CN109351969A - 金属三维打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属三维打印机，包括机架、工作舱、加工台、铺粉系统、烧结系统和气体循环系统，加工台的边沿上设置有挡板，气体循环系统包括吸头、循环泵、过滤装置和驱动机构，驱动机构包括驱动电机、驱动丝杆和导轨，档板上设置有出气口，过滤装置设置在吸头与循环泵之间，驱动电机固定在机架上，驱动丝杆沿X轴的方向设置并与驱动电机的输出端连接，吸头上设置有连接块，连接块上开设有螺纹孔和导向结构，驱动丝杆与螺纹孔啮合。在烧结系统烧结不同的区域时，驱动电机带动驱动丝杆转动，带动连接块和吸头沿X轴跟随烧结区域的转换而移动，使吸头始终靠近烧结区域，从而及时吸收烧结产生的烟雾，提高烟雾清楚的效率。

Description

金属三维打印机
技术领域
本发明涉及一种3D打印机，更具体的说是涉及一种金属三维打印机。
背景技术
近些年来，3D打印技术格外火热，也在逐渐改变着我们的生活，在工业、服装、建筑、汽车、航空、医疗等领域都有着很深入的应用。
选区激光熔化成型技术是当前金属3D打印中最为普遍的一种技术，首先利用专业软件对需要打印的零件三围数模进行扫描切片分成，得到数据之后，使用高能激光束或电子流对获得的轮廓数据逐层选择性的熔化金属粉末，然后逐层铺所需要的金属粉末，制造出三维实体零件。
粉末床激光熔化金属3D打印机使用的金属粉末，粒径在10～70μm。在烧结粉末的过程中会产生烟雾，这种烟雾不但存在引发火灾或爆炸的风险，而且还会阻碍激光或电子的传输，使局部烧结不完全，降低打印质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属三维打印机，具有过滤烟雾的装置，从而减少烟雾对激光传输的阻碍。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种金属三维打印机，包括机架、工作舱、加工台、用于在加工台上铺设金属粉末的铺粉系统、用于烧结金属粉末的烧结系统和用于排出烟雾的气体循环系统，工作舱固定在机架上，加工台设置在工作舱内，加工台的边沿上设置有挡板，铺粉系统设置在工作舱内且位于加工台的上方，烧结系统设置在工作舱内，且位于加工台上方，气体循环系统包括吸头、循环泵、过滤装置和用于驱动吸头移动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机、驱动丝杆和导轨，挡板上设置有出气口，循环泵设置在机架上，循环泵的输入端与吸头连接并相互连通，过滤装置设置在吸头与循环泵之间，循环泵的输出端与出气口连接，驱动电机固定在机架上，驱动丝杆沿X轴的方向设置并与驱动电机的输出端连接，吸头上设置有连接块，连接块上开设有螺纹孔和导向结构，驱动丝杆与螺纹孔啮合，导向结构与导轨配合，引导吸头沿导轨移动，工作时，吸头跟随加工位置的变化而移动。
作为本发明的进一步改进，出气口包括第一口和第二口，第一口和第二口沿X轴分布且设置加工台的相对两侧，当吸头靠近第一口时，第一口关闭，第二口开启，当吸头靠近第二口时，第二口关闭，第一口开启。
作为本发明的进一步改进，循环泵与第一口和第二口间连接有三通球阀和用于驱动三通球阀的执行器，三通球阀设置有一个输入口和两个输出口，输入口与循环泵连接，两个输出口分别与第一口和第二口连接。
作为本发明的进一步改进，循环泵上设置有两个输出口，两个输出口分别与第一口和第二口连接，第一口和第二口上均设置有启闭装置，两个启闭装置包括支架、气缸和启闭件，支架固定在加工台上，两个气缸固定在支架上且分别设置在第一口和第二口的一侧，第一口和第二口的侧壁上均开设有安装孔，两块启闭件呈直角状，两块启闭件分别铰接在两个安装孔内，两个气缸的输出端分别与两个启闭件的一端连接，推动启闭件翻转，以启闭第一口或第二口。
