CN108500260A - 一种环形四缸高效快速成型装置及方法 - Google Patents

一种环形四缸高效快速成型装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环形四缸高效快速成型装置及方法，该装置包括两个激光光源、两个成型缸、两个过渡缸、铺粉辊子、旋转底座、十字交叉隔板、两个成型缸升降托板、两个过渡缸升降托板，两个成型缸与两个过渡缸共同组成环形四缸体，且每个缸大小相同，四个缸分别被十字交叉隔板相互隔离独立，成型缸用于装载成型件与粉末支撑材料，内部设有成型缸升降托板，对成型件作升降运动，激光光源分别安置于两个成型缸正上方，对成型缸内的粉末扫描照射烧结成型，两个过渡缸同时用于回收与供给粉末材料，旋转底座位于十字交叉隔板交叉处，驱动其上安装的铺粉辊子旋转并对粉末材料进行补充与回收。本发明可提升加工效率、降低人工劳动量、利于实现自动化制造。

Description

一种环形四缸高效快速成型装置及方法
技术领域
本发明属于快速成型制造设备技术领域，具体涉及一种环形四缸高效快速成型装置及方法。
背景技术
快速成型技术(又称为快速原型制造技术，Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)，又被称作3D打印。该技术根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体，它能克服目前传统机械加工无法实现的特殊结构障碍。可以实现任意复杂结构部件的简单化生产。现有3D打印技术主要分为：熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化成型(SLA)、数字光处理(DLP)等。
对于选择性激光烧结(SLS)，现有装置的基本实现方式是：采用激光有选择地分层烧结固态粉末，并使烧结成型的固化层叠加生成所需形状的零件，其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。传统的SLS快速成型装置大多采用的是单光源双缸升降式辊筒铺粉装置，工作时供粉缸送粉活塞上升，由铺粉辊将粉末在成型缸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。烧结完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统再次铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层，如此反复循环，层层叠加，直到三维零件成型。最后，取出成型件并将未烧结的粉末回收到回收缸中。再将成型缸上升到加工前的位置，并将供粉缸下降到加工前的位置，人工地将回收缸的多余粉料取出送入供粉缸内。这种方式不仅加工效率低、粉料用量多，而且人工劳动量大、不利于自动化制造。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述现有技术中的缺点，提供一种环形四缸高效快速成型装置及方法，采用该快速成型装置，可提升加工效率、降低人工劳动量、利于实现自动化制造。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种环形四缸高效快速成型装置，主要包括第一激光光源、第二激光光源、第一成型缸、第二成型缸、第一过渡缸、第二过渡缸、铺粉辊子、旋转底座、第一成型缸升降托板、第二成型缸升降托板、第一过渡缸升降托板、第二过渡缸升降托板以及十字交叉隔板。两个成型缸与两个过渡缸共同组成环形四缸体，且每个缸大小相同，四个缸被十字交叉隔板相互隔离独立，两个成型缸成对角对称分布，两个过渡缸成对角对称分布，两个激光光源分别位于第一成型缸与第二成型缸正上方，旋转底座位于十字交叉隔板交叉处，其上安装有铺粉辊子。
上述环形四缸高效快速成型装置中，所述激光光源包含第一激光光源与第二激光光源，由CO2激光发射器和扫描振镜组成，分别安置于第一成型缸与第二成型缸正上方，对成型缸内的粉末扫描照射烧结成型。
上述环形四缸高效快速成型装置中，所述成型缸为两个等容积等形状对称的两个缸体，用来装载打印出的成型件与粉末支撑材料，缸体内部设有升降托板，用来对成型件作升降运动。
