一种上升式3D打印机构装置的制作方法

一种上升式3d打印机构装置
技术领域
1.本发明涉及3d金属打印领域，特别涉及一种上升式3d打印机构装置。


背景技术：

2.现有的3d打印选择性激光熔化
‑
slm工艺，已广泛用于航空航天、火箭发动机、精密仪器、高等医疗器械等领域，是目前工业应用最成功的3d金属打印技术，slm核心部件为成形室的成形缸（可为圆形或矩形）的部件，成形室安装了包括激光器与振镜在内的多个系统，成形缸中设有重要的微动活塞系统，激光束每扫描（选择性熔化）一层，活塞带动已成形的打印体，整体向下微移动20
‑
80um，即形成一个对应层的高度的空间，并在这个空间内在铺上一层新的金属粉，再选择激光打印熔化，以此类推的层层熔化打印堆积，形成设计要求的金属三维结构，这种垂直升降式运动机构存在的缺陷是：一、仅适用于成形尺寸较小且重量较轻的成形件，不能满足成形尺寸超过600
×
600
×
600mm且重量超过10吨的金属成型件，由于下降过程中，成形件逐渐增重，下降活塞的负载增大，使向下微动的距离精度、不平度、累计误差逐渐增加，造成打印的成形件变形，精度不满足设计要求；二、活塞顶部连接成形加热板，温度范围在200
‑
500℃甚至更高，热膨胀造成卡缸或漏粉的现象，严重时影响设备的正常使用；三、由于成形缸的形状和面积是固定的，与加工件的拓扑结构没有关联性，造成“大缸”加工“小活”的现象，降低了工作效率；四、活塞行程占据成形件高度的30%左右，造成slm设备的高度增加，使得安装、操作和检修均为难点，只有成形缸和成形室分离，才能把重型件从成形缸取出，造成结构复杂、气密困难、工作效率低和工作风险增加。


技术实现要素：

3.本发明目的是提供一种上升式3d打印机构装置，解决现有技术中3d 打印slm工艺，打印大型成型件特别是直径超过600mm存在的上述缺陷的问题，技术效果：工作效率高、误差小，安装检修方便，原位取件便捷，防止漏粉和卡缸，避免“大缸”出“小活”的现象。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种上升式3d打印机构装置，包括成形罩、成形器、驱动系统、导向系统、振镜平台、成形型板和刮刀，其特征在于：所述成形罩为抬升成形罩带动激光聚焦面精确抬升，所述成形器为固定成型器，所述驱动系统完成成形罩的精确抬升，所述导向系统完成成形罩和成形器间的精密导向。
6.进一步，所述导向系统包括：微动轴，所述微动轴设置在成形罩顶部。
7.进一步，所述导向系统包括：微动轴，所述微动轴设置在成形罩、成形器侧壁部。
8.进一步，所述成形罩侧壁设置有第一导向梁，所述成形器侧壁设置有第二导向梁，所述微动轴上部端与第一导向梁轴承连接，所述微动轴下部与第二导向梁螺纹连接，所述驱动系统包括：电机，所述电机与微动轴连接。
9.进一步，所述成形罩上部设置有振镜平台，所述振镜平台包括：激光器、振镜，所述成形罩底部设置有成形型板，所述成形罩还包括：送粉器，所述送粉器由成形罩上部穿入成
形罩内部，所述成形罩内部还设置有刮刀装置，所述微动轴连接成形罩向上相对成形器单次移动距离为20
‑
80um。
10.进一步，所述成形型板与成形罩连接处的外壁圈还设置有密封件，所述密封件与成形罩内壁接触，所述成形罩上部内部设置有凹槽，所述凹槽内设置有密封导向套。
11.进一步，所述成形型板中间部设置有通孔的打印区，所述打印区两侧设置有余粉孔，所述成形器内底部面设置有加热板，所述成形型板底部面与加热板上部面间隔。
12.进一步，所述刮刀装置包括：导轨、刮刀、刮条、传动轴，所述刮刀设置在两个平行的导轨之间，所述传动轴设置在导轨上部，所述传动轴连接刮刀顶部端，所述刮刀底部连接刮条的上部，所述刮条的底部面与成形型板的上部面接触。
13.进一步，所述刮刀设置在两个余粉孔之间，所述送粉器底部口设置在刮刀上方。
14.进一步，所述成形罩两侧壁内还设置有气道，所述气道与成形罩内部相通，所述成形器底部还设置有水平的底座，所述加热板设置在底座正上部，所述成形器还设置取件门，所述成形器底部与地面接触。
15.有益效果：本发明与现有技术区别在于：
16.一、本发明通过将成形器固定在底座上，将底座固定在水平面上，将微动轴顶部固定在外部装置上，效果是：通过微动轴带动成形罩由成形器室内部向上微动，便于在大型的金属打印时候，微动轴承载负荷相对现有技术负载恒定，误差小，工作方便。
