本发明涉及3d打印激光微成型技术领域，尤其涉及一种激光微成型超声振动铺粉装置与方法。
背景技术：
激光增材制造技术是一项具有高效、快速、成型精度高等优点的数字化增材制造技术。区别于传统的减材制造技术，激光增材制造技术利用计算机软件将零件的三维模型分层离散，获得相应片层的二维模型数据，而后通过数控系统控制激光束按照获得的二维模型数据逐层扫描，使粉末材料熔化或粘结并层层叠加，最终获得高致密度的零件。
激光增材制造技术突破了传统加工方法在工艺技术层面的束缚，通过激光增材制造技术可以获得各种异形零件，并且可以有效减少材料的浪费，显著缩短零件制造周期。正是因为这些技术特点，激光增材制造技术近几年得到快速发展，广泛应用于医疗、航空航天、汽车等行业。
目前，在激光增材制造领域，较为常见的激光增材制造设备多为双缸式单向铺粉设备，即由一个成型缸和一个供粉缸组成，因而使得设备体积变得较为庞大，成型过程中需要同时控制供粉缸和成型缸的升降，对控制系统控制精度要求更高。
而采用单向铺粉方式，在每次铺粉前铺粉装置均需要返回到供粉缸一侧的初始位置，工作行程大且只能进行单程工作，这就使得铺粉工作效率降低。
单向式铺粉装置通常采用刮板或辊子进行铺粉。通过辊子进行铺粉，机构相对复杂，棍子在压实粉末过程用不可避免的会在粉末层表面留下波纹，影响粉末层面的平整度，且因辊子是刚性部件而容易使强度不高的零件产生内部裂纹；而刮板式铺粉装置虽然可以避免对已成型部分产生过大作用力，但铺粉层的紧实度得不到保证。
激光增材制造成型零件性能的关键指标主要包括致密度、精度与表面粗糙度，而零件致密度与表面粗糙度与铺粉层表面的平整度、紧实度密切相关。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光微成型超声振动铺粉装置与方法；本发明不仅能双向铺粉，而且在铺粉过程中增加超声振动，以压实铺粉层。
本发明通过下述技术方案实现：
一种激光微成型超声振动铺粉装置，包括：
铺粉斗驱动机构，用于驱动铺粉斗1在成型平台上直线往复运动；
铺粉斗1，用于接收来自供粉漏斗4的粉末，再将粉末平铺在成型平台上；
所述铺粉斗1包括前粉斗1-1、后粉斗1-2、活动粉斗1-3和超声振动组件2；
所述前粉斗1-1与后粉斗1-2之间通过一中间平台1-4连接；
所述活动粉斗1-3位于后粉斗1-2一侧的中间平台1-4上方；
所述活动粉斗1-3，可在后粉斗1-2与中间平台1-4之间往复移动，用于将其携带的粉末泄入后粉斗1-2内；
所述超声振动组件2，用于在铺粉过程中，推动粉末铺展在成型平台的成型平面上，同时产生机械振动以压实疏松粉末层。
所述活动粉斗1-3两端分别设有一碰撞杆1-5，在与之对应的粉斗壁上，分别开设有一条形限位滑槽1-6；所述碰撞杆1-5穿过条形限位滑槽1-6内，并突出在条形限位滑槽1-6之外；
所述碰撞杆1-5上连接有一复位弹簧；复位弹簧的作用是拉紧活动粉斗1-3，使活动粉斗1-3在初始位置时，其出粉口始终位于中间平台1-4的上方，此时活动粉斗1-3的出粉口由中间平台1-4的平面密封，不漏粉；
当触动碰撞杆1-5望复位弹簧拉力相反的方向移动时，带动活动粉斗1-3望后粉斗1-2方向移动，使出粉口离开中间平台1-4，此时出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗1-2内；
当碰撞杆1-5无外力拨动时，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗1-3又重新返回初始位置。
所述超声振动组件2位于前粉斗1-1与后粉斗1-2之间，并与中间平台1-4固定；
所述超声振动组件2的下端部安装有一振动板2-1，振动板2-1两个长边的边缘向上翘起，形成倾斜面；
所述超声振动组件2，将超声波电信号转换为机械振动波，并传递给振动板2-1，从而引起振动板2-1在垂直于成型平面的方向上，产生机械振动；铺粉过程中，振动板2-1推动粉末平铺时产生振动以压实疏松粉末层。
所述超声振动组件2包括：
超声波发生器，用于产生超声波电流；
换能器2-2，用于将超声波电流转换成机械振动；
变幅杆2-3，用于增大换能器2-2的机械振动振幅；
所述振动板2-1与变幅杆2-3固定连接。
所述变幅杆2-3通过螺栓与换能器2-2连接；所述换能器2-2与变幅杆2-3的连接处，以及变幅杆2-3与振动板2-1的连接处均添加有耦合剂。
