CN108177339A - 一种多区域连续成型增材制造激光成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，其包括一个成型室与其对应的多个成型轴，每一个成型轴都对应成型室内的一个圆形的成型区域，每个成型区域分别具有各自对应的激光系统；多个成型区域的中间安装有一根转动轴，转动轴上装有具有多刮刀模块的铺粉机构。本发明解决了现有设备只能进行单一成型区域生产，设备不能连续工作，因而成型工件工艺周期长的技术问题，为建设具有流水化工艺生产能力的3D打印智能设备发展具有一定的参考价值。

Description

一种多区域连续成型增材制造激光成型设备

技术领域

本发明属于增材制造设备技术领域，尤其涉及一种具有多区域连续成型装置的增材制造激光成型设备。

背景技术

增材制造技术其成型原材料通常为粉末、丝料、化学液体等，而目前工业应用的主流技术都是利用激光或电子束为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如SLM、SLS、LSF、EBM等技术，其原材料均为几十到几百微米的粉末材料。成型过程中，通过供粉机构与铺粉机构将粉末均匀平摊在成型表面上，再利用激光等能量源将表面特定几何形状区域的粉末熔化，产生冶金结合，最终使零件立体成型。

现有的激光选区熔化设备(SLM)，其较为先进的结构为成型腔体、成型轴、送粉装置、铺粉装置和收粉装置组成，其成型区域只有一块，通常采用单一激光源或多激光源对成型区进行激光成型。然而，每成型一个零件所需要的前后处理工序复杂，需要进过送粉装置装粉、铺粉装置调平、成型区域气体置换、加工完后冷却、取件、设备清理等工序，导致每个成型件的工艺周期长，设备利用率低。同时随着3D打印技术的不断发展，具有定制化属性的批量化生产方式已逐渐成为发展方向，越来越多的设备研发厂商将目标投向了具有流水化工艺生产能力的3D打印智能设备，因此具有多成型区域并能连续成型制造的SLM设备必然成为发展方向。

发明内容

本发明提供一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，以解决上述背景技术中提出现有设备只能进行单一成型区域生产，设备不能连续工作，因而成型工件工艺周期长的技术问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，包括一个成型室与其对应的多个成型轴，每一个成型轴都对应成型室内的一个圆形的成型区域，每个成型区域分别具有各自对应的激光系统；多个成型区域的中间安装有一根转动轴，转动轴上装有具有多刮刀模块的铺粉机构。工作时，铺粉机构每相应度数，完成多个成型区域一层的铺粉需求，且多个成型区域同时进行激光成型过程，当任意一个成型轴成型结束，都可独自更换对应的成型仓而不影响设备正常运行。

优选的，所述的成型轴由可拆卸的圆形成型仓与密封机构组成；所述的圆形成型仓包括圆形的成型平台与可分离的传动机构。

优选的，所述的密封机构包括密封板、滑动导轨与充气密封圈，在成型仓与对应的成型区域分离时，密封板沿导轨滑动到成型区域，并通过充气密封圈进气，对成型室形成密封。

优选的，所述的每个圆形成型区域包括垂直排布的收粉口与送粉口，以及在圆形成型区域外围排布的进风口。

优选的，所述的收粉口对接收粉装置。

优选的，所述的送粉口对接送粉装置，所述的送粉装置设置有可上下移动的推粉平台。

优选的，所述的铺粉机构包括安装在每个边上的刮刀模块，不旋转的进气套管，以及平行于刮刀模块的出风口。

优选的，所述的刮刀模块装有刮刀。

优选的，所述的进气套管有多个进气口，当铺粉机构不运动时，进气口与各自对应的出风口联通，保护气体由出风口排除，由成型区域的进风口吸走；当铺粉机构转动时进气口与出风口不联通，成型区域没有气流。

优选的，所述的单个成型轴成型结束，是当有成型轴激光成型过程结束，关闭其对应的激光系统，密封机构进行密封后，拆除已成型结束的圆形成型仓，此过程设备继续运行，不影响其余成型区域激光成型制造。

优选的，所述的成型仓更换，是当换上新的圆形成型仓时，移开密封机构，启动对应的成型区域激光系统，从而实现设备不停机的状态下，成型仓的连续更换。

优选的，所述的多区域可以是两个、三个、四个或更多区域，所对应的铺粉机构为一字形、Y字形、十字形或其他形状，旋转的相应度数为180°、120°、90°或其他度数。

本发明的上述技术方案有益技术效果如下：

1、本发明包括一个成型室与其对应的多个成型轴，每一个成型轴都对应一个圆形的成型区域，每个成型区域都有各自对应的激光系统。多个成型区域的中间安装有一根转动轴，转动轴上装有多刮刀模块的铺粉机构。工作时，铺粉机构每旋转相应度数，完成多个成型区域一层的铺粉需求。因此本发明设备工作时相当于多台同样成型区域的设备同时工作，使设备具有批量生产的能力。

