本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種應用于激光增材制造的鋪粉裝置。

背景技術：

因具有柔性化程度高、產品性能優良、材料適應性廣泛等一系列優點，激光增材制造技術已經成為金屬零件加工領域的研究熱點。

根據工藝特性的不同，激光增材制造技術可分為同步送料、預置鋪粉、同步送料與預置鋪粉相結合三種類型。其中，同步送料激光增材制造技術包括激光熔覆沉積與激光送絲沉積，在加工過程中利用同軸送料噴嘴將金屬粉末/金屬絲同步運送至由激光束輻照形成的動態熔池中，完成金屬粉末/金屬絲的熔化、凝固成形，具有較高的成形效率，但僅能成形簡單形狀產品。預置鋪粉激光增材制造技術主要指激光選區熔化，其預先使用刮刀在基板上方鋪設一層具有一定厚度的金屬粉末，再利用掃描振鏡輸出激光束，實現對粉末層的選擇性熔化/凝固成形。該技術可成形復雜形狀產品，但必須使用成形缸來容納基板和基板上方的零件及粉末床，如需成形大尺寸零件，則必須使用大尺寸的成型缸，而后者承載的大量粉末會給裝備的機械運動部件帶來巨大的負荷，大幅度提升裝備的制造難度與維護成本。

與前述兩種類型的激光增材制造技術相較，同步送料與預置鋪粉相結合的激光增材制造方法具有更為廣闊的應用前景,其首先以激光熔覆沉積或激光送絲沉積的方式在基板表面制備一層形狀與金屬零件層相適應的閉合隨形缸體，然后以隨形缸體為鋪粉基準，在隨形缸體內部鋪置粉末層，并采用掃描振鏡選區熔化粉末床成形零件切片層，還可根據精度需求在制造下一隨形缸體切片層前對已成形的金屬零件片層進行機械加工。這種方法不僅繼承了激光選區熔化技術可成形復雜結構的優點，還突破了常規激光選區熔化設備中尺寸固定成型缸對零部件尺寸的限制，同時避免了現有激光增材制造中零件內表面精度難以達標的問題，可一次性地制造各種尺寸及結構的高精度金屬零件。

由工作原理決定，同步送料與預置鋪粉相結合的激光增材制造技術在成形金屬零件時，粉末床的水平截面輪廓一般會沿零件豎直方向變化。然而，現有的鋪粉裝置通常只能鋪置水平截面輪廓固定的粉末床。為保證零件成形過程中每層粉末均能完整鋪置，必須使用有效鋪粉區域可將隨形缸體最大水平截面覆蓋的鋪粉裝置，這無疑會導致在大多數粉末層的鋪置過程中出現多余粉末散落至隨形缸體之外區域的情況，造成粉末原料的浪費。因此，開發一種鋪粉區域可在零件制造過程中靈活調整的鋪粉裝置具有重要意義。

技術實現要素：

針對上述不足，本發明提出了一種應用于激光增材制造的鋪粉裝置，旨在提升同步送料與預置鋪粉相結合的激光增材制造技術的粉末原料利用率。

本發明提供的一種應用于激光增材制造的鋪粉裝置，其特征在于，該裝置包括儲粉組件、選區鋪粉組件和輔助移動組件；

所述儲粉組件包括儲粉艙與轉軸；儲粉艙用于存儲金屬粉末；轉軸安裝于儲粉艙下方，用于在金屬零件的激光增材制造過程中通過軸向轉動將儲粉艙存儲的金屬粉末提供給所述選區鋪粉組件；

所述選區鋪粉組件位于儲粉組件下方，包括框架、活動擋板、伸縮機構和刮刀；活動擋板可在伸縮機構帶動下，與框架的一部分共同構成臨時儲粉空間；在金屬零件的激光增材制造過程中，臨時儲粉空間首先移動至儲粉組件下方，并接受儲粉組件所提供的金屬粉末；然后，臨時儲粉空間駛向零件增材制造區域上方；待臨時儲粉空間運行至需要鋪粉的位置上方后，活動擋板在伸縮機構帶動下將臨時儲粉空間內的粉末選擇性地落下；刮刀用于將臨時儲粉空間落下的金屬粉末鋪置為均勻的粉末床；