所述变幅杆2-3节点处外圆周，设有用于加固变幅杆2-3的固定套2-4及压套2-5；固定套2-4内周壁具有一台阶面，该台阶面与变幅杆2-3上的径向凸环面接触。
一种用于激光选区熔化打印机的超声振动铺粉方法：
所述激光选区熔化打印机铺粉斗在成型平台上直线往复运动，带动铺粉斗1完成去程铺粉和返程铺粉作业；
去程铺粉作业和返程铺粉作业过程中，振动板2-1推动粉末平铺的同时产生振动，以压实铺展在成型平面上的粉末层；
去程铺粉作业时，由前粉斗1-1供粉；
去程铺粉作业时，活动粉斗1-3位于初始位置，其出粉口始终位于中间平台1-4的上方，此时活动粉斗1-3的出粉口由中间平台1-4的平面形成密封，不漏粉；当铺粉斗1行进至去程的行程尽头时，碰撞杆1-5同时与安装在成型室5上的碰撞块6发生触碰，使碰撞杆1-5望复位弹簧拉力相反的方向移动，并带动活动粉斗1-3望后粉斗1-2方向移动，使出粉口离开中间平台1-4，此时活动粉斗1-3的出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗1-2内；
返程铺粉作业时，由后粉斗1-2供粉；
返程时，碰撞杆1-5离开碰撞块6，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗1-3又重新返回初始位置，等待下一次装粉、行程。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明采用的超声振动铺粉作业，振动板通过超声振动对平铺在成型平面上的粉末层进行夯实，使粉末排列间隙更均匀，减小粉末层的回弹，解决刮粉板铺粉时粉末层紧实度不足的问题；振动板可采用柔性板材，能避免对已成型的强度不高的零件产生裂纹。在铺粉过程中，超声振动有助于提高粉末层的流动性，特别是超细粉末材料的流动性，从而进一步地提高铺粉层厚度的均匀性，进而提高了成型产品致密性、机械性能。
本发明采用移动式的铺粉斗进行铺粉，铺粉斗包括前粉斗、后粉斗、活动粉斗；去程铺粉作业时，活动粉斗位于初始位置，其出粉口始终位于中间平台的上方，此时活动粉斗的出粉口由中间平台的平面形成密封，不漏粉；当铺粉斗行进至去程的行程尽头时，碰撞杆同时与安装在成型室上的碰撞块发生触碰，使碰撞杆望复位弹簧拉力相反的方向移动，并带动活动粉斗望后粉斗方向移动，使出粉口离开中间平台，此时活动粉斗的出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗内；返程铺粉作业时，则由后粉斗供粉。去程和返程铺粉作业过程中，剩余粉末落入成型平台两端的粉末回收缸内。
本发明采用移动式的铺粉斗，不仅实现了双向铺粉，有效的提高工作效率，还简化了设备结构；本发明铺粉斗各部件采用拆卸的结构，有利于使用过程中清理工作和后期维护工作的进行。
本发明通过移动式铺粉斗，可方便零件加工过程中随时添加或者更换不用材质粉末，缩短加工时间，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明铺粉斗结构示意图。
图2为图1截面结构示意图。
图3为本发明铺粉斗安装应用时的平面示意图。
图4为图3的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-4所示。本发明公开了一种激光微成型超声振动铺粉装置，包括：
铺粉斗驱动机构，用于驱动铺粉斗1在成型平台上直线往复运动；
铺粉斗1，用于接收来自供粉漏斗4的粉末，再将粉末平铺在成型平台上；铺粉斗1的连端安装有固定板3，用于与铺粉斗驱动机构固定。
所述铺粉斗1包括前粉斗1-1、后粉斗1-2、活动粉斗1-3和超声振动组件2；
所述前粉斗1-1与后粉斗1-2之间通过一中间平台1-4连接；
所述活动粉斗1-3位于后粉斗1-2一侧的中间平台1-4上方；
所述活动粉斗1-3，可在后粉斗1-2与中间平台1-4之间往复移动，用于将其携带的粉末泄入后粉斗1-2内；
所述超声振动组件2，用于在铺粉过程中，推动粉末铺展在成型平台的成型平面上，同时产生机械振动以压实疏松粉末层。
所述活动粉斗1-3两端分别设有一碰撞杆1-5，在与之对应的粉斗壁上，分别开设有一条形限位滑槽1-6；所述碰撞杆1-5穿过条形限位滑槽1-6内，并突出在条形限位滑槽1-6之外；
所述碰撞杆1-5上连接有一复位弹簧；复位弹簧的作用是拉紧活动粉斗1-3，使活动粉斗1-3在初始位置时，其出粉口始终位于中间平台1-4的上方，此时活动粉斗1-3的出粉口由中间平台1-4的平面密封，不漏粉；