2、本发明中通过成型轴、送风装置、收粉装置、铺粉装置结构的紧密配合，不仅可以使多个成型区域同时进行激光成型过程，而且当任意一个成型轴成型结束，都可独自更换对应的成型仓而不影响设备正常运行，如此可以使设备连续运行而不停机，避免现有设备每成型一个零件都需要的复杂的前后处理工序(包括装粉、气体置换、冷却、取件、设备清理等)，导致每个成型件的工艺周期长，设备利用率低。

3、本发明的多区域连续成型增材制造激光成型设备，具有多成型区域并连续成型制造的能力，可实现定制化属性的批量化生产，为具有流水化工艺生产能力的3D打印智能设备发展具有一定的参考价值。

附图说明

图1a～1c是本发明一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，在2区域、3区域、4区域下的成型区域原理图；

图2a是本发明的4区域连续成型设备铺粉机构结构图；

图2b是本发明的4区域连续成型设备铺粉机构内部气路联通示意图；

图3是本发明的4区域连续成型设备相邻两区域前示原理图。

附图标记说明：

1-区域a送粉口，2-成型区域a，3-区域a进风口，4-转动轴，5-区域a收粉口，6-四区域铺粉装置，7-区域b送粉口，8-成型区域b，9-区域b进风口，10-区域b收粉口，11-刮刀模块，12-出风口，13-进气套管，14-刮刀，15-出风口内管路，16-铺粉装置内管路，17-进气套管内管路，18-激光系统，19-成型室，20-滑动导轨，21-密封板，22-圆形成型仓，23-成型平台，24-传动轴，25-区域a收粉装置，26-推粉平台，27-区域b送粉装置，28-成型区域c，29-区域c送粉口，30-区域c进风口，31-区域c收粉口，32-成型区域d，33-区域d送粉口，34-区域d进风口，35-成型区域d收粉口。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例1

如图3所示，一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，以其四区域前视图为例，包括一个成型室19与其对应的多个成型轴，每一个成型轴都对应一个圆形的成型区域2、8、28、32，每个成型区域都有各自对应的激光系统(以区域a激光系统18为例)。多个成型区域的中间安装有一根转动轴4，转动轴4上装有多刮刀模块(以11为例)的铺粉机构6。工作时，铺粉机构6每旋转90°，完成四个成型区域一层的铺粉需求，且四个成型区域同时进行激光成型过程，当任意一个成型轴成型结束，都可独自更换对应的成型仓(以区域a成型仓22位例子)而不影响设备正常运行。

优选的，所述的成型轴由可拆卸的圆形成型仓22与密封机构组成。所述的圆形成型仓包括圆形的成型平台23与可分离的传动机构24。

优选的，所述的密封机构包括密封板21、滑动导轨20与充气密封圈，在成型仓与对应的成型区域分离时，密封板沿导轨滑动到成型区域28，并通过充气密封圈进气，对成型室19进行密封。

优选的，所述的圆形成型区域2包括垂直排布的收粉口5与送粉口1，以及在区域外围排布的进风口3。

优选的，所述的收粉口5对接收粉装置25，所述的收粉装置留有粉末排出口。

优选的，所述的送粉口(以成型区域b送粉口7为例)对接送粉装置27，所述的送粉装置有上下移动的推粉平台26与粉末进料口。

优选的，所述的铺粉机构6包括安装在每个边上的刮刀模块11，不旋转的进气套管13，以及平行于刮刀模块的出风口12。

优选的，所述的刮刀模块12装有刮刀14，且具有刮刀调平装置。

优选的，所述的进气套管13有多个内管路，当铺粉机构不运动时，进气套管内管路17与铺粉装置内管路16联通，保护气体由出风口排除，由成型区域的进风口3吸走；当铺粉机构转动时进气套管内管路17与铺粉装置内管路16不联通，成型区域2没有气流。

优选的，所述的单个成型轴成型结束，是当有成型轴激光成型过程结束，关闭其对应的激光系统18，密封板21进行密封后，拆除已成型结束的圆形成型仓22，此过程设备继续运行，不影响其余成型区域激光成型制造。

