CN110549617B - 一种激光烧结打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光烧结打印设备，属于增材制造领域，包括上下缸体、工作台和伸缩结构。将工作台固定在下缸体内部，实现工作台与缸体之间的密封；上下缸体通过伸缩结构连接，保证整个成型缸为密闭状态，在解决密封问题的同时，保证零件成型质量，还可很好的解决清洗问题。与现有技术相比，本发明采用的方案，在工作台和成型缸之间不存在密封问题，同时在铺粉的过程中可对粉末进行预热，可减少外部装置，降低制造成本，减少粉末的浪费，避免磨损，减轻维修量以及减少零件的更换。

Description

一种激光烧结打印设备

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种激光烧结打印设备。

背景技术

随着3D打印技术的发展，对激光烧结技术的研究越来越深入。激光烧结加工零件的过程是螺旋铺粉装置将一定量的粉末铺在工作台上，再由刮板将粉末刮平，随后激光头对当层粉末进行烧结，加工完成之后，再由螺旋铺粉装置铺粉，继续刮平，重复这一过程，直至加工完成。

在激光烧结技术中，对成型室的密封性要求较高，目前的技术大多集中在研究如何设置外部条件来满足成型室的密封性，如在成型室外部设置真空泵，利用抽真空实现密封；或是设计一种更好的密封零件或材料以实现工作台与成型缸壁之间的密封；但上述现有技术都难以达到较理想的密封效果，有的还因为磨损使密封效果越来越差，导致由于需要经常更换密封件带来一系列维修问题，更为重要的是，也会导致成型零件的质量难以满足要求；由于工作台与成型缸壁的接触非常紧密，这将导致在加工过程中，粉末进入密封件内，若需要更换粉末进行多种零件的加工，就必然要将粉末清除干净，但密封件的存在，使得清除粉末变得困难。

另外，激光烧结技术的目的是得到成型质量较高的零件，而铺粉质量很大程度上决定成型质量，因此，若铺粉质量不高，如粉末不平，含有气孔等，加工之后的零件将会存在气孔等缺陷。现有技术的铺粉刮平装置与方法，大多难以实现较好的铺粉效果，如很多铺粉装置在铺粉之后，粉末在工作台上分布不均匀，这将影响对粉末的刮平；其他一些装置采用供粉槽结构，由于供粉槽空间小，粉末供应量少，在每次铺粉过程中，需要多次供粉，影响效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种可解决密封、清除残余粉末以及铺粉刮平问题的可伸缩式激光烧结打印设备。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种激光烧结打印设备，包括机架7、上缸体2、下缸体5、工作台18、螺旋铺粉装置28、定向导轨12、丝杠螺母副13和伸缩结构3；所述上、下缸体通过伸缩结构3连接，使得整个成型缸为一密闭空间，上、下缸体与伸缩结构3属于固定连接，优选地，固定连接为伸缩结构3嵌合在上、下缸体内部。

所述工作台18固定连接在所述下缸体5的内部，优选地，固定连接为焊接；

所述丝杠螺母副13位于下缸体5外部底端中心位置，与成型缸体Z轴方向一致，其两端分别与下缸体5和下安装板6连接；所述丝杠螺母副13包含丝杠10和螺母副11；通过控制螺母副11旋转，带动丝杠10旋转，进而控制下缸体5做升降运动；下缸体5外部设有支撑成型缸体并配合丝杠螺母副13使下缸体5做升降运动的定向导轨12，所述定向导轨12对称地设置在下缸体5的外部。

所述定向导轨12包含滑块8和动导轨9，所述动导轨9的两端分别固定在下安装板6和机架7上，优选地，固定连接采用焊接；滑块8对称地固定在所述下缸体5的两侧上，并与动导轨9实现配合，优选地，采用螺栓连接实现固定连接；定向导轨12的作用是保证下缸体5在升降运动中保持平衡；所述下缸体5的底端与所述下安装板6之间通过所述丝杠螺母副13连接。

所述螺旋铺粉装置28包括气缸16、刮平装置17和供粉装置15，所述刮平装置17为动态刮平器，其通过弹簧的弹性作用可实现刮平器在工作过程中的调节作用；所述供粉装置15为螺旋结构，所述螺旋结构可以为蝶形弹簧形或其他具有类似结构的装置；所述气缸16分别与所述刮平装置17和供粉装置15连接，在工作过程中，气缸16将控制刮平装置17和供粉装置15做升降运动，以满足伸缩结构3的高度要求。

进一步地，所述刮平装置17包括水平导轨14、气缸16、刮平器槽24、刮板25、支柱27、弹簧26和电阻丝；为将螺旋铺粉装置28构成一整体，所述气缸16的两端分别连接刮平装置17和水平导轨14；在所述刮平器槽24的两端各设有支柱27，相应地，在所述刮板25的两端各设有支柱孔，为能实现刮板的可调节，所述支柱孔的直径应大于支柱的直径，即所述支柱27与支柱孔为间隙配合，所述刮板25通过支柱27与刮平器槽24连接；在每一所述支柱27上安装所述弹簧26，优选地，所述弹簧26为4个，每一所述弹簧26的两端分别与刮平器槽壁和刮板25的一面接触，用以保证整个刮平装置17为动态结构，在刮平过程中，若遇硬颗粒等物质，可避免损坏刮平装置17；所述电阻丝布置于所述刮板25上，所述电阻丝的作用为在将粉末刮平的过程中，对粉末进行预热，保证成型零件的质量。