当触动碰撞杆1-5望复位弹簧拉力相反的方向移动时，带动活动粉斗1-3望后粉斗1-2方向移动，使出粉口离开中间平台1-4，此时出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗1-2内；
当碰撞杆1-5无外力拨动时，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗1-3又重新返回初始位置。
所述超声振动组件2位于前粉斗1-1与后粉斗1-2之间，并与中间平台1-4固定；
所述超声振动组件2的下端部安装有一振动板2-1，振动板2-1两个长边的边缘向上翘起，形成倾斜面；
所述超声振动组件2，将超声波电信号转换为机械振动波，并传递给振动板2-1，从而引起振动板2-1在垂直于成型平面的方向上，产生机械振动；铺粉过程中，振动板2-1推动粉末平铺时产生振动以压实疏松粉末层。
振动板2-1的振动，有助于提高粉末层的流动性，尤其是超细粉末材料的流动性，不仅提高铺粉层厚度的均匀性，还提高了成型产品致密性、机械性能。
振动板2-1可采用弹性或者柔性材质，可防止已成型的强度不高的零件产生裂纹。
所述超声振动组件2包括：
超声波发生器，用于产生超声波电流；
换能器2-2，用于将超声波电流转换成机械振动；
变幅杆2-3，用于增大换能器2-2的机械振动振幅；
所述振动板2-1与变幅杆2-3固定连接。
所述变幅杆2-3通过螺栓与换能器2-2连接；所述换能器2-2与变幅杆2-3的连接处，以及变幅杆2-3与振动板2-1的连接处均添加有耦合剂，使它们更好的传递机械动能。
所述变幅杆2-3节点处外圆周，设有用于加固变幅杆2-3的固定套2-4及压套2-5；固定套2-4内周壁具有一台阶面，该台阶面与变幅杆2-3上的径向凸环面接触。固定套2-4及压套2-5采用螺纹连接；这种连接结构，便于拆卸，而且能使二者更好的结合，减少机械动能的传递损耗。
本发明用于激光选区熔化打印机的超声振动铺粉方法，通过以下方案实现：
所述激光选区熔化打印机铺粉斗在成型平台上直线往复运动，带动铺粉斗1完成去程铺粉和返程铺粉作业；
去程铺粉和返程铺粉作业时，铺粉斗1行程位置的停止点，可在行程终点，安装位置传感器实现，这是本领域技术人员熟知手段，不再赘述。
去程铺粉作业和返程铺粉作业过程中，振动板2-1推动粉末平铺的同时产生振动，以压实铺展在成型平面上的粉末层；
去程铺粉作业时，由前粉斗1-1供粉；
去程铺粉作业时，活动粉斗1-3位于初始位置，其出粉口始终位于中间平台1-4的上方，此时活动粉斗1-3的出粉口由中间平台1-4的平面形成密封，不漏粉；当铺粉斗1行进至去程的行程尽头时，碰撞杆1-5同时与安装在成型室5壁面上的碰撞块6发生触碰，使碰撞杆1-5望复位弹簧拉力相反的方向移动，并带动活动粉斗1-3望后粉斗1-2方向移动，使出粉口离开中间平台1-4，此时活动粉斗1-3的出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗1-2内；
返程铺粉作业时，由后粉斗1-2供粉；
返程时，碰撞杆1-5离开碰撞块6，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗1-3又重新返回初始位置，等待下一次装粉、行程。
关于超声振动原理为公知技术，本领域技术人员所熟知。在实际应用过程中，可通过激光多普勒测振仪测量振动板的谐振频率，根据所测得的谐振频率选择换能器和变幅杆。根据振动板的谐振频率，设定超声波发生器的输出频率。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种激光微成型超声振动铺粉装置，包括：
铺粉斗驱动机构，用于驱动铺粉斗(1)在成型平台上直线往复运动；
铺粉斗(1)，用于接收来自供粉漏斗(4)的粉末，再将粉末平铺在成型平台上；
其特征在于：
所述铺粉斗(1)包括前粉斗(1-1)、后粉斗(1-2)、活动粉斗(1-3)和超声振动组件(2)；
所述前粉斗(1-1)与后粉斗(1-2)之间通过一中间平台(1-4)连接；
所述活动粉斗(1-3)位于后粉斗(1-2)一侧的中间平台(1-4)上方；
所述活动粉斗(1-3)，可在后粉斗(1-2)与中间平台(1-4)之间往复移动，用于将其携带的粉末泄入后粉斗(1-2)内；
