CN103978212B - 一种多腔体激光3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多腔体激光3D打印设备，包括激光器组件、三个以上的腔体组件、腔体切换组件及控制组件，三个以上的腔体组件安装于转动工作平台上，所述转动工作平台上沿着圆周方向划设有预热工位、打印工位和冷却工位，三个以上的腔体组件在腔体切换组件的驱动下依次到达预热工位、打印工位和冷却工位，所述激光器组件安装于打印工位处。本发明具有结构简单紧凑、可简化操作、大大提高打印效率等优点。

Description

一种多腔体激光3D打印设备

技术领域

本发明主要涉及到3D打印技术领域，特指一种采用多腔体设计的激光3D打印设备。

背景技术

3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，其核心是将所需要成型工件的复杂3D形体通过切片处理转为简单的2D截面的组合，因此不必要采用传统的加工机床和工模具。它是依据工件的三维计算机辅助设计模型，在计算机控制的快速成型机上，沿着高度方向逐层沉积材料，成型工件的一系列2D截面薄片层，并通过激光烧结使片层与片层之间相互粘结，最终堆积成三维工件。

选择性激光烧结是3D打印技术中主流的一种，它是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加，生成所需形状的零件。整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。整个工艺装置由粉末腔和成型腔组成，工作时粉末腔送粉活塞上升，由铺粉辊将粉末在成型腔工作活塞上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

但由于3D激光打印机器打印前放入打印材料的腔体必要加热到一定温度才能开始，打印成型后的物体必须要等成型腔自然冷却后才能取出，而现有的3D打印设备都是单一腔体，这样预加热时间加上自然冷却的时间就需要5～8小时左右，从而导致了打印效率低下，浪费了大量不必要的时间，而且其反复加热的方式也导致了资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、可简化操作、大大提高打印效率的多腔体激光3D打印设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多腔体激光3D打印设备，包括激光器组件、三个以上的腔体组件、腔体切换组件及控制组件，三个以上的腔体组件安装于转动工作平台上，所述转动工作平台上沿着圆周方向划设有预热工位、打印工位和冷却工位，三个以上的腔体组件在腔体切换组件的驱动下依次到达预热工位、打印工位和冷却工位，所述激光器组件安装于打印工位处。

作为本发明的进一步改进：每个所述腔体组件均包括腔体及安装于腔体内部的温度传感器、送料机构和加热机构，所述温度传感器用来监测腔体内的实时温度，所述送料机构用来完成打印材料的送入和保证打印过程中材料的持续供应，所述加热机构用来对腔体内部的温度进行升温。

作为本发明的进一步改进：所述转动工作平台为一圆形转盘状，所述预热工位、打印工位和冷却工位相对于转动工作平台的旋转中心圆周均匀分布。

作为本发明的进一步改进：所述激光器组件与一升降机构相连，通过升降机构驱动激光器组件靠近或远离腔体组件。

作为本发明的进一步改进：所述腔体组件的顶部设有开合门，用以与激光器组件配合在腔体组件内部完成工件的打印成型。

作为本发明的进一步改进：所述腔体切换组件包括驱动部件和传动部件，所述驱动部件的输出端通过传动部件与转动工作平台相连，驱动转动工作平台转动。

作为本发明的进一步改进：所述传动部件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与驱动部件的输出端相连，所述从动齿轮与转动工作平台的旋转轴相连。

作为本发明的进一步改进：还包括一与控制组件相连的光电开关，用来检测转动工作平台的位置并进行原点定位。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的多腔体激光3D打印设备，将多个腔体布置于一转动工作平台上，利用转动工作平台按功能分设的预热工位、打印工位、自然冷却工位。通过转盘工作台更换腔体，把已预热好耗材的腔体组件送至打印工位进行打印，于此同时开始加热下一腔体组件；当打印工位的腔体组件打印成型完成，由转盘工作台移至自然冷却工位进行冷却，同时已预热腔体组件已经送至打印工位进行新工件的打印，待第一次打印工件的腔体组件自然冷却完成后，拿出打印工件并重新装料。如此循环工作，节约了工作时间，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明组成的框架原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中腔体组件的组成框架原理示意图。

图例说明：

1、激光器组件；2、打印工位；3、预热工位；4、冷却工位；5、转动工作平台；6、光电开关；7、从动齿轮；8、主动齿轮；9、驱动部件；10、开合门。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的多腔体激光3D打印设备，包括激光器组件1、三个以上的腔体组件、腔体切换组件及控制组件（图中未示），三个以上的腔体组件安装于转动工作平台5上，转动工作平台5上沿着圆周方向划设有预热工位3、打印工位2和冷却工位4，三个以上的腔体组件在腔体切换组件的驱动下依次到达预热工位3、打印工位2和冷却工位4，激光器组件1安装于打印工位2处，用来对到达打印工位2的腔体组件进行打印成型作业。本发明通过上述结构，在一台打印设备内部设置三个以上的腔体，使其在各个工位之间轮换使用，而激光器组件1不需要跟随腔体组件移动，这样某一个腔体组件内的工件在进行打印时，其他腔体组件内的工件同时也在进行预加热和冷却的工作，从而节省了预热和冷却的时间，提高了打印设备的工作效率，节约了资源。由此可见，通过上述多腔体组件间转换循环打印的方式，可以达到节约资源、提高工作效率的效果。