17.二、本发明通过成形罩底部的成形型板的“回”形状中心通孔打印区与成形器上部的加热板接触，通过成形罩内送粉器在刮刀侧部送完粉，进一步通过刮刀向打印区刮平，多余的粉通过成形型板上的余粉孔刮出，进一步通过振镜把激光束照射到打印区的金属粉末上形成微小的熔池，然后快速非平衡冷却达到冶金结合，之后通过微动轴带动成形罩向上寸动后继续送粉、刮粉、激光照射成形，向上移动，效果是：反复上述步骤操作，便于3d打印出大型的成形件，误差小，更精准、更便捷取件。
附图说明
18.图1：为本发明的结构示意图；
19.图2：为本发明的成形罩第一侧面分解结构示意图；
20.图3：为本发明的成形罩第二侧面分解结构示意图；
21.图4：为本发明的成形罩整体分解结构示意图；
22.图5：为本发明的使用状态整体分解结构示意图；
23.图6：为实施例1结构示意图；
24.图7
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8：为实施例1成形罩内部结构示意图；
25.图9：为实施例1成形器内部结构示意图；
26.图10：为实施例1俯视图；
27.图11
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13：为实施例1风箱套结构示意图；
28.图14：为刚性风箱套结构示意图；
29.图15：为本发明的实施例1、2工作原理图；
30.附图标记：微动轴1、第一导向梁2、成形罩3、气道4、送粉器5、导轨7、刮刀8、成形器9、刮条10、加热板12、底座13、密封件14、余粉孔16、成形型板17、取件门21、第二导向梁22、
密封导向套23、传动轴26、打印区27、成形型板30、调节板31。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步描述。
32.实施例1：
33.如图6
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13所示，一种上升式3d打印机构装置，包括：成形罩3、成形器9，所述成形罩3由上向下设置在成形器9内部，作用是便于成形罩3相对成形器9向上微动，所述成形罩3、成形器9形状可以是：方体形状、圆柱体形状、半圆柱体形状，便于根据3d打印的需要进行设计、制造、使用，所述成形罩3通过设有的微动轴1相对成形器9向上移动。
34.如图9
‑
13所示，所述微动轴1设置在成形罩3、成形器9侧壁部，作用是便于通过微动轴1相对成形器9外壁转动将成形罩3上升支撑起；所述成形罩3侧壁设置有第一导向梁2，设置方式优选是一体成型结构，便于稳定使用，所述成形器9侧壁设置有第二导向梁22,设置方式是一体成型结构，所述微动轴1上部端与第一导向梁2轴承连接，作用是微动轴1整体相对第一导向梁2转动，所述微动轴1外壁设置有螺纹，所述微动轴1下部与第二导向梁22螺纹连接，所述第二导向梁22内设置有电机，所述电机包括：伺服电机和减速机组合连接，作用是便于连接组合使用，设置方式是螺栓固定连接，作用是便于电机驱动微动轴1在第二导向梁22螺纹上升转动，进一步使成形罩3整体相对成形器9微动上升。
35.如图1所示，所述成形罩3上部设置有激光器、振镜，连接方式是密封固定连接，所述激光器、振镜是现有技术设备用于激光3d打印，所述成形罩3底部设置有成形型板17，所述成形型板17形状可以是：圆形、矩形，根据成形罩3的形状进行设计，便于结合使用，所述成形罩3还包括：送粉器5，所述送粉器5由成形罩3上部穿入成形罩3内部，穿入部可以是管状插入后密封连接，作用是便于将外部的3d打印金属粉送入成形罩3内，所述成形罩3内部还设置有刮刀装置，所述刮刀装置是现有的3d打印的常用工具，作用是用于刮粉，所述微动轴1连接成形罩3向上相对成形器9单次移动距离为20
‑
80um，便于移动后高度上形成20
‑
80um的空隙，进一步便于刮刀装置将金属粉刮在间隙空间内。
36.如图1、6所示，所述成形型板17与成形罩3连接处的外壁圈还设置有密封件14，连接方式是密封件14嵌入在成形罩3外壁，所述密封件14是密封性的柔性材料制成，所述密封件14与成形罩3内壁接触，作用是防止外部空气进入成形罩3与成形器9之间，所述成形器9上部内部设置有凹槽，所述凹槽内设置有密封导向套23，所述密封导向套23与密封件14材质相同，作用是便于成形罩3与成形器9之间形成密封，防止空气进入。
