CN109822092B - 空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备，本发明主要以悬浮式成型基板组件和长寿命多刮刀铺粉组件、高效阵列式吹风过滤组件等组成，本发明特别适用于最大长度在1000mm～2000mm长轴类零件。本发明不采用机械导向轴和丝杆驱动，可有效地降低成形加工难度，特别在超长零件打印时的精度控制和刮刀磨损方面，具有突出优势，可有效地减少Z向进给累积误差，同时多刮刀设计可以提高刮粉空行程利用率、延长刮粉极限时间，保证超长零件成形质量，此外本方案可以降低设备体积，从而满足空间/月面超常环境空间增材制造需求。

Description

空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备及其方法

技术领域

本发明涉及增材制造领域和空间制造领域，特别适用于提高长轴、长杆类零件制造精度和质量增材制造领域。

背景技术

在金属增材领域中，零件的成型尺寸受制于成型缸体的设计尺寸和光学系统扫描尺寸，其中高度主要由成形缸技术决定。目前市场上的增材制造领域设备打印高度尺寸小于400mm的零件基本不存在技术制约，但是当成型零件某一方向尺寸达到800～2000mm时，设备整机庞大的体积和成型缸组件超长的尺寸就变得不可忽视，必须重新发明新的成型缸技术。当前超长零件(长轴、长杆类)打印也是3D打印行业普遍面临的技术难点之一。

本发明另一个使用背景是空间增材制造需求。人类航天技术从无人卫星到载人飞船再到空间站，在近一个世纪内有了飞速发展。但到目前为止，所有的航天器均为在地面制造，并由复杂昂贵的运载火箭发射送入太空。不仅发射成本高昂，同时也伴随着巨大的发射风险。同时，系统最为复杂的空间站在运营过程中，需要进行不断的维护维修，而维护维修所需的材料、备件和工具等也需要由地面发射入轨，在通过交会对接运送至空间站，维修成本巨大，耗时周期漫长。

为了研究空间增材制造装备驱动构型，本发明提出了采用悬浮式成型缸组件来控制成型基板的升降运动，克服了机械丝杆固定长度导向的约束，可以有效缩短成型缸的尺寸，从而有效地缓解传统方式超长成型缸加工制造的难度。同时双刮刀铺粉模式有效地保证了长时间铺粉的可靠性和稳定性，进而让超长零件高精度打印成为可能。

因此，本发明能够满足超常环境对长零件高效可靠打印的小体积设备苛刻要求，该发明可减少机械式成型缸长度的50％，能有效降低设备整体体积，同时本发明提出双刮刀交替工作的铺粉模式，可以有效地提升刮粉空行程利用率、延长刮粉极限使用时间，从而保证超长零件增材制造工艺过程智能化地顺利完成。

发明内容

本发明目的在于提供一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备，从而提供可适应空间超常环境的金属、陶瓷等材料的选区熔化增材制造设备，地面上可维持长轴类等特种工况的设备尺寸、体积与重量需求，保证长时间铺粉的可靠性和稳定性，实现特种环境要求的超长零件高精度打印成型。

为了达到上述的目的，本发明提供一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备，其特征在于，该设备包括高能束源、超常环境气氛调制组件、悬浮式成型基板组件、长寿命多刮刀铺粉组件、高效阵列式吹风过滤组件和控制器；

所述高能束源是设备加工制造的能量来源，正对所述悬浮式成型基板组件；

所述超常环境气氛调制组件是用于长时间维持设备内低氧环境，并通过压力作用于粉体颗粒以及粉体自身电磁特性，使得零重力环境下可以进行粉末材料层的逐层循环操作；

所述悬浮式成型基板组件安装于所述超常环境气氛调制组件中间隔板下，该组件在气流场力作用下进行定量移动，实现成型基板高精度的垂直升降；

所述长寿命多刮刀铺粉组件用于将增材粉末均匀铺于成型幅面，该刮刀具备与粉体电磁特性相兼容的特性，在机械运动、电磁场及气流场多场耦合下可施加粉体操作动作，实现粉层逐层铺置；

所述高效阵列式吹风过滤组件安装于超常环境气氛调制组件两侧法兰处，用于清除设备运行过程中产生的粉尘飞溅，该气氛可选择氮气，也可选择与氩气配置的比例，排除设备后可通过过滤及添加氧组分实现气氛回流到人员居留空间中；

