CN107617743B - 同时3d打印多个工件的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同时3D打印多个工件的工艺方法，同时3D打印多个工件的工艺方法包括：S10、3D将每个工件对应的基座放置于工作台上，每一第一安装轨迹和/或每一第二安装轨迹上仅设置一个基座，且每一基座设置于第一安装轨迹和第二安装轨迹的交叉点；S20、关闭3D打印机的开闭门，并往3D打印机内充氮气；S30、控制刮粉刀沿第一预设方向刮粉，使基座上铺一层原料粉末；S40、控制激光将每个基座上的原料粉末分别烧结成型，同时沿第二预设方向向基座吹氮气。本发明所提供的同时3D打印多个工件的工艺方法通过设置多个工件之间的3D打印位置，提高了工件的加工效率和质量。

Description

同时3D打印多个工件的工艺方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种同时3D打印多个工件的工艺方法。

背景技术

现有技术中，采用3D打印加工金属工件，需要通过刮刀从工作台的一侧到另一侧移动使工作台铺上一层金属粉层，通过高能激光扫瞄加热金属粉粒使之烧结，而在此过程中，会产生少量的烟雾和渣粒，需要从另一个方向吹氮气，达到除烟、除渣、散热的效果。

为了提高工效，同时打印多个工件，然而，现有的3D打印机打印工件时，往往按刮粉的方向排列多个工件或按吹氮气的方向吹氮气，若工件按刮粉的方向排列，刮粉时，在工件的边缘处会存在粉尘堆积现象，造成粉尘过厚，超过激光扫描厚度，使烧结不完全现象，造成部分粉粒未完全熔接，成为疏松层，其力学强度大大降低，使打印出的零件质量不合格。若工件按吹氮气的方向排列，会将前部零件烧结产生的渣粒吹到后部的零件表面上，当这些渣粒被烧结进零件里，会造成其内部成分不纯净，其力学强度会降低，会影响打印出的零件品质。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种同时3D打印多个工件的工艺方法，旨在解决同时3D打印多个工件时，刮粉时在工件的边缘处堆积粉尘，吹氮气时会将在前零件烧结产生的渣粒吹到后部零件表面上而烧结进零件里的问题。

为实现上述目的，本发明提出的同时3D打印多个工件的工艺方法，1、一种同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，包括：

S10、3D打印机的工作台上具有沿第一预设方向设置的若干第一安装轨迹，以及沿第二预设方向设置的若干第二安装轨迹，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹交叉；

将每个工件对应的基座放置于所述工作台上，每一所述第一安装轨迹和/或每一所述第二安装轨迹上仅设置一个所述基座，且每一所述基座设置于所述第一安装轨迹和第二安装轨迹的交叉点；

S20、关闭3D打印机的开闭门，并往3D打印机内充氮气；

S30、控制刮粉刀沿所述第一预设方向刮粉，使所述基座上铺一层原料粉末；

S40、控制激光将每个所述基座上的原料粉末分别烧结成型，同时沿所述第二预设方向向所述基座吹氮气。

优选地，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹之间的夹角为锐角。

优选地，沿所述第一安装轨迹设置第一安装轨道，沿所述第二安装轨迹设置第二安装轨道。

优选地，所述3D打印机还包括推动装置，所述推动装置包括第一推动部和第二推动部，所述第一推动部设置于所述第一安装轨道内，用以将工件推送至预设位置；

所述第二推动部设置于所述第二安装轨道内，用以将工件推送至预设位置。

优选地，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S50、建立所有所述工件的三维模型，并输入3D打印机中。

优选地，所述3D打印机还包括底板，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹设于所述底板上，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S60、将底板固定于3D打印机的工作台上；

S70、将所述基座固定于所述底板上。

优选地，在所述步骤S60之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S80、根据所述基座的形状在底板上开定位槽。

优选地，在所述步骤S10之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S90、对未铺原料粉末的所述基座进行一次工件的轮廓烧结，根据烧结的痕迹调整各所述基座的位置。

优选地，在所述步骤S40之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S100、重复步骤S40直至所有所述工件打印完成。

优选地，在所述步骤S100之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S110、将打印好的所述工件从3D打印机中取出，并将每个所述工件分别从对应的所述基座上切割下来。

本发明所提供的同时3D打印多个工件的工艺方法通过将每个工件相对底板呈倾斜排列，使在第一预设方向和第二预设方向上每个工件都不会重合，从而使得在铺粉时，不会因为工件之间的间隙而造成粉末堆积，在吹氮气时，不会使在前的工件烧结时产生的废烟和渣粒吹入相邻的零件内，提高了所打印工件的效率和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明同时3D打印多个工件的工艺方法一实施例的工艺流程图；

图2为本发明同时3D打印多个工件的工艺方法一实施例的结构示意图；

图3为图2中另一角度的结构示意图；

图4为工作台上第一安装轨迹和第二安装轨迹的分布示意图；

图5为工作台上第一安装轨道和第二安装轨道的分布示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种同时3D打印多个工件的工艺方法。

