双光源激光烧结铺粉系统的改进研究

材料的方法，可在没有夹具的情况下实现无模制造，极大的缩短了加工制造的时间，同时一些传统无法加工的复杂结构都可以通过这种方法得以实现。SLS工艺是近几年发展最快、最为成功的快速制造技术。采用该技术可以直接制造精确的原型及模型，还可以使用金属作为原材料，直接成型金属零件并作为功能件使用。SLS工艺由于其诸多的优点，在现代制造业中越来越受到重视。

选择性激光烧结是采用激光逐层烧结粉末固体特定区域，使得烧结成型的固话层通过叠加最终形成所需形状的零件。整个工艺过程包括数据处理、铺粉、烧结、后处理等。其成型工作原理：首先将模型数据进行处理，通过计算机控制激光的运动轨迹。在进行工作时粉末缸上升，由铺粉装置将粉末均匀的铺在成型缸的上层，同时激光在工作层面有选择的将固体粉末烧结成型，形成一个零件的层面，一个工作面完成后成型缸下降，再由铺粉装置将粉末均匀的铺设在已成型工件的表面，如此循环往复最终形成三维零件。在整个工艺过程中需要对设备的环境温度以及工作平台温度进行调控，以减少成型翘曲以及层与层之间的结合力。

工艺过程中铺粉装置作为工艺成型的基础装置，铺粉装置的稳定性对成型的效率及精度、工艺的可靠性与便捷性都具有重要的影响，任何因送粉铺粉装置的缺陷都会影响成型零件的质量，因此现阶段有许多对SLS铺粉装置的研究与探索。

杨军惠[6]等人设计了一种辊子式铺粉装置如图1所示，系统由工作台、铺粉装置、激光器、激光光路发生系统外加辅助系统组成。铺粉装置动力部分配置伺服电机、滚珠丝杠、通过齿轮和齿条进行传动。铺粉装置的Z方向采用双活塞缸结工作平台，通过控制两个缸体内活塞的升降高度来实现对铺粉层厚的控制。铺粉装置Z轴方向的运动采用了导柱滑键结构，活塞与丝杠母采用导柱连接，其优点是在丝杠螺母副带动活塞直线运动的过程中，丝杠螺母副在滑键的导向作用下运动平稳，避免了由于丝杠螺母副的摆动所引起的活塞上升、下降产生的高度误差而影响Z方向铺粉层厚。

包坤[7]设计了一种单缸双辊双向铺粉装置，缩小了设备体积，提高了设备运行效率；针对双光源激光快速成型机，双缸铺粉三缸铺粉方式都会使得激光快速成型机整体设备过于庞大，同时使得铺粉效率低下。因此其采用了单缸跟随式漏斗铺粉方式。同时采用辊子式和移动漏斗式相结合的复合式铺粉方式。通过调节漏斗出粉口的高度来调节铺粉辊对铺粉平面的压力作用，可提高铺粉的密实度，利用铺粉辊逆向旋转所产生的摩擦力作用，将粉末颗粒向前滚动推进，可以实现小粒径流动性较差的粉体的铺粉。

赵培[8]等人提出了一种结构简单的快速成形的“跳跃式”铺粉装置。该铺粉装置采用刮板式铺粉机构和滚轮、轨道的构建，并配有辅助的侧翼结构。该铺粉装置利用上下轨道的自动切换使刮片在铺粉过程的行程两端实现单向抬升与下落，使得粉末堆始终保持在刮片运动前方，减少了物料的堆积，同时加装的侧翼减少了刮片两侧的物料流失，达到了粉末的高效利用。其设计的铺粉装置具有模块化设计，可针对不同物料加装模块，具有易用性的特点。

综上所述，较为成熟的铺粉装置有移动料斗式，刮板式，辊子式以及复合式移动料斗及其复合型铺粉机构，适用于铺送高流动性粉末。辊子式在上述铺粉装置中的压实效果最好，刮板式的铺平效果最好，其缺点在于推铺粉末的过程中，辊子和刮板对粉末的约束性较差，造成粉末在铺粉方向的两侧流散，并在铺粉形成的末端形成粉末堆积，造成粉末的浪费，同时效率也会降低。随着SLS加工材料的需求越来越多样，需要针对对物性不同的材料开发出更为多样的铺粉系统。文章由苏州市基础项目资助。

参考文献

[1]Chua Chee Kai，Leong Kah Fai.Rapid prototyping in Singapore：1988 to 1997[J].Rapid Prototyping Journal，1997，3（3）：116-119.

[2]张剑峰，张建华，赵剑峰，等.激光快速成形制造技术的应用研究进展[J].航空制造技术，2002，7：34-37.

[3]Knuth J P.Material increase manufacturing by rapid prototyping technique[J].Annals of the CIPP，1999，40（2）：603-604.

[4]朱剑英.增材制造法-MIM技术[J].航空精密制造技术，1993（1）：29-32.

[5]J. P. Kruth， X. Wang， T. Laoui， L. Froyen. Progress in Selective Laser Sintering.Annals of the CIPP，2001，21-38.

[6]杨军惠，党新安，杨立新.选择性激光烧结快速成型机铺粉装置设计[J].机床与液压，2010，38（8）：11-13.

[7]包坤.双光源激光烧结铺粉系统的改进及成型工艺研究[D].

[8]赵培，贾文鹏，贺卫卫，等.机械研究与应用[M].2012，2：67-69.

作者简介：郭池（1980-），男，新疆自治区昌吉市人，工作单位：西安交通大学苏州研究院，职务：教师，研究方向：快速成型工艺。

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