上述环形四缸高效快速成型装置中，所述过渡缸为两个等容积等形状对称的两个缸体，过渡缸同时用于回收与供给粉末材料，缸体内部设有升降托板，用来对粉末材料作升降运动，以起到回收与供给粉末材料的用途。
上述环形四缸高效快速成型装置中，所述铺粉辊子形状为十字圆柱形，安装于旋转底座上，用来对成型缸内完成铺粉过程，旋转底座安装于十字交叉隔板的中心顶端处，用来驱动铺粉辊子作旋转运动。
上述环形四缸高效快速成型装置中，所述十字交叉隔板为十字形挡板安装于两个成型缸与两个过渡缸之间，用来等容积隔开成型缸与过渡缸，且上表面低于四个缸体组成的圆柱体边缘表面。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是，可同时制作两个零件提升加工效率，过渡缸既作为供粉缸又作为回收缸利于自动化制造零件，铺粉辊子利用旋转运动即可完成铺粉，避免了出现空行程，减少制造时间。
附图说明
图1是环形四缸高效快速成型装置结构示意图。
图中各数字标号的名称分别是：1-第一激光光源，2-第二激光光源，3-第一成型缸，4-第二成型缸，5-第一过渡缸，6-第二过渡缸，7-铺粉辊子，8-旋转底座，9-十字交叉隔板，10-第一成型缸升降托板，11-第二成型缸升降托板，12-第一过渡缸升降托板，13-第二过渡缸升降托板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应被认为属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明所述的浮底法激光烧结快速成型装置由第一激光光源1、第二激光光源2、第一成型缸3、第二成型缸4、第一过渡缸5、第二过渡缸6、铺粉辊子7、旋转底座8、十字交叉隔板9、第一成型缸升降托板10、第二成型缸升降托板11、第一过渡缸升降托板12、第二过渡缸升降托板13组成。两个成型缸(3、4)与两个过渡缸(5、6)共同组成环形四缸体，且每个缸大小相同，四个缸(3、4、5、6)分别被十字交叉隔板(9)相互隔离独立，两个成型缸(3、4)成对角对称分布，两个过渡缸(5、6)成对角对称分布，两个成型缸(3、4)用于装载打印出的成型件与粉末支撑材料，内部设有成型缸升降托板(10、11)，用来对成型件作升降运动，激光光源(1、2)分别安置于第一成型缸3与第二成型缸4正上方，对成型缸(3、4)内的粉末扫描照射烧结成型，两个过渡缸(5、6)同时用于回收与供给粉末材料，内部设有过渡缸升降托板(12、13)，用来对粉末材料作升降运动，以起到回收与供给粉末材料的用途，旋转底座8位于十字交叉隔板9交叉处，驱动其上安装的铺粉辊子7作旋转运动，用来对粉末材料进行补充与回收。
如图1所示，该环形四缸高效快速成型装置工作方法，包括以下步骤：
步骤1：开启快速成型装置、计算机控制系统，两个过渡缸(5、6)内的升降托板(12、13)下降至最低点，将粉末材料补满进过渡缸(5、6)中，两个成型缸(3、4)内的升降托板(10、11)上升至十字交叉隔板9上表面，铺粉辊子7与十字交叉隔板9处于重叠位置；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层厚度、轮廓信息传给激光光源(1、2)；
步骤3：旋转底座8驱动铺粉辊子7作旋转运动，两个成型缸(3、4)内的升降托板(10、11)向下降低一个层厚的距离，同时两个过渡缸(5、6)内的升降托板(12、13)向上上升一个层厚的距离，将粉末材料推出；
步骤4：铺粉辊子7通过旋转运动将两个过渡缸(5、6)内的粉末材料供给至成型缸(3、4)内，在铺粉辊子7作旋转运动对成型缸(3、4)内铺粉的同时，过渡缸(5、6)内的升降托板(12、13)向上上升一个层厚的距离供给粉末材料，成型缸(3、4)内的升降托板(10、11)下降一个层厚的距离，铺粉辊子7将过渡缸(5、6)供给的粉末材料推向十字交叉隔板9处；
步骤5：在成型缸(3、4)内平铺一层粉末材料后，此时，铺粉辊子7与十字交叉隔板9重叠，激光光源(1、2)对成型缸(3、4)内的粉末材料进行第一层激光扫描，使得粉末材料按照顺序层轮廓信息进行烧结；
步骤6：重复步骤4与步骤5，直至完成成型件的制造；
步骤7：取出成型件，成型缸升降托板(10、11)上升，过渡缸升降托板(12、13)下降，铺粉辊子7将成型缸(3、4)多余粉末材料回收至过渡缸(5、6)中，最终恢复原位，打印完成。