所述控制器用于实现整机设备的加工运动动作控制和工艺环境稳定控制。

优选的，高能束源可以是空间中收集的太阳光的聚焦或人工获得激光束及电子微束。

优选的，超常环境气氛调制组件包括真空箱(2-1)、真空压力泵(2-2)、压力传感器(2-3)、电磁阀(2-4)、气箱(2-5)和氧传感器(2-6)；所述真空泵(2-2)对所述真空箱(2-1)进行抽真空操作，所述压力传感器(2-3)实时监测真空箱压力并反馈至所述控制器，当所述真空箱(2-1)的压力达到设定值时停止抽真空，并由所述控制器打开所述电磁阀(2-4)，将所述气箱(2-5)向气体补充至所述真空箱(2-1)，所述氧传感器(2-6)实时监测所述真空箱(2-1)内氧含量；当所述氧传感器(2-6)检测数值达到所述控制器设定值时，由所述控制器发出指令关闭所述电磁阀(2-4)。

优选的，悬浮式成型基板组件包括成型缸体(3-1)、(3-1a)，加热板(3-2)、(3-2a)，动密封(3-3)、(3-3a)，隔热垫(3-4)、(3-4a)，防滑定位块(3-5)、(3-5a)，位置传感器(3-6)、(3-8a)，成型基板和位移组件；所述加热板(3-2)、(3-2a)设置于所述成型缸体(3-1)、(3-1a)内，用来加热成型基板上的成型产品；所述加热板(3-2)、(3-2a)和成型基板中间设置有隔热垫(3-4)、(3-4a)；所述加热板(3-2)、(3-2a)与所述成型缸体(3-1)、(3-1a)之间设置有动密封(3-3)、(3-3a)；所述成型基板与所述成型缸体(3-1)、(3-1a)之间设置有防滑定位块(3-5)、(3-5a)；所述成型基板下安装有所述位置传感器(3-6)、(3-8a)。

优选的，位移组件包括进气阀(3-8)和泄压阀(3-9)；所述控制器发出指令成型基板位移距离，所述位置传感器(3-6)向所述控制器反馈所述成型基板位置，所述控制器通过调节所述泄压阀(3-9)的排气和所述进气阀(3-8)进气来控制所述位置传感器(3-6)的活动位移；所述位置传感器(3-6)向所属控制器反馈完成位移后，控制器对所述泄压阀(3-9)和所述进气阀(3-8)发出停止气体操作指令。

优选的，位移组件包括高敏压力表(3-7)；所述高敏压力表(3-7)实时监测压力值变化，由所述控制器通过进气阀(3-8)和泄压阀(3-9)来调节压力值。

优选的，位移组件包括隔磁板(3-6a)、磁极(3-7a)、线圈组(3-9a)、电源(3-10a)和变频器(3-11a)；所述隔磁板(3-6a)隔离磁极(3-7a)，将成型基板上的增材粉末与磁极(3-7a)；所述位移传感器(3-8a)安装在磁极(3-7a)上，所述控制器发出指令成型基板位移距离，所述位置传感器(3-8a)向所述控制器反馈所述成型基板位置，所述控制器通过所述变频器(3-11a)调节进入所述线圈组(3-9a)电流来增减磁力大小，从而控制所述位置传感器(3-8a)的活动位移；所述位置传感器(3-6)向所属控制器反馈完成位移后，所述控制器对所述变频器(3-11a)发出停止操作指令。

优选的，成型缸体(3-1)、(3-1a)外壁施加驱动的直线电机单元。

优选的，成形基板是圆形截面，通过内圆磨更容易达到较高的密封性能和运动顺畅性。

优选的，长寿命多刮刀铺粉组件包括单向刮刀(4-1)、双向刮刀(4-2)、压粉气压系统配合的压粉气压系统配合的供粉装置(4-3)、分粉器(4-4)和驱动器(4-5)；所述控制器向所述驱动器(4-5)发出铺粉指令，由所述驱动器(4-5)驱动单向刮刀(4-1)移动至所述供粉装置(4-3)，并将所述分粉器(4-4)内的增材粉末置于单向刮刀(4-1)前，驱动刮刀将粉末均匀铺于成型基板上完成铺粉操作。

当设备需要进一步缩小铺粉时间可以驱动双向刮刀(4-2)参与铺粉，即双向刮刀(4-2)具有粉末自带功能和往复铺撒粉功能，从而充分利用原单向刮刀(4-1)空行程，即单向刮刀回程时，双向刮刀(4-2)同时跟随并铺撒粉；本多刮刀铺粉组件可以提高效率。