所述超声振动组件(2)，用于在铺粉过程中，推动粉末铺展在成型平台的成型平面上，同时产生机械振动以压实疏松粉末层。
2.根据权利要求1所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于：
所述活动粉斗(1-3)两端分别设有一碰撞杆(1-5)，在与之对应的粉斗壁上，分别开设有一条形限位滑槽(1-6)；所述碰撞杆(1-5)穿过条形限位滑槽(1-6)内，并突出在条形限位滑槽(1-6)之外；
所述碰撞杆(1-5)上连接有一复位弹簧；复位弹簧的作用是拉紧活动粉斗(1-3)，使活动粉斗(1-3)在初始位置时，其出粉口始终位于中间平台(1-4)的上方，此时活动粉斗(1-3)的出粉口由中间平台(1-4)的平面密封，不漏粉；
当触动碰撞杆(1-5)望复位弹簧拉力相反的方向移动时，带动活动粉斗(1-3)望后粉斗(1-2)方向移动，使出粉口离开中间平台(1-4)，此时出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗(1-2)内；
当碰撞杆(1-5)无外力拨动时，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗(1-3)又重新返回初始位置。
3.根据权利要求2所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于：
所述超声振动组件(2)位于前粉斗(1-1)与后粉斗(1-2)之间，并与中间平台(1-4)固定；
所述超声振动组件(2)的下端部安装有一振动板(2-1)，振动板(2-1)两个长边的边缘向上翘起，形成倾斜面；
所述超声振动组件(2)，将超声波电信号转换为机械振动波，并传递给振动板(2-1)，从而引起振动板(2-1)在垂直于成型平面的方向上，产生机械振动；铺粉过程中，振动板(2-1)推动粉末平铺时产生振动以压实疏松粉末层。
4.根据权利要求3所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于，所述超声振动组件(2)包括：
超声波发生器，用于产生超声波电流；
换能器(2-2)，用于将超声波电流转换成机械振动；
变幅杆(2-3)，用于增大换能器(2-2)的机械振动振幅；
所述振动板(2-1)与变幅杆(2-3)固定连接。
5.根据权利要求4所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于，所述变幅杆(2-3)通过螺栓与换能器(2-2)连接；所述换能器(2-2)与变幅杆(2-3)的连接处，以及变幅杆(2-3)与振动板(2-1)的连接处均添加有耦合剂。
6.根据权利要求5所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于，所述变幅杆(2-3)节点处外圆周，设有用于加固变幅杆(2-3)的固定套(2-4)及压套(2-5)；固定套(2-4)内周壁具有一台阶面，该台阶面与变幅杆(2-3)上的径向凸环面接触。
7.根据权利要求6所述激光微成型超声振动铺粉装置，其特征在于，所述振动板(2-1)为弹性振动板。
8.一种用于激光选区熔化打印机的超声振动铺粉方法，其特征在于，采用权利要求1～4中任一项所述激光微成型超声振动铺粉装置实现：
激光选区熔化打印机铺粉斗(1)，在成型平台上直线往复运动，带动铺粉斗(1)完成去程铺粉和返程铺粉作业；
去程铺粉作业和返程铺粉作业过程中，振动板(2-1)推动粉末平铺的同时产生振动，以压实铺展在成型平面上的粉末层；
去程铺粉作业时，由前粉斗(1-1)供粉；
去程铺粉作业时，活动粉斗(1-3)位于初始位置，其出粉口始终位于中间平台(1-4)的上方，此时活动粉斗(1-3)的出粉口由中间平台(1-4)的平面形成密封，不漏粉；当铺粉斗(1)行进至去程的行程尽头时，碰撞杆(1-5)同时与安装在成型室(5)上的碰撞块(6)发生触碰，使碰撞杆(1-5)望复位弹簧拉力相反的方向移动，并带动活动粉斗(1-3)望后粉斗(1-2)方向移动，使出粉口离开中间平台(1-4)，此时活动粉斗(1-3)的出粉口因悬空而被打开，其内粉末泄入后粉斗(1-2)内；
返程铺粉作业时，由后粉斗(1-2)供粉；
当碰撞杆(1-5)离开碰撞块(6)时，在复位弹簧的拉力作用下，活动粉斗(1-3)又重新返回初始位置。
技术总结