所述輔助移動組件包括左右移動機構與豎直移動機構；左右移動機構用于帶動選區鋪粉組件在零件增材制造區域沿左右方向往復移動；豎直移動機構用于帶動選區鋪粉組件在零件增材制造區域沿豎直方向往復移動。

上述技術方案可以采用下述一種或任幾種方式進行改進：

所述儲粉艙安裝在激光增材設備的工作腔體上方，儲粉艙下部呈體積逐漸縮小的漏斗形，漏斗底部具有一個落粉口；轉軸安裝在所述落粉口下方，能夠沿軸向轉動，且表面開設有若干鍵槽；

所述框架包含豎直板與矩形儲粉槽；豎直板前后兩端分別設置有第一、第二定位塊；環形儲粉槽底部設有一個開口；矩形儲粉槽通過肋板與豎直板側部相連；矩形開口下方設有一排沿前后方向緊密排列的所述活動擋板；

所述伸縮機構包括電動伸縮桿和電動伸縮桿基座；每個活動擋板均與一個電動伸縮桿連接，各電動伸縮桿均通過電動伸縮桿基座安裝在豎直板側部，并能夠在外配或自帶驅動系統調控下獨立地沿左右方向伸縮，進而帶動與其相連的活動擋板獨立地進行左右往復移動；在電動伸縮桿帶動下，活動擋板既能夠將開口封閉進而與環形儲粉槽共同構成臨時儲粉空間，又能夠將開口開啟進而將臨時儲粉空間內的粉末選擇性落下；刮刀安裝于豎直板下部；

所述左右移動機構包括水平支架與絲桿；絲桿安裝于水平支架前后兩側的上表面，水平支架前后兩側的絲桿分別與選區鋪粉組件的第一、第二定位塊相連，使左右移動機構能夠在外配或自帶控制系統調控下帶動選區鋪粉組件沿左右方向往復移動；

所述豎直移動機構包括液壓伸縮桿與液壓伸縮桿基座；液壓伸縮桿通過液壓伸縮桿基座安裝于激光增材制造設備的工作臺表面，能夠為水平支架提供支撐，并在外配或自帶控制系統調控下帶動水平支架沿豎直方向升降。

本發明與現有技術相比具有以下技術效果：

(1)通過配合使用儲粉組件、選區鋪粉組件和輔助移動組件，可根據金屬零件與隨形缸體的切片截面靈活調整鋪粉區域的位置與形狀，極大提升金屬粉末原料利用率；

(2)鋪粉裝置機械結構簡單，可移植性強，不僅可用于同步送料與預置鋪粉相結合的激光增材制造過程，也可以用于傳統的激光選區熔化過程；

(3)鋪粉過程僅涉及部分構件的直線往復運動和軸向轉動，對控制系統要求低，易于實現。

附圖說明

圖1為本發明裝置的整體結構示意圖；

圖2為本發明裝置中儲粉組件示意圖；

圖3為本發明裝置中框架示意圖；

圖4為本發明裝置中選區鋪粉組件示意圖；

圖中標號說明：1-儲粉艙；2-轉軸；3-框架；4-活動擋板；5-電動伸縮桿；6-電動伸縮桿基座；7-刮刀；8-絲桿；9-水平支架；10-液壓伸縮桿；11-液壓伸縮桿基座；31-豎直板；32-矩形儲粉槽；33-開口；34、35-肋板；36、37-定位塊。

具體實施方式

下面通過借助一個實施例及其附圖更加詳細地說明本發明，但該實施例及附圖僅是說明性的，本發明的保護范圍并不受其限制。

如圖1所示，本發明實例提供的一種鋪粉裝置，該裝置包括儲粉組件、選區鋪粉組件和輔助移動組件；

所述儲粉組件包含儲粉艙1與轉軸2，用于存儲金屬粉末，并在金屬零件的激光增材制造過程中為選區鋪粉組件提供金屬粉末；如圖2所示，儲粉艙1安裝在激光增材設備的工作腔體上方，其下部呈體積逐漸縮小的漏斗形；漏斗底部具有一個落粉口，落粉口下方安裝轉軸2；轉軸2表面開設有若干鍵槽，可在外配或自帶控制系統調控下沿軸向旋轉，進而帶動儲粉艙1中的金屬粉末下落；轉軸2與儲粉艙1底部開口之間的間隙既須保證轉軸2平穩轉動，又須保證金屬粉末不會從間隙中泄漏。