此外，当打印较高零件时候，刮粉动作将会重复更多，为进一步延长刮刀使用寿命、增加刮粉次数，因此双刮刀可以确保刮刀调度合理，从而获得长寿命铺粉。

优选的，高效阵列式吹风过滤组件包括过滤器(5-1)、鼓风机(5-2)、风速自适应调节控制器(5-3)和变频器(5-4)；所述控制器通过设定所述变频器(5-4)频率值控制所述鼓风机(5-2)的频率，所述控制器向所述风速自适应调节控制器(5-3)发出调节指令，由所述风速自适应调节控制器(5-3)调节将鼓风机(5-2)各出气口流运转形成闭合环流，通过环流将飞溅和烟尘带离。

一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备的使用方法，使用步骤如下：

打印前，所述超常环境气氛调制组件中抽出空气，并补充高纯氩气，使得所述超常环境气氛调制组件内氧含量快速降低到1000ppm；打印时，所述长寿命多刮刀铺粉组件启动铺粉模式在成型基板上铺上均匀粉末；铺粉完成后，所述高能束源烧结金属粉末；烧结粉末期间产生的飞溅和烟尘通过所述高效阵列式吹风过滤组件带离成型区域；打印单层结束后，所述悬浮式成型基板组件控制下降一个层厚；所述长寿命多刮刀铺粉组件再次在成型基板上铺粉一层粉末，所述高能束源再次烧结金属粉末，期间所述高效阵列式吹风过滤组件持续将飞溅和烟尘带离成型区域，此后过程不断循环，直至打印结束。

上述空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备，所述的包括控制在内的所有组件需要经过系统的防止高低温、微重力、高真空、电磁辐射及无人因干预的超常环境工况的特种设计。

在空间超常环境选区熔化增材制造领域中，用于解决打印超长零件设备体积庞大和成型设备体积超大、累积误差大、打印质量低等问题，本发明提出一种悬浮式成型基板控制的空间超常环境选区熔化增材制造设备。本发明克服了机械丝杆固定长度导向的约束，可有效地缩短成型缸的尺寸，从而缓解传统方式超长成型缸加工制造的难度。同时双/多刮刀铺粉模式有效地保证了长时间铺粉的可靠性和稳定性，进而让超长零件高精度打印成为可能。具有显著优势：

1、在空间零重力环境中采用粉体材料，便于实现更高的成型精度；

2、在空间零重力环境中采用金属粉体材料，便于实现更强的零件制件加工；

3、在空间零重力环境中采用悬浮成型基板，在有限体积设备的行程内便于实现更长范围的成型尺寸，结合气压悬浮方式或电磁悬浮方式以及两种方式的复合，可实现高精度、耐空间苛刻环境的增材制造进给；

4、在空间零重力环境中采用多刮刀组件、气氛调制组件及悬浮成型基板工作协同工作下，可实现模拟地面重力的场力，从而尽可能地减少空间与地面成型工艺的差距，实现可靠增材制造。

5、本设备的方案是多传感、多场力耦合实现的具有较高智能电控特征的自动化增材制造设备。

附图说明

图1是气动悬浮式成型基板控制的空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备总体图；

图2是磁力悬浮式成型基板控制的空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备总体图；

图3是超常环境气氛调制组件示意图；

图4是气浮式成型基板组件示意图；

图5是磁力式成型基板组件示意图；

图6是长寿命多刮刀铺粉组件示意图；

图7是高效阵列式吹风过滤组件示意图；

图8是某石油探头电子短节示意图；

图9是某火箭低温液位传感器示意图；

图10是某空间站及其桁架结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例

以下将结合图1～图6对本发明的悬浮式成型基板控制的空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备作进一步的详细描述。

图1、2是悬浮式成型基板控制的空间超常环境选区熔化增材制造设备总体图。如图1、2所示，悬浮式成型基板控制的空间超常环境选区熔化增材制造设备由高能束源1、超常环境气氛调制组件2、悬浮式成型基板控制组件3、长寿命多刮刀铺粉组件4，高效阵列式吹风过滤组件5和控制器6组成。打印前，超常环境气氛调制组件2真空泵将真空室内空气抽干，然后往真空箱内补充高纯氩气(空间中可以选择氮气及氮气与其他气体的配比，组分可以模拟空气)，使得真空室室内氧含量快速降低到1000ppm，并通过其密封性配合实时补偿机制保证真空室内氧含量长时间稳定维持低水平；打印时，长寿命多刮刀铺粉组件4采用双刮刀交替铺粉模式在成型基板上铺上均匀一层粉末，避免超长零件打印时刮刀磨损严重问题。铺粉完成后高能束源1开始烧结金属粉末，烧结粉末期间产生的飞溅和烟尘通过高效阵列式吹风过滤组件5带离成型区域保证零件成型期间真空室内的洁净环境；打印单层结束后，成型基板在悬浮式控制方式驱动下下降一个层厚，长寿命多刮刀铺粉组件4再次在成型基板上铺粉一层粉末，高能束源(1)再次烧结金属粉末，期间高效阵列式吹风过滤组件5持续将飞溅和烟尘带离成型区域，此后过程不断循环，直至打印结束。