每个腔体组件均包括腔体及安装于腔体内部的温度传感器、送料机构和加热机构，温度传感器用来监测腔体内的实时温度，以便进行实时的温度控制；送料机构用来完成打印材料的送入和保证打印过程中材料的持续供应，采用常规的机械传送部件即可；加热机构用来对腔体内部的温度进行升温，以便对实时温度进行合理有效的控制。

本实施例中，转动工作平台5为一圆形转盘状，预热工位3、打印工位2和冷却工位4相对于转动工作平台5的旋转中心圆周均匀分布，各相邻工位之间的夹角为120°。当然，三个工位也可以不采用均匀分布的方式，因为预热、打印、冷却所需的时间长短不一，可以进一步优化组合，以实现最佳的效率配置，这也应属于本发明的保护范围之内。

本实施例中，激光器组件1与一升降机构相连，通过升降机构可以做升降运动，在进行成型打印作业时靠近或伸入腔体组件内，在非打印作业时原理腔体组件以防止与腔体组件的运动发生干涉。

本实施例中，在腔体组件的顶部设有开合门10，以便与激光器组件1配合在腔体组件内部完成工件的打印成型。

腔体切换组件包括驱动部件9和传动部件，驱动部件9的输出端通过传动部件与转动工作平台5相连，驱动转动工作平台5转动。驱动部件9可以根据实际需要采用电动、气动等方式，传动部件也可以根据实际需要采用齿轮传动、皮带传动、链条传动等形式，只要能够满足驱动旋转要求即可，均应属于本发明的保护范围。本实施例中，驱动部件9采用伺服电机，传动部件包括相互啮合的主动齿轮8和从动齿轮7，主动齿轮8与伺服电机的输出端相连，从动齿轮7与转动工作平台5的旋转轴相连；驱动部件9的动作与控制组件相连，并在控制组件的控制下进行驱动控制。

本实施中，在转动工作平台5的一侧设有光电开关6，用来进行原点定位，采用码盘原理形成闭环控制来确保腔体组件位置的准确性。

工作原理：当打印设备上电时，驱动部件9通过主动齿轮8驱动从动齿轮7以带动转动工作平台5转动，且同时通过光电开关6找寻起始原点，以确保腔体组件与各个工位的对应关系。以三个腔体组件为例，三个腔体组件在打印前已经放置好相应打印耗材和填充介质，而后把所需打印工件的3D数据文件分别传输至打印设备（控制组件）。开始加热位于预热工位3的腔体组件，当此腔体组件内的温度通过温度传感器的检测已到达到打印所需温度时，驱动转动工作平台5转动以将此腔体组件旋转至打印工位2。此时，激光器组件1通过升降机构下降，以至与打印工位2处的腔体组件顶端的开合门10进行紧密贴合；确保密封后，处于打印工位2的腔体组件顶端的开合门10再慢慢打开，利用激光器组件1进行工件的成型打印作业。于此同时，位于冷却工位4处的腔体组件则已经旋转置预热工位3并通过加热部件开启了预加热功能。

当位于打印工位2处腔体组件内的工件打印完成后，开合门10关闭，激光器组件1上升至初始位置，而后驱动转动工作平台5转动，把此腔体组件旋转至冷却工位4进行自然冷却，当冷却完成后由人工取出，并继续填料，等待下一次预热、打印。

上述所有的操作全部可由控制组件来自动完成，并可实现人机交互，确保打印任务的可控。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多腔体激光3D打印设备，其特征在于，包括激光器组件(1)、三个以上的腔体组件、腔体切换组件及控制组件，三个以上的腔体组件安装于转动工作平台(5)上，所述转动工作平台(5)上沿着圆周方向划设有预热工位(3)、打印工位(2)和冷却工位(4)，三个以上的腔体组件在腔体切换组件的驱动下依次到达预热工位(3)、打印工位(2)和冷却工位(4)，所述激光器组件(1)安装于打印工位(2)处；每个所述腔体组件均包括腔体及安装于腔体内部的温度传感器、送料机构和加热机构，所述温度传感器用来监测腔体内的实时温度，所述送料机构用来完成打印材料的送入，所述加热机构用来对腔体内部的温度进行升温；所述激光器组件(1)与一升降机构相连，通过升降机构驱动激光器组件(1)靠近或远离腔体组件；所述腔体组件的顶部设有开合门(10)，所述激光器组件(1)通过升降机构下降，以至与打印工位(2)处的腔体组件顶端的开合门(10)进行紧密贴合；确保密封后，处于所述打印工位(2)的腔体组件顶端的开合门(10)再慢慢打开，利用所述激光器组件(1)进行工件的成型打印作业。

2.根据权利要求1所述的多腔体激光3D打印设备，其特征在于，所述转动工作平台(5)为一圆形转盘状，所述预热工位(3)、打印工位(2)和冷却工位(4)相对于转动工作平台(5)的旋转中心圆周均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的多腔体激光3D打印设备，其特征在于，所述腔体切换组件包括驱动部件(9)和传动部件，所述驱动部件(9)的输出端通过传动部件与转动工作平台(5)相连，驱动转动工作平台(5)转动。

4.根据权利要求3所述的多腔体激光3D打印设备，其特征在于，所述传动部件包括相互啮合的主动齿轮(8)和从动齿轮(7)，所述主动齿轮(8)与驱动部件(9)的输出端相连，所述从动齿轮(7)与转动工作平台(5)的旋转轴相连。

5.根据权利要求1或2所述的多腔体激光3D打印设备，其特征在于，还包括一与控制组件相连的光电开关(6)，用来检测转动工作平台(5)的位置并进行原点定位。