37.如图7、8、10所示，所述成形型板17中间部设置有通孔的打印区27，所述打印区27可以是规则形状或不规则形状根据需要打印的金属器具进行，所述打印区27两侧设置有余粉孔16，所述余粉孔16作用是便于刮刀装置将金属粉在打印区27内刮平后，余粉从余粉孔16漏出成形型板17，所述成形器9内底部面设置有加热板12，所述加热板12是平面形状，作用是便于在加热板12上已经打印好的金属保持温度防止热胀冷缩变形，所述成形型板17底部面与加热板12上部面间隔，作用是便于开始状态时候的刮刀装置扑粉打印，所述加热板12与成形罩3之间还设置有调节板31，所述调节板31用于根据实际情况选择不同的高度进行使用便于，3d金属打印。
38.如图7
‑
8所示，所述刮刀装置包括：导轨7、刮刀8、刮条10、传动轴26，所述刮刀8设
置在两个平行的导轨7之间，作用是便于刮刀8沿着导轨7往返移动进行刮粉，所述传动轴26设置在导轨7上部，所述传动轴26连接刮刀8顶部端，连接方式轴承连接，所述刮刀8底部连接刮条10的上部，所述刮条10的底部面与成形型板17的上部面接触，作用是便于刮粉。
39.如图9
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10所示，所述刮刀8设置在两个余粉孔16之间，作用是便于往返刮粉，所述送粉器5底部口设置在刮刀8上方，作用是便于金属粉掉落在刮刀内侧部，便于将打印区27内进行金属粉铺平。
40.如图6
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10所示，所述成形罩3两侧壁内还设置有气道4，所述气道4与成形罩3内部相通，作用是便于将非活泼气体例如：氮气、氖气输入，作用是防止金属打印过程中被氧化，所述成形器9底部还设置有水平的底座13设置在加热板12正上部。
41.具体实施方式：
42.如图6
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15所示，本发明通过控制成形罩3、成形器9外部壁均匀设置的微动轴1转动，使成形罩3相对成形器9单次向上移动20
‑
80um，使打印区的成形型板17相对向上移动20
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80um，通过刮刀装置将送粉器5送入内部的金属粉通过刮刀刮平在打印区27上升形成空腔的区域，便于金属粉层铺的打印，打印好的金属通过成形器9侧壁设有的封门内取出，打印时候通过气道4内通入氮气或氖气，防止金属打印过程中被氧化；成形型板17底部与成形器9之间设置有：伴生约束筒29、刚性约束筒32、柔性约束筒33，所述刚性约束筒32是打印出的金属固定框，便于3d打印成形件的固定及取出；所述伴生约束筒29是“竹”形状可以折叠与成形罩3同步升降的筒件，便于成形件在内部的固定，所述柔性约束筒33是风箱套便于伸缩，进一步便于固定3d打印的成形件，所述伴生约束筒29、柔性约束筒33都是优选用柔性材料，作用是便于压伸缩使用，所述成形器9还设置取件门21，是长方形状，作用是便于取件，所述成形器9底部与地面接触，作用是便于稳定使用。
43.实施例2：
44.与实施例1区别在于：
45.如图1
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5所示的一种上升式3d打印机构装置，包括：成形罩3、成形器9，所述成形罩3、成形器9的外部形状优选是长方体形状，便于成产、制作及使用，所述成形罩3由上向下设置在成形器9内部，作用是便于使用时成形罩3相对成形器9向上移微动，所述成形罩3上部设置有微动轴1、激光器、振镜，所述微动轴1与成形罩3顶部是可以是螺栓固定连接，所述激光器、振镜作用是便于从成形罩3内上部向下部发射激光束，所述成形罩3底部设置有成形型板17，所述成形型板17用于颗粒铺粉、出粉，所述成形罩3还包括：送粉器5，所述送粉器5由成形罩3上部穿入成形罩3内部，所述送粉器5通过上部设有的颗粒管道与成形罩3顶部穿处密封连接，所述送粉器5作用是送粉在成形型板17上，所述成形罩3内部还设置有刮刀装置，所述刮刀装置作用是将成形型板17上的已送的粉进行刮平，所述微动轴1连接成形罩3向上相对成形器9单次移动距离为20
