連線成等邊四邊形的固定在基板10上，進一步地，為了加工的方便，截面為圓形的成型工位21，其軸心分布在正四邊形的拐角處。基於成型倉的數量與相對位置的設置，具體可以有多種變形，對於各種變形均應落在本發明的保護範圍中。

在本發明的實施例中，為確保多套雷射振鏡下的多工位協同作業的成型品質保持一致，氣體保護組件30環繞成型組件20的數量及布置位置，與成型組件20成組的連通設置，具體地，以豎直方向分布的成型組件20為一組做示例性的說明，氣體保護組件30包括安裝在基板10上的吹氣法蘭31，和與第一組成型組件20連通的第一分氣塊32，以及與第二組成型組件20連通的第二分氣塊33，其中，第一組成型組件20包括豎直方向軸心成直線設置的兩個成型工位21，第二組成型組件20包括豎直方向軸心成直線設置的另外兩個成型工位21，第一分氣塊32和第二分氣塊33分別通過氣嘴接頭22與成型工位21連通。以此，保護氣體通過兩個分氣塊和氣嘴接頭，進入到成型工位的倉內，以確保位於同一工位的兩個不同成型工位內的保護氣體環境一直或者接近，使得系統作業的多工位成型工位的倉內成型條件的一致性，從而保證最後零部件的品質。

較佳地，在吹氣法蘭31上，與透鏡50平行相對的端側面上，加工設置有吹氣孔331，通過吹氣孔331，更加方便、均勻的控制進入成型倉內的保護氣體。進一步地，為了避免保護氣體直接吹到透鏡50的鏡面上，而造成的內部局部密度不均，導致雷射傳輸過程中漫射或者反射，吹氣孔331與透鏡50角度不同的錯落設置，以使得在透鏡的下方形成一道氣幕，避免成型倉內部的粉塵或成型過程中形成的其他雜質粘附落在透鏡上。

較佳地，為了確保保護氣體的利用率，避免保護氣體的洩露，氣體保護組件30與基板10之間夾設有第一密封件34，透鏡50與基板10之間夾設有第二密封件35。進一步地，第二氣密封件35還包括設置在不同密封面上的粗密封件351和細密封件352，其中，粗密封件351夾設在透鏡50與基板10外側貼合密封面之間，細密封件352夾設在透鏡50與基板10內側貼合密封面之間，較佳地，外側貼合密封面與內側貼合密封面錯落成階梯的設置，通過設置的雙重密封件，以確保透鏡與基板可以保持密閉的接觸。

在本實施例中，冷卻組件40包括開設在基板10上，用來輸送冷卻介質的冷卻管路41，以及鑲嵌在基板10上，圍繞成型組件20布置的冷卻模組，其中，冷卻組件包括水平間隔設置的第一冷卻模組42和第二冷卻模組43,以及豎直設置的第三冷卻模組44，以此，通過設置的多個冷卻模組，能夠及時、快速的將積攢在成型倉四周的熱量傳導走，從而避免了成型倉內部的成型粉末因為局部的熱量分布不均，堆積的形狀容易發生改變，從而影響到最後成型的零件的外形，導致產品良率降低的問題。

為了確保冷卻模組的導熱效率，將冷卻管路41連通，貫穿冷卻模組的設置，通過冷卻管路中流動的冷卻介質，不斷的將冷卻模組吸收的熱量源源不斷的帶走。

具體地，冷卻管路41包括第一進水管411和第一出水管412，以及第二進水管413和第二出水管414；

第一冷卻模組42包括第一進水接口421和第一出水接口422，以及開設在內部的冷卻管路；

第二冷卻模組43包括第二進水接口431和第二出水接口432，以及開設在內部的冷卻迴路；

其中，第一進水接口421與第二進水管413通過管道連通，第一出水接口422與第二出水管414連通，與開設在第一冷卻模組42內部的冷卻迴路構成一個冷卻的循環管路；

第二進水接口431與第一進水管421通過管道連通，第二出水接口432與第一出水管422連通，與開設在第二冷卻模組43內部的冷卻迴路構成一個冷卻的循環管路。

進一步地，為確保基板10的熱量分布的均勻性，第二冷卻塊44為兩塊，將成型組件20夾設在中間。

本發明專利雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明專利，任何本領域技術人員在不脫離本發明專利的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明專利技術方案的內容，依據本發明專利的技術實質對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同變化及修飾，均屬於本發明專利技術方案的保護範圍。