CN107584627B - 增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增材制造设备，包括机架；成型腔体，为中空结构，内部形成有一成型腔，所述成型腔体包括基板，所述基板设置有通孔；活塞，设置于所述成型腔内，将所述成型腔分隔成两个空间；升降装置，设置于所述成型腔体外部；升降杆，一端固定于所述活塞，另一端穿过所述通孔伸出所述成型腔外，连接于于所述升降装置，所述升降装置驱动所述升降杆，带动所述活塞在所述成型腔内做往复运动；及波纹管，套设于所述升降杆，一端固定于所述活塞的靠近所述升降杆的一侧，另一端固定于所述基板的内表面。上述增材制造设备将升降装置设置于成型腔体外部，在保证了精度的同时，大大减少了成型腔体内需要密封的零件，只需要对升降杆周边进行密封即可，降低了生产成本和安装难度。

Description

增材制造设备

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种增材制造设备。

背景技术

现有增材制造设备的成型腔体的升降装置主要有两种运动方式：一种是通过伺服电机带动丝杆转动，利用直线轴承的同轴导向实现活塞的上下运动；另一种通过伺服电机带动丝杆转动，利用导轨滑块的偏置导向实现活塞的上下运动。第一种方法结构简单，成本相对较低，然而直线轴承本身的精度决定了这种机构的整体精度较低，同时在腔体需要真空密封的场合，升降机构的整体密封成本过高；第二种结构较为复杂，成本相对较高，但是能得到较高的运动精度，同时在腔体需要真空密封的场合，升降机构的整体密封成本较低。上述两种运动方式，在升降装置的升降精度与设备的密封性之间较难把握平衡点。然而，为达到材料加工所需环境，设备的成型腔体及气体循环管道要求严格密封。在升降装置动作的过程中，密封性差的成型腔体会因为外部空气渗透进入成型腔内，导致腔内的氧含量升高从而影响打印质量；另一方面，在腔内使用正压方式打印时，腔内的保护性气体会流出到腔外，浪费保护性气体。因此，如何在同时具备升降装置的高精度以及成型腔体的良好密封性成为亟待解决的问题。

发明内容

根据本发明的各种实施例，提供一种增材制造设备。

一种增材制造设备，包括

机架；

成型腔体，为中空结构，内部形成有一成型腔，所述成型腔体包括基板，所述基板设置有通孔；

活塞，设置于所述成型腔内，将所述成型腔分隔成两个空间；

升降装置，设置于所述成型腔体外部；

升降杆，一端固定于所述活塞，另一端穿过所述通孔伸出所述成型腔外，连接于于所述升降装置，所述升降装置驱动所述升降杆，带动所述活塞在成型腔内做往复运动；及

波纹管，套设于所述升降杆，一端固定于所述活塞的靠近所述升降杆的一侧，另一端固定于所述基板的内表面。

在其中一个实施例中，还包括密封圈，设置于所述波纹管与活塞的连接处，及波纹管与基板的内表面的连接处，用于密封。

在其中一个实施例中，还包括防尘罩，环绕所述波纹管设置，将所述波纹管保护在防尘罩内部，一端固定于所述活塞，另一端固定于所述基板的内表面。

在其中一个实施例中，所述成型腔体还包括侧板，所述活塞在所述成型腔内沿着所述侧板滑动，所述增材制造设备还包括毛毡条，设置于所述活塞与所述侧板之间，封堵所述活塞与所述侧板之间的空隙。

在其中一个实施例中，所述活塞设置有一周向凹槽，所述毛毡条嵌设于所述周向凹槽内，并延伸出所述周向凹槽，与所述侧板抵接。

在其中一个实施例中，所述成型腔体还设置有连通口，并通过连通口用一连通管连通所述活塞两侧的两个空间。

在其中一个实施例中，所述升降装置包括安装板、导轨、丝杆、升降座及驱动件，所述升降装置通过所述安装板固定于所述机架，所述丝杆固定于所述安装板，所述丝杆一端连接于所述驱动件，并在所述驱动件的驱动力作用下转动，所述导轨固定于所述安装板并与所述升降座滑动配合，所述升降座连接于所述丝杆，并随着所述丝杆的转动沿所述导轨做往复运动，所述升降杆固定于所述升降座。