作为本发明的进一步改进，所述第一口和第二口上均设置有自动封口装置，两个所述自动封口装置均包括容纳壳、弹簧、连杆和封口板，所述第一口和第二口上均开设有封口孔，两块所述封口板分别铰接在两个封口孔内，两个所述容纳壳分别固定在第一口和第二口上，两根所述连杆分别滑移设置在两个容纳壳内且一端分别与两块封口板铰接，两个所述弹簧分别设置在两个容纳壳内，推动两根连杆从容纳壳内伸出，带动两块封口板封住第一口或第二口。
作为本发明的进一步改进，吸头呈“ㄇ”状，“ㄇ”的开口处设置有两个吸入口，吸头上设置有一个连接口，连接口与两个吸入口构成三通管结构，两个吸入口布置在X轴的两侧，连接口与过滤装置连接。
作为本发明的进一步改进，机架上设置有用于升降加工台的升降机构，升降机构包括升降电机、升降丝杆和导杆，加工台的底部固定有升降架，升降电机固定在机架上，升降丝杆转动设置在机架上且沿竖直方向延伸，导杆固定在机架上且沿竖直方向延伸，升降架上开设有螺丝孔和导孔，升降丝杆与螺纹孔啮合并与升降电机的输出端连接，导杆滑移设置在导孔内。
作为本发明的进一步改进，所述过滤装置包括箱体、用于过滤粉末颗粒的一级滤芯和用于过滤烟雾的二级滤芯，所述箱体上设置有过滤入口和过滤出口，所述一级滤芯和二级滤芯设置在过滤入口和过滤出口之间，一级滤芯靠近过滤入口设置，二级滤芯靠近过滤出口设置，所述过滤入口与吸头连接，所述过滤出口与循环泵连接。
本发明的有益效果，在烧结系统烧结不同的区域时，驱动电机带动驱动丝杆转动，带动连接块和吸头沿X轴跟随烧结区域的转换而移动，使吸头始终靠近烧结区域，从而及时吸收烧结产生的烟雾，提高烟雾清除的效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为加工台上的零部件的结构图；
图3为启闭装置的结构示意图；
图4为图3标记处的局部放大图；
图5为自动封口装置的结构图；
图6为过滤系统的结构图。
图中：1-机架、2-工作舱、3-加工台、4-铺粉系统、5-烧结系统、6-气体循环系统、61-吸头、611-吸入口、62-循环泵、63-过滤装置、641-驱动电机、642-驱动丝杆、643-导轨、644-出气口、645-连接块、644a-第一口、644b-第二口、648-三通球阀、649-执行器、81-支架、82-气缸、83-启闭件、84-安装孔、91-容纳壳、92-弹簧、93-连杆、94-封口板、95-封口孔、31-升降电机、32-升降丝杆、33-导杆、34-升降架、631-箱体、632-一级滤芯、633-二级滤芯、634-过滤入口、635-过滤出口。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1至图6所示，本实施例的一种金属三维打印机，包括机架1、工作舱2、加工台3、用于在加工台3上铺设金属粉末的铺粉系统4、用于烧结金属粉末的烧结系统5和用于排出烟雾的气体循环系统6，工作舱2固定在机架1上，加工台3设置在工作舱2内，加工台3的边沿上设置有挡板7，铺粉系统4设置在工作舱2内且位于加工台3的上方，烧结系统5设置在工作舱2内，且位于加工台3上方，气体循环系统6包括吸头61、循环泵62、过滤装置63和用于驱动吸头61移动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机641、驱动丝杆642和导轨643，挡板7上设置有出气口644，循环泵62设置在机架1上，循环泵62的输入端与吸头61连接并相互连通，过滤装置63设置在吸头61与循环泵62之间，循环泵62的输出端与出气口644连接，驱动电机641固定在机架1上，驱动丝杆642沿X轴的方向设置并与驱动电机641的输出端连接，吸头61上设置有连接块645，连接块645上开设有螺纹孔和导向结构，驱动丝杆642与螺纹孔啮合，导向结构与导轨643配合，引导吸头61沿导轨643移动，工作时，吸头61跟随加工位置的变化而移动。
