金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构-新型
选区激光熔化GH4169粉体特性及成型件组织结构的研究
选区激光熔化GH4169粉体特性及成型件组织结构的研究尹燕;刘鹏宇;路超;蔡伟军;肖梦智;张瑞华;屈岳波【摘要】为了研发适用于选区激光熔化(SLM)的GH4169合金粉末,研究不同粒度分布段的粉末对铺粉以及成型效果的影响.在同一批次的粉末中,筛选出不同粒度段的粉末进行选区熔化试验,然后抛光金相、腐蚀观察组织.结果表明:粒度过小、粉末易团聚,铺粉的过程中易出现波浪纹不适合选区熔化;粒度过大,会增加粉末颗粒与颗粒之间的孔隙,在快速熔化与冷却的过程中液体不能充分的填充孔隙易造成孔洞;粒度在15~53μm之间,平均粒径约为32μm左右的粉末,通过选区熔化可以得到高质量的成型件;通过电镜对其组织分析可知,选区熔化过程中形成的组织为胞状晶,"微熔池"内部为细长条状的柱状晶,由于受热量分布的影响,生长方向各不相同,所观察到的表面形貌也会有所差异.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2017(009)003【总页数】7页(P56-62)【关键词】选区激光熔化;粉末粒度分布;成型件性能;组织分析【作者】尹燕;刘鹏宇;路超;蔡伟军;肖梦智;张瑞华;屈岳波【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,兰州 730050;中国钢研科技集团有限公司,北京 100081;阳江市五金刀剪产业技术研究院,阳江 529533;中国钢研科技集团有限公司,北京 100081;阳江市五金刀剪产业技术研究院,阳江 529533【正文语种】中文【中图分类】TG174.4选区激光熔化（selective laser melting，SLM）技术是近些年来发展起来的一种激光快速成型技术[1-2]，其原理是在计算机软件的控制下，采用高功率激光束选择性地、由点及线、由线及面，逐层扫描熔化金属粉末，最终得到致密度高、机械性能良好的成形零件[3]。
选择性激光熔化激光快速成型铺粉装置设计
图１ 铺粉 装置工作原理图
铺 粉装 置包 括送 粉 缸 、 型缸 和 回收 缸 的上 下运 成
国 家 ８ ３高技 术 项 目（ ０６ Ａ ３ ０ ４ ） 助 ６ ２０ Ａ ０ Ｚ ４ ６ 支
Ｄｉａ ｓｒ设计与研究 ｅｎｎ ｅａ ｓ ｄ ｅｈ ｇ Ｒ ｃ
选 择 ・ 光 熔 化 激 光源自快 速 成 型 铺 粉 装 置 设 计 ｌ 生激
陈光 霞① 曾晓雁 ②
（ 江 汉 大 学机 电与建 筑 工程 学 院 ， 北 武汉 ４ ０ ５ ； ① 湖 ３ ０ ６
② 华 中科 技 大学 武 汉 国家 光 电实验 室激光 部 ， 湖北 武 汉 ４０７ ） ３０４
性能 与锻 造相 当
。具有 广 泛 的应用 前景 。
置 ， 备下 一层 铺粉 。如此 往复 ， 准 完成 激光 加 工 的铺 粉
操作。
要 想将 Ｓ Ｍ激 光 快速 成型 技 术用 于 实 际 ， 须先 Ｌ 必
拥有一 套 高精度 的加 工 设 备 。 国外 的设 备 价 格 昂贵 ， 不适 合在 国 内推 广 。本 文 利 用 现 有 的加 工 制 造 条 件 ， 设 计制 造 出一套 经 济实用 的高精 度 的 Ｓ Ｍ设 备 。 Ｌ
如图 １ 示 ， 所 铺粉 装 置 由送粉 缸 ９、 型缸 ７ 回收 成 、
缸 ４ 缸体 、 、 线性导轨 、 刮板 ８ 等部分组成 。 工 作原 理为 ： 型缸 活塞 下移 １ 加工 层 厚 ， 粉 成 个 送 缸 的活 塞 上 移 ２～３倍 的铺 粉 层 厚 ， 动金 属 粉 末 上 推
选择 性激 光熔 化 （ Ｌ 技术 是 近年 来 出现 的最新 Ｓ Ｍ） 的快 速成 型技 术之 一 ， 工 作 原 理 是 应 用 分 层 制 造 思 其
激光粉末床熔融技术
激光粉末床熔融技术激光粉末床熔融技术是一种先进的三维打印技术，它利用激光束将金属粉末熔化并逐层堆积，最终形成所需的立体零件。
该技术具有高效、灵活、精确的特点，在制造业中得到广泛应用。
激光粉末床熔融技术的核心是激光熔融。
首先，将金属粉末均匀铺在制造平台上，然后使用激光束扫描金属粉末，局部加热并熔化。
激光束的功率和扫描速度可以控制，从而实现对熔化过程的精确控制。
一旦熔化完成，熔融金属会迅速凝固形成固体层，然后再次铺上金属粉末，重复上述步骤，直到整个零件打印完成。
激光粉末床熔融技术具有许多优势。