在其中一个实施例中，所述升降装置还包括联轴器，所述联轴器一端连接于丝杆，另一端连接于所述驱动件，所述驱动件驱动所述联轴器转动，并通过联轴器带动所述丝杆转动。

在其中一个实施例中，所述驱动件包括驱动器和减速机，所述减速机一端连接于所述驱动器，另一端连接所述联轴器。

在其中一个实施例中，所述升降座包括升降座本体、滑块及螺母固定座，所述滑块及螺母固定座设置于所述升降座本体的靠近所述安装板一侧，所述滑块与所述导轨滑动配合，可在所述导轨内平滑的移动，所述螺母固定座连接于所述丝杆，所述升降杆固定于所述升降座本体。

上述增材制造设备，将升降装置设置于成型腔体外部，在保证了精度的同时，大大减少了成型腔体内需要密封的零件，只需要对升降杆周边进行密封即可，通过波纹管即实现了成型腔与外部环境之间的密封，降低了生产成本和安装难度。

进一步，防尘罩及毛毡条的设置，防止粉末材料的扩散影响波纹管的寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例的增材制造设备的剖面结构示意图；

图2为本发明一实施例的增材制造设备的成型腔体的剖面结构示意图；

图3为图2中A部分的局部放大图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，本发明一实施例提供一种增材制造设备10，包括机架110、升降装置120、成型腔体130、活塞140及升降杆150，所述升降装置120及成型腔体130均固定于所述机架110，所述升降装置120设置于所述成型腔体130的外部；所述成型腔体130为中空结构，内部形成有一成型腔132，所述活塞140设置于所述成型腔132内，所述升降杆150一端伸入到所述成型腔132内，固定于所述活塞140，另一端伸出所述成型腔132外，连接于所述升降装置120，所述升降装置120驱动所述升降杆150，带动所述活塞140在成型腔132内做往复运动。

所述升降装置120包括安装板121、导轨122、丝杆123、升降座124、支撑座125、丝杆固定座126及驱动件127，所述升降装置120通过所述安装板121固定于所述机架110，所述支撑座125及所述丝杆固定座126将所述丝杆123固定于安装板121，所述丝杆123一端连接于所述驱动件127，并在所述驱动件127的驱动力作用下转动，所述导轨122固定于所述安装板121并与所述升降座124滑动配合，所述升降座124连接于所述丝杆123，并随着所述丝杆123的转动沿所述导轨122做往复运动。

在一实施例中，所述支撑座125设置于所述丝杆123的一端，所述丝杆固定座126设置于所述丝杆123的另一端，使得所述丝杆123的轴线平行于所述安装板121，例如，所述丝杆123的轴线在竖直方向上平行于所述安装板121，在一具体的实施方式中，所述支撑座125及所述丝杆固定座126通过一轴承连接于所述丝杆123，从而不会影响丝杆123的转动。

所述升降座124包括升降座本体1242、滑块1244及螺母固定座1246，所述滑块1244及螺母固定座1246设置于所述升降座本体1242的靠近所述安装板121的一侧，所述滑块1244与所述导轨122滑动配合，可在所述导轨122内平滑的移动，所述螺母固定座1246连接于所述丝杆123，以将所述升降座124固定于所述丝杆123，当所述丝杆123处于竖直状态时，所述螺母固定座1246与所述丝杆123的连接阻止所述滑块1244带动所述升降座124的滑动趋势，仅在丝杆123带动螺母固定座1246沿着丝杆123的轴线方向运动时，带动所述升降座124沿着导轨122滑动，示例性的，所述丝杆123与所述螺母固定座1246为螺纹配合关系。在一具体的实施方式中，所述滑块1244设置有两个，并沿着所述丝杆123的轴线方向设置于所述螺母固定座1246的两侧。

所述升降杆150固定于所述升降座本体1242的靠近所述成型腔体130的一侧，并随着所述升降座124沿导轨122方向的往复滑动，带动所述活塞140在所述成型腔132内做往复运动，在图1所示的实施例中，所述升降座本体1242呈楔形块状，所述驱动件127驱动所述升降座124在竖直方向做往复运动，并通过所述升降杆150带动活塞140在成型腔体130内沿竖直方向做往复运动。本领域技术人员可以理解的是，所述升降座本体1242还可以是方形块等其他形状，所述升降座124及活塞140的运动方向，根据具体应用场景可以是任意的方向。

在一实施例中，所述升降装置120还包括联轴器128，所述联轴器128一端连接于丝杆123，另一端连接于所述驱动件127，所述驱动件127驱动所述联轴器128转动，并通过联轴器128带动所述丝杆123转动。通过设置联轴器128，并由联轴器128带动丝杆123转动，避免了丝杆123直接受驱动件127驱动时，丝杆123对驱动件127的反应过度灵敏，有利于实现驱动件127对丝杆123的精确控制。