机架1和工作舱2可由角钢和金属板焊接或螺纹连接而成，材料容易获得，且组装方便。工作舱2上金属板和角钢或其他金属板的结合处，可粘上橡胶条或者涂上密封胶，堵上连接缝隙，避免烟雾从工作舱2内泄露，影响人体健康。加工台3与金属粉末接触的面上可用水泥、陶瓷等材料制成，从而抵御激光烧结时的热量。挡板7的设置将金属粉末聚合，防止金属粉末逸散，从而方便制造完成后收集金属粉末，重新利用。金属粉末可用吸粉器等装置将金属粉末从加工台3上吸起收集，收集更加快捷、全面。烧结系统可采用激光烧结，也可采用电子束烧结。吸头61可用锻造钢等材料锻造成型，连接块645用质地较硬的不锈钢制成，而后将连接块焊接在吸头61上或将连接块645用螺栓连接到吸头61上，从而使吸头61和连接块645可长久使用。驱动丝杠642用轴承安装到机架1上，而后通过齿轮传动连接驱动电机641和驱动丝杆642，使驱动电机641保持一个高的输出效率。连接各个系统的管道可用PVC或者一些橡胶制造，使管道更加耐用。
在加工时，铺粉系统4在加工台3上铺上金属粉末，而后烧结系统5烧结金属粉末的特定区域，而后铺粉系统4循环铺设粉末，烧结系统5持续烧结，加工出所需零件。在烧结系统5烧结不同的区域时，驱动电机641带动驱动丝杆642转动，带动连接块645和吸头61沿X轴跟随烧结区域的转换而移动，使吸头61始终靠近烧结区域，从而及时吸收烧结产生的烟雾，提高烟雾清除的效率。烟雾和气体在被吸收后经过过滤装置63的过滤，去除烟雾，而后再将清洁的气体从出气口644送回到加工台3上，避免烟雾污染空气。且在使用惰性气体来隔离烧结区域时，也可使惰性气体循环使用。
作为改进的一种具体实施方式，出气口644包括第一口644a和第二口644b，第一口644a和第二口644b沿X轴分布且设置加工台3的相对两侧，当吸头61靠近第一口644a时，第一口644a关闭，第二口644b开启，当吸头61靠近第二口644b时，第二口644b关闭，第一口644a开启。
在挡板7上开孔，而后将第一口644a和第二口644b装到孔上，第一口644a和第二口644b长期与烟雾接触，容易受到腐蚀，可与挡板7通过螺栓可拆卸连接，从而在使用一段时间后加以更换，避免腐蚀后发生泄漏等情况。
通过第一口644a和第二口644b的设置，关闭靠近吸头61位置的一个，增加出气的部位与吸气的部位的距离，从而使气体的循环的覆盖面更广，且可避免出气的部位距离烧结位置太近，造成气体冲散烟雾的情况。
作为改进的一种具体实施方式，循环泵62与第一口644a和第二口644b间连接有三通球阀648和用于驱动三通球阀648的执行器649，三通球阀648设置有一个输入口和两个输出口，输入口与循环泵62连接，两个输出口分别与第一口644a和第二口644b连接。
三通球阀648和执行器649放置在加工台3的下方，并通过螺栓加以固定，从而方便使用，且避免受到烟雾的污染。三通球阀648和管道间可用螺纹连接，从而方便维修或者更换零部件。通过三通球阀648控制第一口644a和第二口644b的启闭，控制平稳，运行稳定。执行器649可选用电动执行器，以精确控制。
作为改进的一种具体实施方式，循环泵62上设置有两个输出口，两个输出口分别与第一口644a和第二口644b连接，第一口644a和第二口644b上均设置有启闭装置，两个启闭装置包括支架81、气缸82和启闭件83，支架81固定在加工台3上，两个气缸82固定在支架81上且分别设置在第一口644a和第二口644b的一侧，第一口644a和第二口644b的侧壁上均开设有安装孔84，两块启闭件83呈直角状，两块启闭件83分别铰接在两个安装孔84内，两个气缸82的输出端分别与两个启闭件83的一端连接，推动启闭件83翻转，以启闭第一口644a或第二口644b。