首先，它可以制造出非常复杂的几何形状，无论是内部孔隙还是外部结构。
这使得激光粉末床熔融技术在航空航天、汽车、医疗等领域中得到广泛应用，因为这些领域对零件的形状和性能要求非常高。
其次，与传统的制造方法相比，激光粉末床熔融技术的制造周期短，成本低。
这意味着企业可以更快地推出新产品，提高市场竞争力。
此外，该技术还可以减少材料的浪费，因为只有需要的粉末才会被熔化，不需要的部分可以被回收再利用。
激光粉末床熔融技术还具有一些挑战。
首先，由于激光束的能量密度较高，容易引起金属材料的热应力和变形。
因此，需要对工艺参数进行精确控制，以避免零件出现质量问题。
其次，激光粉末床熔融技术对金属粉末的选择较为苛刻，需要具有良好的流动性和熔点适中的特性。
此外，激光粉末床熔融技术对设备的要求也较高，需要激光器、粉末供给系统、熔融室等多个设备的协调工作。
尽管激光粉末床熔融技术存在一些挑战，但随着材料科学和激光技术的不断发展，这一技术的应用前景非常广阔。
目前，已经有许多企业和研究机构在激光粉末床熔融技术上取得了重要进展，并开始将其应用于实际生产中。
激光粉末床熔融技术是一种先进的制造技术，具有高效、灵活、精确的特点。
它可以制造出复杂的几何形状，满足各行各业对零件形状和性能的要求。
尽管存在一些挑战，但随着技术的不断发展，激光粉末床熔融技术将在制造业中发挥越来越重要的作用。
lpbf激光粉末床熔融
lpbf激光粉末床熔融
激光粉末床熔融（LPBF）是一种增材制造技术，它基于
离散堆积的成形理念逐层熔覆沉积制备三维实体样件，具有
柔性化程度高、加工速度快、对样品尺寸及形状无限制等独
特优势。
这种技术利用高能束激光（光斑50-100微米）逐
点逐线熔融微细金属粉末，成形效率相对较低，仅适用于单
件和小批量零件制造。
LPBF技术正朝着高效率方向迈进，其中提高激光功率是
最为行之有效的方法之一。
然而，目前国内外高功率LPBF
激光与物质交互作用的研究报道还非常有限，严重制约了该
技术的发展。
此外，LPBF技术具有以下优点：
1.可直接制造复杂精细的高性能金属零件，如打印的高温合金一体式航空燃油喷嘴、钛合金多孔骨骼植入物、内
置随形冷却水道的模具镶件等。
2.成形试样的致密度高，可达99.8%±0.08%，且无明显的缺陷。
从宏观上看，该合金由沿熔池边界外延生长的
柱状晶构成，熔池边界准晶富集，熔池内部准晶贫瘠。
从单
一熔池的角度来看，SLM成形的样品呈现出明显复合结构：
熔池内部的激光熔合区（LFZ）；熔池边界（MPB）和热影
响区（HAZ）。
然而，LPBF技术也具有较高的温度梯度和较快的冷却速度，加工过程中影响因素较多，包括粉末材料、加工工艺等综合因素，成形试样易形成气孔、裂纹、球化等多种加工缺陷，其中裂纹缺陷对加工过程的稳定进行及试样的成形质量具有极大的影响。
陶瓷材料具有本征脆硬特性，进一步增加了激光3D打印制备氧化铝基共晶陶瓷裂纹敏感性及成形难度。
以上内容仅供参考，如需更全面准确的信息，可查阅LPBF 激光粉末床熔融增材制造技术的相关研究文献。
选区激光熔化快速成型系统及工艺研究
选区激光熔化快速成型系统及工艺研究广州华南理工大学机械工程学院(510640) 杨永强 吴伟辉【摘要】选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术。
描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求。
经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性。
关键词 选区激光熔化 快速成型 工艺试验R esearch on Selective Laser Melting System and T echnologic Experiment Abstract Selective Laser Melting(SL M)is a novel method of Rapid Prototyping(RP),which is to melt metal powders layer after layer by laser beam to form a metallurgical compact entity.A SL M system and the f unctions of laser subsystem,scanning subsystem,and software subsystem are described in detail in this