所述選區鋪粉組件位于儲粉組件下方,包括框架3、活動擋板4、伸縮機構和刮刀7，用于在金屬零件的激光增材制造過程中鋪置形狀與位置可根據金屬零件與隨形缸體的切片截面靈活調整的粉末床；如圖3所示，框架3包含豎直板31與矩形儲粉槽32；其中，豎直板31前后兩端分別設置有用于與輔助移動組件連接的第一、第二定位塊36、37；環形儲粉槽32底部設有一個開口33；豎直板31的側部與矩形儲粉槽32通過肋板34、35相連；如圖4所示，矩形開口33下方設有一排沿前后方向緊密排列的活動擋板4；伸縮機構包括電動伸縮桿5和電動伸縮桿基座6；每個活動擋板4均與一個電動伸縮桿5連接，這些電動伸縮桿5均通過電動伸縮桿基座6安裝在豎直板31側部，并可在外配驅動系統調控下獨立地沿左右方向伸縮，進而帶動與其相連的活動擋板4獨立地進行左右往復移動；電動伸縮桿5的行程須保證活動擋板4既可完全將開口33封閉進而與環形儲粉槽(32)共同構成臨時儲粉空間，又可完全將開口33開啟進而將臨時儲粉空間內的粉末選擇性落下；刮刀7安裝于豎直板31下部，本發明對刮刀7并無特殊要求，使用激光選區熔化技術通用的刮刀即可；

所述輔助移動組件包含左右移動機構與豎直移動機構，用于帶動選區鋪粉組件在零件增材制造區域沿左右方向和豎直方向往復移動；如圖1所示，左右移動機構包括水平支架9與絲桿8；絲桿8安裝于水平支架9前后兩側的上表面，絲桿8分別與定位塊36、37相連，可在外配控制系統調控下帶動選區鋪粉組件沿左右方向往復移動；豎直移動機構包括液壓伸縮桿10與液壓伸縮桿基座11；液壓伸縮桿10通過液壓伸縮桿基座11安裝于激光增材制造設備的工作臺表面，可為水平支架9提供支撐，并在外配控制系統調控下帶動水平支架9沿豎直方向升降。

利用上述裝置進行鋪粉的步驟如下：

(1)移動選區鋪粉組件，使環形儲粉槽32位于轉軸2下方，并移動活動擋板4將開口33完全封閉；

(2)旋轉轉軸2，使一定數量的金屬粉末落入環形儲粉槽32和活動擋板4構成的臨時儲粉空間中；

(3)移動選區鋪粉組件，使刮刀7下表面與待鋪粉區域上表面之間的距離等于零件切片厚度；

(4)選區鋪粉組件在絲桿8帶動下駛向待鋪粉區域上方，并重復以下流程，直至完成鋪粉：當環形儲粉槽32運行至需要鋪粉的位置上方時，移動位于該位置上方的若干活動擋板4，使數量足夠的金屬粉末落至該位置；繼續沿當前方向移動選區鋪粉組件，使刮刀7將下落的金屬粉末鋪平。

以上所述僅為本發明的較佳實例，基于本發明的思路還可設計多種鋪粉裝備。例如，可在豎直板31的另一側安裝一套與本實施例對應結構完全對稱的矩形儲粉槽32、開口33、肋板43與35、活動擋板4、電動伸縮桿5和電動伸縮桿基座6，以實現雙向選區鋪粉；為了更好地提升粉末原料利用率，還可在成本與外配控制系統允許的條件下盡量增大活動擋板4、電動伸縮桿5和電動伸縮桿基座6的數量；此外，亦可將電動伸縮桿5和電動伸縮桿基座6更換為任意可帶動活動擋板4左右往復運動的配件，并將液壓伸縮桿10和液壓伸縮桿基座11更換為任意可帶動水平支架9豎直往復運動的配件。

總之，本發明不應該局限于上述實例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，仍應視為本發明保護范圍之內。