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80um，作用是便于3d金属打印的累积堆叠。
46.如图1
‑
3所示，所述成形型板17与成形罩3连接处的外壁圈还设置有密封件14，所述密封件14优选用弹性密封材质与成形罩3外壁嵌入连接，便于安装拆卸、维修，所述密封件14与成形罩3内壁接触，起到密封作用，作用是使成形罩3与成形器9之间空腔与外部隔绝。
47.如图1、5所示，所述成形器9内底部面设置有加热板12，所述加热板12是长方体形状与成形器9底部可以是嵌入连接，所述成形型板17底部面与加热板12上部面间隔，所述加
热板12作用是保持已打印的成形件底部温度，防止底部冷却或温度场不均匀，因热胀冷缩导致整个打印的金属成形件变形。
48.如图2
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5所示，所述刮刀装置包括：导轨7、刮刀8、刮条10，所述导轨7用于辅助刮条10移动，所述成形罩3内平行的两个内壁设置有导轨7，连接方式可以是螺栓连接，所述导轨7上设置有截面为凸形槽19，所述每个导轨7设置有导轨杆18，所述导轨杆18与凸形槽19滑动连接，所述两个导轨杆18底部分别连接刮刀8两端上部，连接方式可以是螺栓连接，所述刮刀8底部连接刮条10的上部，所述刮条10的底部面与成形型板17的上部面接触，作用是便于刮粉，所述送粉器5底部的出粉口长度与刮刀8长度相同，作用是便于出粉后均匀的将粉刮平再打印区。
49.如图2
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4所示所述刮刀8设置在导轨7的一端部，所述送粉器5底部口设置在余粉孔16左侧面上部，作用是便于刮刀8将多余粉刮入余粉孔16内，所述送粉器5底部口与成形型板17之间的高度距离大于刮刀8的高度，作用是便于刮刀8现将粉刮入打印区内铺平。
50.如图1所示，所述成形罩3两侧壁内还设置有气道4，所述气道4与成形罩3内部相通，作用是便将非活泼气体如：氮气从一侧的气道4送入成形罩3内部，再由内部通过另一侧的气道4排出形成循环输出气。
51.如图1所示，所述成形器9底部还设置有水平的底座13，所述底座13优选是长方体形状与外部装置水平固定连接，作用是使3d打印的金属成形件保持水平，避免产生不平差。
52.如图4、5所示，所述成形型板17的中心为打印区设置在加热板12正上部，作用是便于层层累积，便于加热板12加热打印的成形件底部温度，避免因温度不平衡产生打印误差。
53.实施方式：
54.本发明先通过送粉器5将需要打印的金属粉由上而下送到刮刀8的侧部，通过外部的冲压缸推动刮刀8沿着导轨7将粉通过刮刀底部的刮条10刮将成形型板17的打印区刮平，激光器、振镜通过外在的电脑控制程序进行发出激光束在铺平的金属粉末打印区内照射熔化形成微小的熔池，同时保护性气体如氮气、氩气等通过外部装置由成形罩3一侧的气道4输送入成形罩3内部，并通过成形罩3另一侧的气道4排出在外部装置收集过滤排除或循环利用，避免打印过程存在“烟灰”杂质或氧气含量过高而导致金属成形件控形和控性指标不达标，打完一层后，微动轴1将成形罩3整体相对成形器9微提高，根据外部电脑程序设置单次提升高度，范围值在20
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80um，再通过送粉、刮粉、打印、提升，重复叠加，将设计的加工件打印成金属成形件，同时在打印上升过程设置有升腔20，所述升腔20通过加热板12保持与成形罩3同步相同距离的提高，作用是便于成形件的稳定打印。
55.在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位。
56.在本发明中术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，可以是一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的
含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
57.本发明不限于上述具体实施方式，所有不脱离本方案结构和作用的变化均在本发明保护范围内。