启闭件83可用横截面呈L型的板材制成，启闭件83的转折部位固定销轴或者两面圆柱状的凸起，将销轴或者凸起卡入安装孔84两侧的圆孔，将启闭件83铰接在安装孔84内。支架81用焊接或者螺栓固定的方式固定在加工台3上，将气缸82用螺栓固定到支架81上，方便拆装。气缸82运行速度快，从而使第一孔644a和第二口644b的启闭更加迅速、及时。气缸82用市面上的一般气缸即可，无特殊要求。
也可通过上述结构控制第一口644a与第二口644b的启闭，两个气缸82分别控制两个启闭件83，从而控制第一口644a和第二口644b的启闭，以达到控制出气部位与吸头61保持一定距离的目的。这种控制方式结构相对简单、容易制造。
作为改进的一种具体实施方式，所述第一口644a和第二口644b上均设置有自动封口装置，两个所述自动封口装置均包括容纳壳91、弹簧92、连杆93和封口板94，所述第一口644a和第二口644b上均开设有封口孔95，两块所述封口板94分别铰接在两个封口孔95内，两个所述容纳壳91分别固定在第一口644a和第二口644b上，两根所述连杆93分别滑移设置在两个容纳壳91内且一端分别与两块封口板94铰接，两个所述弹簧92分别设置在两个容纳壳91内，推动两根连杆93从容纳壳91内伸出，带动两块封口板94封住第一口644a或第二口644b。
容纳壳91可用金属板弯曲而成，并在接缝处焊接牢固，容纳壳91可用焊接的方式固定到加工台3上，也可用螺栓固定，连杆93伸入容纳壳91的一端可以在端部加装垫板，增加接触面积，容纳壳91可在底部设置圆形导柱，对弹簧92加以定位，避免弹簧92的位置在使用过程中发生偏移，造成连杆93受力不均的情况。封口板94与连杆93连接的地方可设置两个凸块，然后将连杆93铰接在两个凸块之间，方便连杆93的安装。封口板94可制作成L状，从而增加输入的力矩，使封口板94更容易翻转。安装时，在铰接处涂抹润换油，润滑零部件的表面，使封口板94的翻转更加流畅。
在第一口644a和第二口644b出气时，气压推动封口板94移动，开启第一口644a和第二口644b，使气体流通，而在第一口644a和第二口644b不出气时，弹簧92推动连杆93回位，带动封口板94挡住第一口644a或第二口644b，从而避免烟雾弥漫到第一口644a或第二口644b内，避免第一口644a和第二口644b被烟雾腐蚀。
作为改进的一种具体实施方式，吸头61呈“ㄇ”状，“ㄇ”的开口处设置有两个吸入口611，吸头61上设置有一个连接口，连接口与两个吸入口611构成三通管结构，两个吸入口611布置在X轴的两侧，连接口与过滤装置63连接。
吸头61呈“ㄇ”状，可用金属板弯曲制成，制造方便，且结构牢固。通过设置在X轴两侧的吸入口611同时吸气，提高吸气效率，从而更充分的吸出烟雾。
作为改进的一种具体实施方式，机架1上设置有用于升降加工台3的升降机构，升降机构包括升降电机31、升降丝杆32和导杆33，加工台3的底部固定有升降架34，升降电机31固定在机架1上，升降丝杆32转动设置在机架1上且沿竖直方向延伸，导杆33固定在机架1上且沿竖直方向延伸，升降架34上开设有螺丝孔和导孔，升降丝杆32与螺纹孔啮合并与升降电机31的输出端连接，导杆33滑移设置在导孔内。
升降丝杠32用轴承安装到机架1上，升降电机31可用螺栓固定在机架上，升降丝杆32和升降电机31间可用齿轮组或者皮带加以传动。升降电机31可选用私服电机，从而使控制更加精确到位。导杆33在加工台3移动的过程中引导加工台3的方向，避免加工台3在移动的过程中发生偏移。