图3是超常环境气氛调制组件示意图。超常环境气氛调制组件2由真空箱2-1、真空泵2-2、压力传感器2-3、电磁阀2-4、气箱2-5、氧传感器2-6、中间隔板2-7等组成。其原理为：真空泵2-2对真空箱2-1进行抽真空操作，压力传感器2-3实时监测真空箱压力并反馈控制器6，当压力反馈为-960mbar(地面数值，空间操作时由于太空真空作用，可以在-100mbar～0内取值)时停止抽真空，控制器发出指令打开电磁阀2-4此时气瓶2-5开始向腔内补充气体，氧传感器2-6实时监测真空室内氧含量，当达到1000ppm时控制器发出指令关闭电磁阀2-4，完成操作。

图4是气动悬浮式成型基板控制组件示意图。气动悬浮式成型基板控制组件由成型缸体3-1、加热板3-2、动密封组3-3、隔热垫3-4、防滑定位块3-5、位置传感器3-6、高敏压力表3-7、进气阀3-8、泄压阀3-9和气瓶2-5以及其他配套气路元件等组成。其运动控制如下：

(下降)：控制器6发出指令成型基板下降距离a，位置传感器3-6反馈当前位置给控制器6，泄压阀3-9开始微量排气，此时高敏压力表3-7实时监测压力值防止压力骤变；当位置传感器3-6反馈完成运动后停止气体操作，观察位置是否有变动，如有变动则进行气体补偿，反之完成操作。

(上升)：控制器6发出指令成型基板上升距离a，位置传感器3-6反馈当前位置给控制器6，进气阀3-9开始微量充气，此时高敏压力表3-7实时监测压力值防止压力骤变；当位置传感器3-6反馈完成运动后停止气体操作，观察位置是否有变动，如有变动则进行气体补偿，反之完成操作。上述的下降和上升动作完成有赖于动密封组3-3和防滑定位块3-5的稳定工作，该部分是气体悬浮式成型基板技术的核心技术。

图5是磁力悬浮式成型基板控制组件示意图。第二类的磁力悬浮式成型缸组件由成型缸体3-1a、加热板3-2a、动密封3-3a、隔热垫3-4a、防滑定位块3-5a、隔磁板3-6a、磁极3-7a、位置传感器3-8a、线圈组3-9a、电源3-10a和变频器3-11a以及其他配套信号处理器等组成。其运动控制如下：

(下降)：控制器6发出指令成型基板下降距离a，位置传感器3-6反馈当前位置给控制器6，变频器3-11a微量减弱线圈组3-9a电流进而削弱磁力，成型缸基板开始缓慢下降，位置传感器3-8a实时反馈基板位置，完成运动后观察基板位置是否有变动，如有则进行电流补偿，反之完成操作。

(上升)：控制器6发出指令成型基板上升距离a，位置传感器3-6反馈当前位置给控制器6，变频器3-11a微量增强线圈组3-9a电流进而提高磁力，成型缸基板开始缓慢上升，位置传感器3-8a实时反馈基板位置，完成运动后观察基板位置是否有变动，如有则进行电流补偿，反之完成操作。上述的下降和上升动作完成有赖于变频器3-11a和线圈组3-9a的稳定工作，该部分是磁力悬浮式成型基板技术的核心技术。

通过图4与图5进行组合，可以实现气流场/磁力混合悬浮式成型基板控制空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备方案。

图6是长寿命多刮刀铺粉组件示意图。长寿命多刮刀铺粉组件4由单向刮刀4-1、双向刮刀4-2、压粉气压系统配合的供粉装置4-3、分粉器4-4、驱动器4-5等组成。其运动控制如下：控制器6发出铺粉指令，驱动器4-5驱动单向刮刀4-1或者双向刮刀4-2执行铺粉操作，刮刀移到至供粉装置4-3将分粉器4-4内的粉末置于刮刀前，电机驱动刮刀将粉末均匀铺于成型基板上完成铺粉操作。