优选的，所述的成型仓更换，是当换上新的圆形成型仓22时，移开密封板21，启动对应的成型区域激光系统18，从而实现设备不停机的状态下，成型仓的连续更换。

所述的多区域也可以是两个、三个或更多区域。

本发明的一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，以其四区域成型为例(如图1c)，其功能如下：

成型过程如图1c中，设备正常运转时，四个成型区域2、8、28、32同时进行当前表面的激光成型烧结过程。进一步，当四个区域均工作完成后，其各自对应的成型区域送粉机构(以区域b送粉装置27为例)的推粉平台26向上移动，所需下层粉末由送粉口1、7、29、33溢出；

进一步，十字形铺粉机构6在转轴4的带动下，旋转90°，完成四个成型区域2、8、28、32当前表层的粉末平铺过程；

进一步，铺粉机构6将多余的粉末推入各自成型区域的收粉口5、10、31、35；

进一步，当铺粉机构6旋转时，进气套管13不旋转，铺粉装置内管路(有四个以16为例)与进气套管内管路(有四个以17为例)不联通；当铺粉机构6旋转结束，铺粉装置内管路16与进气套管内管路17联通，出风口(有四个以12为例)吹出保护气体，将激光成型过程中的烟尘吹走，并由各自的进风口3、9、30、34吸走进行过滤；

进一步，当四个成型区域2、8、28、32有区域工作结束时(以2为例)，关闭其对应的激光系统18，拆除其对应的圆形成型仓22，密封板21沿滑动导轨20运动到成型区域2，通过密封板21上的充气密封圈充气，对成型区域2进行密封。此过程完成后，成型区域8、28、32继续工作；

进一步，若成型区域2有连续任务时，打开密封板21，将清理完的圆形成型仓22重新装入设备，开启对应的激光系统18，并开始成型区域2的工作。当任何一个成型区域工作结束都可进行独立的拆分与安装，而不影像其余成型区域的工作状况，因而能实现设备的连续运行。

实施例2

本发明的一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，以其两区域、三域成型为例(如图1a、1b)，其功能如下：

整体运行功能如实施例2，由于成型区域不同，对应的铺粉装置有不同的结构，两区域铺粉装置为一字形，其上有两个刮刀模块，两个出风口，以及对应的两个出风口内管路，其成型区域、送粉口、收粉口、进风口均为两个，铺粉装置每旋转180°完成一次激光成型熔化过程；

进一步，三区域铺粉装置为Y字形，其上有三个刮刀模块，三个出风口，以及对应的三个出风口内管路，其成型区域、送粉口、收粉口、进风口均为三个，铺粉装置每旋转120°完成一次激光成型熔化过程。

进一步，还有其他原理相似，更多区域铺粉装置结构，在此不在赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，包括一个成型室与其对应的多个成型轴，每一个成型轴都对应成型室内的一个圆形的成型区域，每个成型区域分别具有各自对应的激光系统；多个成型区域的中间安装有一根转动轴，转动轴上装有具有多刮刀模块的铺粉机构。

2.根据权利要求1所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的成型轴包括可拆卸的圆形成型仓与密封机构；所述的圆形成型仓包括圆形的成型平台与可分离的传动机构。

3.根据权利要求2所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的密封机构包括密封板、滑动导轨与充气密封圈，在成型仓与对应的成型区域分离时，密封板沿导轨滑动到成型区域，并通过充气密封圈进气，对成型室形成密封。

4.根据权利要求1所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的每个圆形成型区域包括垂直排布的收粉口与送粉口，以及在圆形成型区域外围排布的进风口。

5.根据权利要求4所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的收粉口对接收粉装置。

6.根据权利要求4所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的送粉口对接送粉装置，所述的送粉装置设置有可上下移动的推粉平台。

7.根据权利要求1所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的铺粉机构包括多个刮刀模块，不旋转的进气套管，以及平行于刮刀模块的出风口。

8.根据权利要求7所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的刮刀模块装有刮刀。

9.根据权利要求7所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的进气套管有多个进气口，当铺粉机构不运动时，进气口与各自对应的出风口联通，保护气体由出风口排出，由成型区域的进风口吸走；当铺粉机构转动时进气口与出风口不联通，成型区域没有气流。

10.根据权利要求1所述的多区域连续成型增材制造激光成型设备，其特征在于，所述的铺粉机构为一字形、Y字形或十字形，旋转的相应度数为180°、120°或90°。