在一实施例中，所述驱动件127包括驱动器1272和减速机1274，所述减速机1274一端连接于所述驱动器1272，另一端连接所述联轴器128，通过减速机1274进一步避免丝杆123对电机的反应灵敏，有利于实现丝杆123的精确控制，进而通过升降座124实现对活塞140的精确控制。需要指出的是，所述联轴器128与所述减速机1274的设置是可选择的，可以只设置联轴器128或减速机1274，也可以两个都设置，或两个都不设置。具体根据需要达到的控制精度确定。

所述成型腔体130包括成型板134、基板138及侧板136，所述成型腔体130通过所述成型板134固定于所述机架110，所述基板138及侧板136合围形成所述成型腔132，所述基板138上设置有若干通孔1382，所述升降杆150远离所述活塞140一端穿过所述通孔1382，连接于升降装置120的升降座124。活塞140将成型腔132分隔形成两个空间，包括远离升降杆150一侧的成型空间1322及密封空间1324，所述成型空间1322用于增材的成型，所述升降杆150伸入所述密封空间1324内，并随着升降装置120驱动升降杆150，带动活塞140在成型腔132内沿所述侧壁136运动。所述成型空间1322及密封空间1324的大小随着活塞140的运动而不断变化。

请继续参阅图3，在一实施例中，为了实现成型腔132的密封，所述增材制造设备10还包括波纹管160及密封圈170，所述波纹管160套设于所述升降杆150，一端固定于所述活塞140的靠近所述升降杆150的一侧，另一端固定于基板138的内表面。所述密封圈170设置有多个，设置于所述波纹管160与活塞140的连接处，及波纹管160与基板138的内表面的连接处，起到密封波纹管160两端的连接处的作用，通过设置波纹管160及密封圈170，实现了成型腔132的密封，有效的隔绝了成型腔132内外的气体流通，因而不会影响打印的质量，成型腔132内的保护性气体也不会经所述通孔1382流出，有效的保存了保护性气体。所述波纹管160可以是金属波纹管，所述波纹管160的数量与所述升降杆150的数量相适应，例如，本实施例中，所述升降杆150的数量设置为四根，则所述波纹管160的数量对应设置为四个。

由于在进行增材制造的过程中，使用原材料为粉末状，在一实施例中，为了防止少量溢出的粉末进入到密封空间1324内，粘附在波纹管160的玻片缝隙中，所述增材制造设备10还包括防尘罩180，所述防尘罩180设置于所述密封空间1324内，一端固定于所述活塞140的靠近所述密封空间1324的一侧，另一端固定于所述基板138的内侧面。所述防尘罩180环绕所述波纹管160设置，以将所述波纹管160保护在防尘罩180内部，防止粉末靠近波纹管160。所述防尘罩180采用柔性材料制成，或采用可折叠设计，随着升降杆150带动活塞140在成型腔132内的运动，所述防尘罩180被压缩或拉伸，以保护波纹管160。在一具体的实施方式中，所述防尘罩180可以是防尘布，防尘布的长度大于等于活塞140在成型腔132内运动过程中，离基板138最远处与基板138之间的距离。本领域技术人员可以理解的是，所述防尘罩180可以设置为一个，一个防尘罩180将所有波纹管160保护在防尘罩180、活塞140及基板138合围形成的空间内部；也可以设置为多个，防尘罩180的个数与波纹管160的数量相对应，每个波纹管160外均套设一防尘罩180。通过设置防尘罩180，使得粉末材料进入到密封空间1324后被防尘罩180阻挡，而不会进入到防尘罩180内部，有效的保护了波纹管160，延长了波纹管160的使用寿命。

在一实施例中，为了进一步的保护所述波纹管160，所增材制造设备10还包括毛毡条190，所述毛毡条190沿所述活塞140的周向设置，并设置于活塞140与所述成型腔体130的侧板136之间，封堵活塞140与成型腔体130的侧板136之间的空隙，防止粉末材料从活塞140与成型腔体130的侧板136之间的空隙进入到密封空间1324内。在一具体的实施方式中，所述活塞140设置有一周向凹槽142，所述毛毡条190嵌设于所述周向凹槽142内，并延伸出所述周向凹槽142，与所述成型腔体130的侧板136抵接。