图7是高效阵列式吹风过滤组件示意图。高效阵列式吹风过滤组件5由过滤器5-1、鼓风机5-2、风速自适应调节控制器5-3和变频器5-4等组成。其工作流程如下：控制器6控制变频器5-4频率值设定鼓风机5-2频率，风速自适应调节控制器5-3将鼓风机5-2各出气口流量调节均匀，并使气流运转形成闭合环流，环流经过成型区域将飞溅和烟尘带离成型区域，从而保证真空室内洁净环境。

图8～图10是本空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备在解决这些零件具有较强优势的实施案例，但不限于此类零件，此外本设备方案虽然在空间零重力环境下具有可行性，但不排除该技术方案在地面就不具备实施可能性，进一步指出，由于本方案具有的优势，在地面环境下具有传统增材制造更高的新颖性和先进性。

图8是某石油探头电子短节示意图，图9是用于火箭储箱中的某液位传感器示意图，图10是某空间站及其桁架结构示意图。对于上述的这两种价格高昂、难以一体成型、传统加工制造难度大的具有长轴、长杆的超长零件，本发明的金属增材制造设备具有很明显的优势。

本发明可是用于制造空间站太阳帆板桁架结构体，火箭低温液位传感器壳体、枪管、发动机曲轴、凸轮轴、石油探头电子短节等零件。

Claims (12)

1.一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备，其特征在于，该设备包括高能束源、超常环境气氛调制组件、悬浮式成型基板组件、长寿命多刮刀铺粉组件、高效阵列式吹风过滤组件和控制器；

所述高能束源是设备加工制造的能量来源，正对所述悬浮式成型基板组件，可进行空间环境选择性熔化与烧结材料；

所述超常环境气氛调制组件是用于长时间维持设备内低氧环境，并通过压力作用于粉体颗粒以及粉体自身电磁特性，使得零重力环境下可以进行粉末材料层的逐层循环操作；

所述悬浮式成型基板组件安装于所述超常环境气氛调制组件中间隔板下，该组件在气流场力作用下进行定量移动，实现成型基板高精度的垂直升降；

所述长寿命多刮刀铺粉组件用于将增材粉末均匀铺于成型幅面，该刮刀具备与粉体电磁特性相兼容的特性，在机械运动、电磁场及气流场多场耦合下可施加粉体操作动作，实现粉层逐层铺置；

所述高效阵列式吹风过滤组件安装于超常环境气氛调制组件两侧法兰处，用于清除设备运行过程中产生的粉尘飞溅，该气氛为氮气或氮气与氩气按照比例配置的气体，排出设备后通过过滤及添加氧组分实现气氛回流到人员居留空间中；

所述控制器用于实现整机设备的加工运动动作控制和工艺环境稳定控制。

2.如权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述高能束源是空间太阳光聚焦、激光束或电子束。

3.如权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述超常环境气氛调制组件包括真空箱(2-1)、真空压力泵(2-2)、压力传感器(2-3)、电磁阀(2-4)、气箱(2-5)和氧传感器(2-6)；

所述真空压力泵(2-2)对所述真空箱(2-1)进行抽真空操作，所述压力传感器(2-3)实时监测真空箱压力并反馈至所述控制器，当所述真空箱(2-1)的压力达到设定值时停止抽真空，并由所述控制器打开所述电磁阀(2-4)，将所述气箱(2-5)气体补充至所述真空箱(2-1)，所述氧传感器(2-6)实时监测所述真空箱(2-1)内氧含量；当所述氧传感器(2-6)检测数值达到所述控制器设定值时，由所述控制器发出指令关闭所述电磁阀(2-4)。

4.如权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述悬浮式成型基板组件包括成型缸体(3-1)、(3-1a)，加热板(3-2)、(3-2a)，动密封(3-3)、(3-3a)，隔热垫(3-4)、(3-4a)，防滑定位块(3-5)、(3-5a)，位置传感器(3-6)、(3-8a)，成型基板和位移组件；

所述加热板(3-2)、(3-2a)设置于所述成型缸体(3-1)、(3-1a)内，用来加热成型基板上的成型产品；所述加热板(3-2)、(3-2a)和成型基板中间设置有隔热垫(3-4)、(3-4a)；