pa2 per.The influence of scanning speed,laser power and scanning interval for processing quality is analyzed in techniques test.The system feasibility is confirmed by finishing a3D metal entity.K eyw ords selective laser melting,rapid prototyping,technologic experiment中图分类号:TN249 文献标识码:A 选区激光熔化技术是20世纪90年代中期发展起来的,是一种能利用纯金属或合金粉末直接制造出具有冶金结合、致密性接近100%、具有较高尺寸精度和较好表面粗糙度的金属零件快速成型技术。
选择性激光熔化
•近年来诞生了选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。
SLM技术克服了选择性激光烧结（Selective Laser Sintering。
SLS）技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。
用SLS技术制造金属零件的方法主要有：（1）熔模铸造法：首先采用SLS技术成型高聚物（聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等）原型零件，然后利用高聚物的热降解性，采用铸造技术成型金属零件。
（2）砂型铸造法：首先利用覆膜砂成型零件型腔和砂芯（即直接制造砂型），然后浇铸出金属零件。
（3）选择性激光间接烧结原型件法：高分子与金属的混合粉末或高分子包覆金属粉末经SLS成型，经脱脂、高温烧结、浸渍等工艺成型金属零件。
（4）选择性激光直接烧结金属原型件法：首先将低熔点金属与高熔点金属粉末混合，其中低熔点金属粉末在成形过程中主要起粘结剂作用。
然后利用SLS技术成型金属零件；最后对零件后处理，包括浸渍低熔点金属、高温烧结、热等静压（Hotisostat ic Pressing，HIP）。
这些方法所制造的金属零件机械性能受低型工艺过程的影响因素比较多。
为此，德国Fraunhofer激光器研究所（Fraunhofer Inst itu te for LaserTechnology，ILT）最早提出了直接制造金属零件的SLM技术。
选择性激光熔化技术的基本原理SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。
为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过106W／Cm2。
目前用SLM技术的激光器主要有Nd-YAG激光器、Co2激光器、光纤（Fiber）激光器。
这些激光器产生的激光波长分别为1064nm、10640nm、1090nm。
金属粉末对1064nm等较短波长激光的吸收率比较高，而对10640nm等较长波长激光的吸收率较低。
lpbf激光粉末床熔融
lpbf激光粉末床熔融LPBF激光粉末床熔融是一种先进的金属三维打印技术，它以人类的视角创造了许多令人惊叹的成果。
这项技术使用激光束将金属粉末精确地熔化，以创建复杂的金属零件。
在这个过程中，金属粉末被均匀地分布在床层上，并且经过激光束的照射，粉末会逐层熔化和固化，最终形成所需的零件。
这种先进的制造技术为许多行业带来了许多好处。
首先，LPBF激光粉末床熔融可以制造出非常复杂的形状，这在传统的制造方法中是非常困难甚至不可能做到的。
这使得设计师能够实现他们的创意，并创造出更加优化和高效的产品。
其次，这种技术能够减少材料的浪费，因为它只使用所需的粉末量，并且可以重复使用未使用的粉末。
这不仅节省了成本，而且对环境友好。
另一个重要的优势是LPBF激光粉末床熔融可以制造出具有优异性能的零件。
由于金属粉末在熔化和固化的过程中可以达到非常高的温度，因此所制造的零件具有优异的机械性能和耐热性。
这使得它们在航空航天、汽车、医疗和能源等领域得到广泛应用。
然而，尽管LPBF激光粉末床熔融技术带来了许多优势，但它也面临着一些挑战。
首先，由于金属粉末在熔化过程中受到激光束的高能量照射，会产生热应力和残余应力，这可能导致零件出现变形或裂纹。
其次，金属粉末的分布和质量对最终零件的质量和性能也有很大影响，因此需要精确控制和优化这些参数。
为了克服这些挑战，研究人员和工程师们正在不断改进LPBF激光粉末床熔融技术。