在本发明实施例中，该同时3D打印多个工件的工艺方法包括：

S10、3D打印机的工作台上具有沿第一预设方向设置的若干第一安装轨迹101，以及沿第二预设方向设置的若干第二安装轨迹102，所述第一安装轨迹101和第二安装轨迹102交叉；

将每个工件对应的基座10放置于所述工作台上，每一所述第一安装轨迹101和/或每一所述第二安装轨迹102上仅设置一个所述基座10，且每一所述基座10设置于所述第一安装轨迹101和第二安装轨迹102的交叉点；

S20、关闭3D打印机的开闭门，并往3D打印机内充氮气；

S30、控制刮粉刀沿所述第一预设方向刮粉，使所述基座10上铺一层原料粉末；

S40、控制激光将每个所述基座10上的原料粉末分别烧结成型，同时沿所述第二预设方向向所述基座10吹氮气。

在本实施例中，刮粉刀连通粉缸，刮粉刀的下端开有开口，原料粉末开口中漏出，刮粉刀从工作台的一侧运动到另一侧，能在工作台上铺上一层原料粉末。

每个基座10都不在同一条安装轨迹上，以图2为例，图2中包括第一工件1和第二工件2为例，以图2中水平方向为刮粉方向，而竖直方向为吹氮气方向，第一工件1和第二工件2在两个方向上都不会重叠。

以图4为例，箭头A为第一预设方向，箭头B为第二预设方向，第一安装轨迹101沿第一预设方向铺设，第二安装轨迹102沿第二预设方向铺设，工件沿第一安装轨迹101和第二安装轨迹102排列，且位于两安装轨迹的相交处，为了使在第一预设方向和第二预设方向上不会出现重合的工件，每条安装轨迹上只排列一个基座，在图4所述的工作台上，基座的排列形成一条斜线。

在工作台和基座10均安装好之后，关上3D打印机的门，通过氮气进口往工作腔室里面充氮气，充完氮气后，一般地，充氮气一直到工作腔室内的氧含量低于1.3％，工作腔室内的几乎为纯氮，防止工件在高温条件下氧化。刮粉刀在工作台上刮一层粉，驱动设于基座10上方的激光器对应基座10发射高能激光，且根据工件的轮廓进行扫描，被扫描到的原料粉末烧结成工件的一层。工作腔室内，一侧有氮气进口，相对一侧有氮气出口，进气量和出气量相同，保证工作腔室内的气压一定。激光烧结的同时，从氮气进口鼓入氮气，将烧结产生的废烟和渣粒吹向氮气出口，废烟和渣粒被吹出工作腔室，进入过滤通道。

本发明所提供的同时3D打印多个工件的工艺方法通过将每个工件相对工作台呈倾斜排列，使在第一预设方向和第二预设方向上每个工件都不会重合，从而使得在铺粉时，不会因为工件之间的间隙而造成粉末堆积，在吹氮气时，不会将在前的工件烧结时产生的废烟和渣粒吹入相邻的零件内，提高了所打印工件的质量。

进一步地，所述第一安装轨迹101和第二安装轨迹102之间的夹角为锐角。在本实施例中，若第一安装轨迹101和第二安装轨迹102之间的夹角为锐角，则可减小工作区的空间面积，从而可以同时加工多个工件，提高工作效率。

进一步地，沿所述第一安装轨迹101设置第一安装轨道111，沿所述第二安装轨迹102设置第二安装轨道112。在本实施例中，基座可沿第一安装轨道111和第二安装轨道112滑动，从而更有利于工件的对位。以图5为例，第一安装轨道111和第二安装轨道112可以为凹轨也可以凸轨，基座与安装轨道适配。

进一步地，所述3D打印机还包括推动装置，所述推动装置包括第一推动部31和第二推动部32，所述第一推动部31设置于所述第一安装轨道111内，用以将工件推送至预设位置；

所述第二推动部32设置于所述第二安装轨道112内，用以将工件推送至预设位置。在本实施例中，可以使基座从第一安装轨道111的起始位置开始移动，也可从第二安装轨道112的位置开始移动，若若干个基座均设于第一安装轨道111的一侧，每个第一推动部31推动每个基座移动不同的位移，使之到达不同的第二安装轨道112；同理，若若干个基座均设于第二安装轨道112的一侧，每个第二推动部32推动每个基座移动不同的位移，使之到达不同的第一安装轨道111；均能实现使每个基座都位移不同的安装轨道上。所述推动装置可根据相应的程序推动个工件至预设的工位上，更智能化，节省人工，效率更高。

进一步地，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S50、建立所有所述工件的三维模型，并输入3D打印机中。

在本实施例中，对每个工件进行3维建模，并转换为相应的格式输入到3D打印机中进行打印。

进一步地，所述3D打印机还包括底板，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹设于所述底板上，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S60、将底板固定于3D打印机的工作台上；