所述加热板(3-2)、(3-2a)与所述成型缸体(3-1)、(3-1a)之间设置有动密封(3-3)、(3-3a)；

所述成型基板与所述成型缸体(3-1)、(3-1a)之间设置有防滑定位块(3-5)、(3-5a)；

所述成型基板下安装有所述位置传感器(3-6)、(3-8a)。

5.如权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述位移组件包括进气阀(3-8)和泄压阀(3-9)；

所述控制器发出指令成型基板位移距离，所述位置传感器(3-6)向所述控制器反馈所述成型基板位置，所述控制器通过调节所述泄压阀(3-9)的排气和所述进气阀(3-8)进气来控制所述位置传感器(3-6)的活动位移；所述位置传感器(3-6)向所述控制器反馈完成位移后，控制器对所述泄压阀(3-9)和所述进气阀(3-8)发出停止气体操作指令。

6.权利要求5所述的增材制造设备，其特征在于，所述位移组件包括高敏压力表(3-7)；

所述高敏压力表(3-7)实时监测压力值变化，由所述控制器通过进气阀(3-8)和泄压阀(3-9)来调节压力值。

7.如权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述位移组件包括隔磁板(3-6a)、磁极(3-7a)、线圈组(3-9a)、电源(3-10a)和变频器(3-11a)；

所述隔磁板(3-6a)隔离磁极(3-7a)，将成型基板上的增材粉末与磁极(3-7a)隔离；所述位置传感器(3-8a)安装在磁极(3-7a)上，所述控制器发出指令成型基板位移距离，所述位置传感器(3-8a)向所述控制器反馈所述成型基板位置，所述控制器通过所述变频器(3-11a)调节进入所述线圈组(3-9a)电流来增减磁力大小，从而控制所述位置传感器(3-8a)的活动位移；所述位置传感器(3-6)向所述控制器反馈完成位移后，所述控制器对所述变频器(3-11a)发出停止操作指令。

8.如权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述成型缸体(3-1)、(3-1a)外壁施加驱动的直线电机单元。

9.如权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述成型基板是圆形截面。

10.如权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，长寿命多刮刀铺粉组件包括单向刮刀(4-1)、双向刮刀(4-2)、压粉气压系统配合的供粉装置(4-3)、分粉器(4-4)和驱动器(4-5)；

所述控制器向所述驱动器(4-5)发出铺粉指令，由所述驱动器(4-5)驱动单向刮刀(4-1)移动至所述压粉气压系统配合的供粉装置(4-3)，并将所述分粉器(4-4)内的增材粉末置于单向刮刀(4-1)前，驱动刮刀将粉末均匀铺于成型基板上完成铺粉操作；

当设备需要进一步缩小铺粉时间驱动双向刮刀(4-2)参与铺粉，即双向刮刀(4-2)具有粉末自带功能和往复铺置粉功能，从而充分利用原单向刮刀(4-1)空行程，即单向刮刀回程时，双向刮刀(4-2)同时跟随并铺置粉。

11.如权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述高效阵列式吹风过滤组件包括过滤器(5-1)、鼓风机(5-2)、风速自适应调节控制器(5-3)和变频器(5-4)；

所述控制器通过设定所述变频器(5-4)频率值控制所述鼓风机(5-2)的频率，所述控制器向所述风速自适应调节控制器(5-3)发出调节指令，由所述风速自适应调节控制器(5-3)调节将鼓风机(5-2)各出气口流运转形成闭合环流，通过环流将飞溅和烟尘带离。

12.一种空间悬浮式成型基板控制的粉末增材制造设备的使用方法，其特征在于，包括权利要求1-11任一增材制造设备，使用步骤如下：

打印前，所述超常环境气氛调制组件中抽出空气，并补充高纯氩气，空间环境采用氮气或配比的氮气，使得所述超常环境气氛调制组件内氧含量快速降低到1000ppm；

打印时，所述长寿命多刮刀铺粉组件启动铺粉模式在成型基板上铺上均匀粉末；

铺粉完成后，所述高能束源烧结金属粉末；

烧结粉末期间产生的飞溅和烟尘通过所述高效阵列式吹风过滤组件带离成型区域；

打印单层结束后，所述悬浮式成型基板组件控制下降一个层厚；

所述长寿命多刮刀铺粉组件再次在成型基板上铺粉一层粉末，所述高能束源再次烧结金属粉末，期间所述高效阵列式吹风过滤组件持续将飞溅和烟尘带离成型区域，此后过程不断循环，直至打印结束。

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