他们通过优化激光束的参数、改善粉末分布和质量控制、以及采用先进的建模和仿真方法来提高零件的质量和性能。
此外，他们还在探索新的金属合金和材料，以满足不同领域的需求。
LPBF激光粉末床熔融技术是一项令人兴奋和前景广阔的制造技术。
它不仅可以创造出复杂的金属零件，还具有优异的性能和节约成本的优势。
随着技术的不断发展和改进，相信它将在许多领域得到更广泛的应用。
FDM、SLS、SLA 3D打印技术原理介绍及优缺点分析
FDM、SLS、SLA3D打印技术原理介绍及优缺点分析FDM打印技术技术原理：FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积)。
FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。
一层成型完成后，机器工作台下降一个高度（即分层厚度）再成型下一层，直至形成整个实体造型。
FDM技术的优点：1）操作环境干净、安全，材料无毒，可以在办公室、家庭环境下进行，没有产生毒气和化学污染的危险。
2）无需激光器等贵重元器件，因此价格便宜。
3）原材料为卷轴丝形式，节省空间，易于搬运和替换。
4）材料利用率高，可备选材料很多，价格也相对便宜。
FDM技术的缺点：1）成形后表面粗糙，需后续抛光处理。
最高精度只能为0.1mm。
2）速度较慢，因为喷头做机械运动。
3）需要材料作为支撑结构。
SLS打印技术技术原理：SLS(Selective Laser Sintering，粉末材料选择性激光烧结)。
该技术采用铺粉将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升到熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘结。
一层完成后，工作台下降一层厚度，铺料辊在上面铺上一层均匀密实粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。
SLS技术的优点：1）可用多种材料。
其可用材料包括高分子、金属、陶瓷、石膏、尼龙等多种粉末材料。
特别是金属粉末材料，是目前3D打印技术中最热门的发展方向之一。
2）制造工艺简单。
由于可用材料比较多，该工艺按材料的不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构建或部件及工具。
3）高精度。
一般能够达到工件整体范围内（0.05-2.5）mm的公差。
4）无需支撑结构。
叠层过程出现的悬空层可直接由未烧结的粉末来支撑。
5）材料利用率高。
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说明书摘要
一种金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，包括铺粉固定结构、铺粉刮板、遇障缓冲结构、废气排放结构和水平度检测结构。
所述铺粉固定结构及其铺粉刮板，包括滑台固定板、截面梯形刮板、刮板安装座、滑台、滑块。
所述刮板通过所述刮板安装座固定在所述滑块上，所述滑块沿着所述滑台移动，所述滑台固定在所述滑台固定板上并整体安装在机架上。
所述遇障缓冲结构由缓冲弹簧构成，所述废气排放结构由涡流风扇和对应气体通道构成。
所述所述驱动机构包括伺服电机和涡轮蜗杆减速器，驱动机构通过滚珠丝杠与所述刮板传动连接。
该新型铺粉结构是金属粉末熔化成形系统中关键技术，具备平稳铺粉、水平度控制、实时且更精确运动量控制以及基板自动弹性避震功能，避免零件加工过程中与铺粉装置刚性碰撞，并具有激光作用粉末废气的及时排放功能，可确保成型机成型制造零件精度以及连续制造的平稳性。
摘要附图
权利要求书
1. 一种金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，其特征在于，包括铺粉固定结构及其铺粉刮板、驱动机构、遇障缓冲机构、废气排放机构和水平度检测机构。
2. 根据权利要求1所述的金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，其特征在于，所述铺粉固定结构及其铺粉刮板，包括滑台固定板、截面梯形刮板、刮板安装座、滑台、滑块。
所述刮板通过所述刮板安装座固定在所述滑块上，所述滑块沿着所述滑台移动，所述滑台固定在所述滑台固定板上并整体安装在机架上。