所述成型腔体130还设置有连通口199，并通过所述连通口199用一连通管(图未示)连通所述成型空间1322及密封空间1324。通过连通口199及连通管将成形空间及密封空间1324连通，一方面，保证在升降装置120驱动升降管，带动活塞140在成型腔132内做往复运动时，成型空间1322与密封空间1324内的压力保持平衡，另一方面，使得在抽真空的过程中，成型空间1322和密封空间1324内的空气均被抽走，避免打印时成型腔132内存有残余气体，渗入到成型空间1322内影响打印质量。

使用所述增材制造设备10时，先将密封空间1324及成型空间1322进行抽真空操作，随后，驱动件127驱动丝杆123转动，带动升降座124沿导轨122做线性滑动，随着升降座124的滑动，带动升降杆150运动，从而带动活塞140在成型腔132内做往复运动。波纹管160和密封圈170的设置，实现了成型腔132与外部环境的密封，保证了成型腔132的真空环境。

上述增材制造设备10，将升降装置120设置于成型腔体130外部，在保证了精度的同时，大大减少了成型腔体130内需要密封的零件，只需要对升降杆150周边进行密封即可，通过波纹管160即实现了成型腔132与外部环境之间的密封，降低了生产成本和安装难度。

进一步，防尘罩180及毛毡条190的设置，防止粉末材料的扩散影响波纹管160的寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种增材制造设备，其特征在于，包括

机架；

成型腔体，为中空结构，内部形成有一成型腔，所述成型腔体包括基板，所述基板设置有通孔；

活塞，设置于所述成型腔内，将所述成型腔分隔成两个空间；

升降装置，设置于所述成型腔体外部；

升降杆，一端固定于所述活塞，另一端穿过所述通孔伸出所述成型腔外，连接于于所述升降装置，所述升降装置驱动所述升降杆，带动所述活塞在所述成型腔内做往复运动；及

波纹管，套设于所述升降杆，一端固定于所述活塞的靠近所述升降杆的一侧，另一端固定于所述基板的内表面；所述增材制造设备还包括防尘罩，环绕所述波纹管设置，将所述波纹管保护在防尘罩内部，一端固定于所述活塞，另一端固定于所述基板的内表面；所述防尘罩被配置为：随着所述升降杆带动所述活塞在所述成型腔内的运动，所述防尘罩被压缩或拉伸。

2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，还包括密封圈，设置于所述波纹管与活塞的连接处，及波纹管与基板的内表面的连接处，用于密封。

3.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述防尘罩采用柔性材料制成，或者，所述防尘罩可折叠。

4.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述成型腔体还包括侧板，所述活塞在所述成型腔内沿着所述侧板滑动，所述增材制造设备还包括毛毡条，设置于所述活塞与所述侧板之间，封堵所述活塞与所述侧板之间的空隙。

5.根据权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述活塞设置有一周向凹槽，所述毛毡条嵌设于所述周向凹槽内，并延伸出所述周向凹槽，与所述侧板抵接。

6.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述成型腔体还设置有连通口，并通过连通口用一连通管连通所述活塞两侧的两个空间。

7.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述升降装置包括安装板、导轨、丝杆、升降座及驱动件，所述升降装置通过所述安装板固定于所述机架，所述丝杆固定于所述安装板，所述丝杆一端连接于所述驱动件，并在所述驱动件的驱动力作用下转动，所述导轨固定于所述安装板并与所述升降座滑动配合，所述升降座连接于所述丝杆，并随着所述丝杆的转动沿所述导轨做往复运动，所述升降杆固定于所述升降座。

8.根据权利要求7所述的增材制造设备，其特征在于，所述升降装置还包括联轴器，所述联轴器一端连接于丝杆，另一端连接于所述驱动件，所述驱动件驱动所述联轴器转动，并通过联轴器带动所述丝杆转动。

9.根据权利要求8所述的增材制造设备，其特征在于，所述驱动件包括驱动器和减速机，所述减速机一端连接于所述驱动器，另一端连接所述联轴器。

10.根据权利要求7所述的增材制造设备，其特征在于，所述升降座包括升降座本体、滑块及螺母固定座，所述滑块及螺母固定座设置于所述升降座本体的靠近所述安装板一侧，所述滑块与所述导轨滑动配合，可在所述导轨内平滑的移动，所述螺母固定座连接于所述丝杆，所述升降杆固定于所述升降座本体。

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