在加工的过程中，烧结完一层后，升降电机31驱动升降丝杆32转动，带动加工台3下降，从而使被烧结的金属粉层的顶部，位于加工台3一开始的位置，而后再次进行铺粉和烧结的步骤，如此循环，就可使铺粉和烧结的位置始终位于同一水平面，从而减少对烧结系统5和铺粉系统4调节高度的要求，减少对烧结系统5和铺粉系统4的相应投入。
作为改进的一种具体实施方式，所述过滤装置63包括箱体631、用于过滤粉末颗粒的一级滤芯632和用于过滤烟雾的二级滤芯633，所述箱体631上设置有过滤入口634和过滤出口635，所述一级滤芯632和二级滤芯633设置在过滤入口634和过滤出口635之间，一级滤芯632靠近过滤入口634设置，二级滤芯633靠近过滤出口635设置，所述过滤入口634与吸头61连接，所述过滤出口635与循环泵62连接。
烟雾中含有烧结的烟雾，同时也会有一些粉末颗粒漂浮，箱体631可采用开盖式的，用一级滤芯632和二级滤芯633将箱体631分隔成三个部分，烟雾和金属粉末颗粒在进入过滤入口634后，先被一级滤芯632过滤，一级滤芯632过滤孔较大，将金属粉末颗粒拦截下来，烟雾可以顺利通过，过滤的粉末颗粒可以加以回收利用，减少材料的浪费，提高材料的使用效率。经过一级滤芯632过滤的烟气再经过二级滤芯633的过滤，从而滤除烟雾，然后将洁净的气体重新输送到工作舱2内，循环使用。二级滤芯633可用活性炭为吸附材料，使过滤功能更强。
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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属三维打印机，其特征在于：包括机架(1)、工作舱(2)、加工台(3)、用于在加工台(3)上铺设金属粉末的铺粉系统(4)、用于烧结金属粉末的烧结系统(5)和用于排出烟雾的气体循环系统(6)，所述工作舱(2)固定在机架(1)上，所述加工台(3)设置在工作舱(2)内，所述加工台(3)的边沿上设置有挡板(7)，所述铺粉系统(4)设置在工作舱(2)内且位于加工台(3)的上方，所述烧结系统(5)设置在工作舱(2)内，且位于加工台(3)上方，所述气体循环系统(6)包括吸头(61)、循环泵(62)、过滤装置(63)和用于驱动吸头(61)移动的驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机(641)、驱动丝杆(642)和导轨(643)，所述挡板(7)上设置有出气口(644)，所述循环泵(62)设置在机架(1)上，所述循环泵(62)的输入端与吸头(61)连接并相互连通，所述过滤装置(63)设置在吸头(61)与循环泵(62)之间，所述循环泵(62)的输出端与出气口(644)连接，所述驱动电机(641)固定在机架(1)上，所述驱动丝杆(642)沿X轴的方向设置并与驱动电机(641)的输出端连接，所述吸头(61)上设置有连接块(645)，所述连接块(645)上开设有螺纹孔和导向结构，所述驱动丝杆(642)与螺纹孔啮合，所述导向结构与导轨(643)配合，引导吸头(61)沿导轨(643)移动，工作时，吸头(61)跟随加工位置的变化而移动。
2.根据权利要求1所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述出气口(644)包括第一口(644a)和第二口(644b)，所述第一口(644a)和第二口(644b)沿X轴分布且设置加工台(3)的相对两侧，当吸头(61)靠近第一口(644a)时，第一口(644a)关闭，第二口(644b)开启，当吸头(61)靠近第二口(644b)时，第二口(644b)关闭，第一口(644a)开启。