3. 根据权利要求2所述的金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，其特征在于，遇障缓冲结构由缓冲弹簧构成，如何安装，？压力可以调节、？
4. 根据权利要求1所述的新型金属粉末熔化快速成型机，其特征在于，所述废气排放结构由涡流风扇和对应气体通道构成。
5. 根据权利要求1所述的金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，其特征在于，所述所述驱动机构包括伺服电机和涡轮蜗杆减速器。
所述驱动机构通过滚珠丝杠与所述刮板传动连接。
金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构
技术领域
本实用新型涉及快速成型设备技术领域，尤其是涉及一种金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构。
背景技术
尽管选择性激光熔化(SLM)技术在过去十几年中飞速发展，但仍存在一些缺点和不足，如可靠性、稳定性还不能完全满足要求；加工零件的球化效应、翘曲变形及裂纹缺陷严重，需要寻找合适的解决方案；设备成本比较高，限制了SLM技术进一步的推广和应用；可制备零件的尺寸有一定限制，目前制备大尺寸零件的工艺还不成熟；工艺参数较复杂，现有的技术对SLM的作用机理研究不够深入，需要较长时间摸索。
特别是SLM技术装置的铺粉装置对于粉末材料的变化适应性较差，并存在零件制造无法连续的故障。
实用新型内容
本实用新型的目的在于设计一种新型金属粉末熔化快速成型机，解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种金属粉末熔化快速成型机新型铺粉结构，包括铺粉固定结构及其铺粉刮板、驱动机构、遇障缓冲机构、废气排放机构和水平度检测机构。
所述铺粉固定结构及其铺粉刮板，包括滑台固定板、截面梯形刮板、刮板
安装座、滑台、滑块。
所述刮板通过所述刮板安装座固定在所述滑块上，所述滑块沿着所述滑台移动，所述滑台固定在所述滑台固定板上并整体安装在机架上。
所述遇障缓冲结构由缓冲弹簧构成，如何安装，？压力可以调节、？
所述废气排放结构由涡流风扇和对应气体通道构成。
所述所述驱动机构包括伺服电机和涡轮蜗杆减速器。
所述驱动机构通过滚珠丝杠与所述刮板传动连接。
本实用新型属于快速成型设备领域，是一种金属粉末熔化快速成型机的关键结构装置，可提高金属零件成形质量。
本实用新型的有益效果可以总结如下：
1，本实用新型主要应用于金属粉末材料激光熔化成型技术装备，作为装备关键的成型结构，可使整个装备十分适应现代制造业快速
化、个性化、柔性化发展的需求，在航空、航天、医学、模具、
武器装备等制造领域将具有广阔的应用前景。
2，本实用新型由铺粉固定结构及其铺粉刮板、驱动机构、遇障缓冲机构、废气排放机构和水平度检测机构。
该结构装置具备平稳铺
粉、水平度控制、实时且更精确运动量控制以及基板自动弹性避
震功能，避免零件加工过程中与铺粉装置刚性碰撞，并具有激光
作用粉末废气的及时排放功能。
附图说明
图4是本新型金属粉末熔化快速成型机铺粉装置示意图；
24.伺服电机；25. 滑台固定板；26.滑台；27.滑块；28. 刮板安装座；29.刮板；30. 涡流风扇；
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
所示铺粉装置包括滑台固定板25、刮板29、刮板安装座28、滑台26、滑块27、数显千分表31、涡流风扇30和驱动机构；所述刮板29上安装所述数显千分表31和所述涡流风扇30，所述刮板29通过所述刮板安装座28固定在所述滑块27上，所述滑块27沿着所述滑台26移动，所述滑台26固定在所述滑台固定板25上，所述滑台固定板25安装在所述机架3上，所述驱动机构通过滚珠丝杠与所述刮板29传动连接。
在某个具体的实施例中：
如图4所示铺粉装置包括滑台固定板25、刮板29、刮板安装座28、滑台26和滑块27，所述刮板29上安装数显千分表31和涡流风扇30，所述数显千分表31用于检测刮板的振动，所述涡流风扇30用于辅助抽气，所述刮板29通过刮板安装座28固定在滑块27上，所述滑块27沿着滑台26移动，所述滑台26固定在滑台固定板25上，所述滑台固定板25安装在安装基板6上，驱动机构采用伺服电机24驱动滚珠丝杠进行旋转，从而实现刮板29的移动。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
图1
图3
图4。