Claims (6)

1.一种环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于：包括第一激光光源(1)、第二激光光源(2)、第一成型缸(3)、第二成型缸(4)、第一过渡缸(5)、第二过渡缸(6)、铺粉辊子(7)、旋转底座(8)、十字交叉隔板(9)、第一成型缸升降托板(10)、第二成型缸升降托板(11)、第一过渡缸升降托板(12)、第二过渡缸升降托板(13)，两个成型缸(3、4)与两个过渡缸(5、6)共同组成环形四缸体，且每个缸大小相同，四个缸(3、4、5、6)分别被十字交叉隔板(9)相互隔离独立，两个成型缸(3、4)成对角对称分布，两个过渡缸(5、6)成对角对称分布，两个成型缸(3、4)用于装载打印出的成型件与粉末支撑材料，内部设有成型缸升降托板(10、11)，用来对成型件作升降运动，激光光源(1、2)分别安置于第一成型缸(3)与第二成型缸(4)正上方，对成型缸(3、4)内的粉末扫描照射烧结成型，两个过渡缸(5、6)同时用于回收与供给粉末材料，内部设有过渡缸升降托板(12、13)，用来对粉末材料作升降运动，以起到回收与供给粉末材料的用途，旋转底座(8)位于十字交叉隔板(9)交叉处，驱动其上安装的铺粉辊子(7)作旋转运动，用来对粉末材料进行补充与回收。
2.根据权利要求1所述的一种环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于：所述的成型缸(3、4)为两个等容积等形状对称的两个缸体，用来装载打印出的成型件与粉末支撑材料，缸体内部设有升降托板(10、11)，用来对成型件作升降运动。
3.根据权利要求1所述的一种环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于：所述的过渡缸(5、6)为两个等容积等形状对称的两个缸体，同时用于回收与供给粉末材料，缸体内部设有升降托板(12、13)，用来对粉末材料作升降运动，以起到回收与供给粉末材料的用途。
4.根据权利要求1所述的一种环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于：所述的铺粉辊子(7)形状为十字圆柱形，安装于旋转底座(8)上，用来对成型缸(3、4)内完成铺粉过程，旋转底座(8)安装于十字交叉隔板(9)的中心顶端处，用来驱动铺粉辊子(7)作旋转运动。
5.根据权利要求1所述的一种环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于：所述的十字交叉隔板(9)为十字形挡板安装于两个成型缸(3、4)与两个过渡缸(5、6)之间，用来等容积隔开成型缸(3、4)与过渡缸(5、6)，且上表面低于四个缸体(3、4、5、6)组成的圆柱体边缘表面。
6.一种利用权利要求1-5任意之一所述的环形四缸高效快速成型装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开启快速成型装置、计算机控制系统，两个过渡缸内的升降托板下降至最低点，将粉末材料补满进过渡缸中，两个成型缸内的升降托板上升至十字交叉隔板上表面，铺粉辊子与十字交叉隔板处于重叠位置；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层厚度、轮廓信息传给激光光源；
步骤3：旋转底座驱动铺粉辊子作旋转运动，两个成型缸内的升降托板向下降低一个层厚的距离，同时两个过渡缸内的升降托板向上上升一个层厚的距离，将粉末材料推出；
步骤4：铺粉辊子通过旋转运动将两个过渡缸内的粉末材料供给至成型缸内，在铺粉辊子作旋转运动对成型缸内铺粉的同时，过渡缸内的升降托板向上上升一个层厚的距离供给粉末材料，成型缸内的升降托板下降一个层厚的距离，铺粉辊子7将过渡缸供给的粉末材料推向十字交叉隔板处；
步骤5：在成型缸内平铺一层粉末材料后，此时，铺粉辊子与十字交叉隔板重叠，激光光源对成型缸内的粉末材料进行第一层激光扫描，使得粉末材料按照顺序层轮廓信息进行烧结；
步骤6：重复步骤4与步骤5，直至完成成型件的制造；
步骤7：取出成型件，成型缸升降托板上升，过渡缸升降托板下降，铺粉辊子7将成型缸多余粉末材料回收至过渡缸中，最终恢复原位，打印完成。
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