3.根据权利要求2所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述循环泵(62)与第一口(644a)和第二口(644b)间连接有三通球阀(648)和用于驱动三通球阀(648)的执行器(649)，所述三通球阀(648)设置有一个输入口和两个输出口，所述输入口与循环泵(62)连接，两个所述输出口分别与第一口(644a)和第二口(644b)连接。
4.根据权利要求2所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述循环泵(62)上设置有两个输出口，两个输出口分别与第一口(644a)和第二口(644b)连接，所述第一口(644a)和第二口(644b)上均设置有启闭装置，两个所述启闭装置包括支架(81)、气缸(82)和启闭件(83)，所述支架(81)固定在加工台(3)上，两个所述气缸(82)固定在支架(81)上且分别设置在第一口(644a)和第二口(644b)的一侧，所述第一口(644a)和第二口(644b)的侧壁上均开设有安装孔(84)，两块所述启闭件(83)呈直角状，两块所述启闭件(83)分别铰接在两个安装孔(84)内，两个所述气缸(82)的输出端分别与两个启闭件(83)的一端连接，推动启闭件(83)翻转，以启闭第一口(644a)或第二口(644b)。
5.根据权利要求4所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述第一口(644a)和第二口(644b)上均设置有自动封口装置，两个所述自动封口装置均包括容纳壳(91)、弹簧(92)、连杆(93)和封口板(94)，所述第一口(644a)和第二口(644b)上均开设有封口孔(95)，两块所述封口板(94)分别铰接在两个封口孔(95)内，两个所述容纳壳(91)分别固定在第一口(644a)和第二口(644b)上，两根所述连杆(93)分别滑移设置在两个容纳壳(91)内且一端分别与两块封口板(94)铰接，两个所述弹簧(92)分别设置在两个容纳壳(91)内，推动两根连杆(93)从容纳壳(91)内伸出，带动两块封口板(94)封住第一口(644a)或第二口(644b)。
6.根据权利要求3或4或5所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述吸头(61)呈状，的开口处设置有两个吸入口(611)，所述吸头(61)上设置有一个连接口，连接口与两个吸入口构成三通管结构，两个吸入口(611)布置在X轴的两侧，所述连接口与过滤装置(63)连接。
7.根据权利要求6所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述机架(1)上设置有用于升降加工台(3)的升降机构，所述升降机构包括升降电机(31)、升降丝杆(32)和导杆(33)，所述加工台(3)的底部固定有升降架(34)，所述升降电机(31)固定在机架(1)上，所述升降丝杆(32)转动设置在机架(1)上且沿竖直方向延伸，所述导杆(33)固定在机架(1)上且沿竖直方向延伸，所述升降架(34)上开设有螺丝孔和导孔，所述升降丝杆(32)与螺纹孔啮合并与升降电机(31)的输出端连接，所述导杆(33)滑移设置在导孔内。
8.根据权利要求7所述的一种金属三维打印机，其特征在于：所述过滤装置(63)包括箱体(631)、用于过滤粉末颗粒的一级滤芯(632)和用于过滤烟雾的二级滤芯(633)，所述箱体(631)上设置有过滤入口(634)和过滤出口(635)，所述一级滤芯(632)和二级滤芯(633)设置在过滤入口(634)和过滤出口(635)之间，一级滤芯(632)靠近过滤入口(634)设置，二级滤芯(633)靠近过滤出口(635)设置，所述过滤入口(634)与吸头(61)连接，所述过滤出口(635)与循环泵(62)连接。
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