S70、将所述基座10固定于所述底板上。

在本实施例中，底板用于承载基座10和粉末。所述步骤S60之前，将底板的表面进行喷沙处理，增加底板表面的粗糙度，以提高底板与工件的连接强度。并用纸和酒精擦洗底板，除去上面的灰尘和渣滓，防止其被加工入工件，再将底板放入所述工作台，拧上固定螺丝，但是不拧紧，为了后续工作的重定位。基座10与底板要用定位销定位，并用螺丝固定。

进一步地，在所述步骤S60之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S80、根据所述基座10的形状在底板上开定位槽。在本实施例中，定位槽的轮廓相对基座10留有单边0.3mm以上的加工余量，防止因装夹偏位导致工件烧结时没有对准基座10，而导致工件报废。

进一步地，在所述步骤S10之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S90、对未铺原料粉末的所述基座10进行一次工件的轮廓烧结，根据烧结的痕迹调整各所述基座10的位置。

在本实施例中，此次烧结不是烧结金属粉末，而是直接将高能激光打在基座10表面上，激光对基座10表面进行烧结，会产生烧过的工件轮廓，根据这个工件轮廓来判断基座10的位置，通过预烧结对基座10进行位置校准，可进行多次校准。每个工件对应的基座10应该分开校准，以免相对影响对位。

烧结完一层后，将所述工作台下降至刮粉刀以下。每烧一层，工件相对刮粉刀靠近了一层的距离，通过螺杆将工作台下降一个烧结层的厚度，防止基座10挡刮粉刀。在调整完工作台的高度后，对所述工作台进行水平调整。工作台的水平直接影响粉末是否倾斜，直接影响打印质量。调整完工作台水平后，还要调整刮粉刀高度。

在安装好基座10并定位好之后，需要将3D打印机内的工作区加热。激光烧结时温度非常高，将工作区预升温，可防止工作区在激光烧结时因为急速升温而发生断裂或其他变质。

进一步地，在所述步骤S40之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S100、重复步骤S40直至所有所述工件打印完成。在本实施例中，激光扫描过的粉末就烧结成一定厚度的实体片层，烧结固体粉末材料形成零件的一个层面后，工作台下降一个层厚，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。

进一步地，在所述步骤S100之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S110、将打印好的所述工件从3D打印机中取出，并将每个所述工件分别从对应的所述基座10上切割下来。在本实施例中，因为激光烧结时的高温，工件与基座10熔在一起，打印完成后，需要将工件从基座10上切割下来。并且，后续对所述工件进行热处理以加强硬度，必要时，对工件进行打磨抛光。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，包括：

S10、3D打印机的工作台上具有沿第一预设方向设置的若干第一安装轨迹，以及沿第二预设方向设置的若干第二安装轨迹，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹交叉；

将每个工件对应的基座放置于所述工作台上，每一所述第一安装轨迹和/或每一所述第二安装轨迹上仅设置一个所述基座，且每一所述基座设置于所述第一安装轨迹和第二安装轨迹的交叉点；

S20、关闭3D打印机的开闭门，并往3D打印机内充氮气；

S30、控制刮粉刀沿所述第一预设方向刮粉，使所述基座上铺一层原料粉末；

S40、控制激光将每个所述基座上的原料粉末分别烧结成型，同时沿所述第二预设方向向所述基座吹氮气。

2.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹之间的夹角为锐角。

3.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，沿所述第一安装轨迹设置第一安装轨道，沿所述第二安装轨迹设置第二安装轨道。

4.如权利要求3所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，所述3D打印机还包括推动装置，所述推动装置包括第一推动部和第二推动部，所述第一推动部设置于所述第一安装轨道内，用以将工件推送至预设位置；

所述第二推动部设置于所述第二安装轨道内，用以将工件推送至预设位置。

5.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S50、建立所有所述工件的三维模型，并输入3D打印机中。

6.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，所述3D打印机还包括底板，所述第一安装轨迹和第二安装轨迹设于所述底板上，在所述步骤S10之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S60、将底板固定于3D打印机的工作台上；

S70、将所述基座固定于所述底板上。

7.如权利要求6所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，在所述步骤S60之前，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S80、根据所述基座的形状在底板上开定位槽。

8.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，在所述步骤S10之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S90、对未铺原料粉末的所述基座进行一次工件的轮廓烧结，根据烧结的痕迹调整各所述基座的位置。

9.如权利要求1所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，在所述步骤S40之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S100、重复步骤S40直至所有所述工件打印完成。

10.如权利要求9所述的同时3D打印多个工件的工艺方法，其特征在于，在所述步骤S100之后，所述同时3D打印多个工件的工艺方法还包括：

S110、将打印好的所述工件从3D打印机中取出，并将每个所述工件分别从对应的所述基座上切割下来。