进一步地，所述供粉装置15包括支撑板19、第一、二动力装置、螺旋辊22和供粉套21；所述供粉套21沿轴向开有圆弧口，用于漏出粉末；所述气缸16的两端分别与支撑板19和水平导轨14连接；所述螺旋辊22通过其两端转轴与供粉套21实现活动连接，二者一起构成铺粉装置；所述螺旋辊22与第一动力装置20连接，其外缘与所述供粉套21内壁之间存在间隙，间隙为0.1～0.2mm，优选地，取间隙为0.1mm；所述供粉套21通过其两端转轴安装在支撑板19上，并与第二动力装置22连接；供粉套21的能容纳粉末的量应满足单次铺粉需要的粉末量，即在工作过程中，第二动力装置22只需在开始控制供粉套21转过180°，使其出粉圆弧口面向工作台18，在螺旋铺粉装置28从工作台18的一端运动至另一端的过程中，第一动力装置20控制螺旋辊22一直转动，粉末在供粉套21中，通过螺旋辊22的作用逐渐均匀地散落在工作台18上，最终实现均匀与高效地供粉。

进一步地，所述伸缩结构3为伸缩胶体，优选地，其包含4块伸缩胶体，并优选PVC材料。

进一步地，所述伸缩结构3的截面为矩形或圆形，本发明优选为矩形，每一所述伸缩胶体的左右两端分别与两块伸缩胶体固定连接，优选地，固定连接采用嵌合方式。

进一步地，所述定向导轨12的下端固定在机架7上，而定向导轨12的上端与机架7连接，优选地，固定方式为螺栓连接。

所述机架7包含上安装板1、下安装板6和支架4；所述支架4由4根立柱和2根对称的横梁构成，每一所述立柱的两端均与上、下安装板固定连接，优选地，固定方式为螺栓连接；每一所述横梁的两端与立柱固定连接，优选地，固定方式为螺栓连接；所述定向导轨12的两端分别与下安装板6和横梁固定连接，优选地，固定方式为螺栓连接。进一步地，所述定向导轨12与下缸体5的连接处位于伸缩结构3下方，且定向导轨12可滑动距离与伸缩结构3伸缩距离相适应。

进一步地，所述激光烧结打印设备的工作方法为：

1)工作时，丝杠螺母副13控制下缸体做升降运动，每打印一层，下缸体5下降一层，上缸体2固定不动；螺旋铺粉装置28在气缸16的作用下运动至下缸体5中，工作台18之上，实现供粉和铺粉；

2)打印时，为了防止在铺粉的过程中，在成型缸壁的周围出现粉末堆积的情况，每铺一层粉末，都需要在当层粉末的周围烧结出一矩形，烧结出的矩形大小应根据所要加工的零件大小进行相应的调整，以保证粉末受到冲击时可保持形状，满足打印要求。

与现有技术相比，本发明有具有以下优点：

一种激光烧结打印设备，将工作台固定在下缸体内部，实现工作台与成型缸体之间的密封；上、下缸体通过伸缩结构连接，以保证整个成型缸体为密闭状态，在解决密封问题的同时，保证零件成型质量，另外还可解决粉末难以清除的问题；由于采用了动态刮平器，可避免损坏刮平装置；采用螺旋结构的供粉方式，可将粉末均匀的铺在工作台上，以提高铺粉质量与效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1的整体示意图。

图2为本发明实施例1的的正视图的剖视图。

图3为本发明实施例1的的螺旋铺粉装置整体图。

图4为本发明实施例1的的刮平装置局部图。

图5为本发明实施例1的的铺粉装置结构图

图中数字所表示的相应部件名称：

1.上安装板 2.上缸体 3.伸缩结构 4.支架 5.下缸体 6.下安装板 7.机架 8.滑块 9.动导轨 10.丝杠 11.螺母副 12.定向导轨 13.丝杠螺母副 14.水平导轨 15.供粉装置 16.气缸 17.刮平装置 18.工作台 19.支撑板 20.第一动力装置 21.供粉套 22.螺旋辊 23.出粉口 24.刮平器槽 25.刮板 26.弹簧 27.支柱 28.螺旋铺粉装置

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

实施例1：

参照图1，一种激光烧结打印设备，包括机架7、上缸体2、下缸体5、定向导轨12、丝杠螺母副13、伸缩结构3、上安装板1和下安装板6。其中上、下缸体通过嵌合的方式与伸缩结构3连接，使得整个成型缸为一密闭空间；为了能使上缸体2固定，上缸体2与上安装板1采用螺栓固定连接；为能实现本装置的目的，所述伸缩结构3为伸缩胶体，在下缸体5的运动过程中，其能配合下缸体5做升降运动；所述丝杠螺母副13位于下缸体5外部底端中心位置，与成型缸体Z轴方向一致，所述下缸体5的底端与所述下安装板6之间通过丝杠螺母副13连接，所述丝杠螺母副13包含丝杠10和螺母副11；下缸体5外部设有支撑缸体并配合丝杠螺母副13使下缸体5做升降运动的定向导轨12；所述定向导轨12包含滑块8和动导轨9，所述滑块8固定在所述机架7的下安装板6上；动导轨9安装在所述下缸体5的两侧上；所述定向导轨12的作用是保证下缸体5在升降运动中保持平衡。

所述伸缩结构3的截面为矩形，每一所述伸缩胶体的左右两端分别与两块伸缩胶体采用嵌合方式的固定连接。

所述定向导轨12的下端通过焊接固定在机架7上，而定向导轨12的上端与机架7通过螺栓连接方式实现固定连接。

所述定向导轨12与下缸体5的连接处位于伸缩结构3下方，且定向导轨12可滑动距离与伸缩结构3伸缩距离相适应。

需要说明的是，本实施例中，通过控制螺母副11旋转，带动丝杠10旋转，进而控制下缸体5做升降运动。

参照图2至图5，在本实施例中，所述工作台18通过焊接固定连接在所述下缸体5的内部；所述螺旋铺粉装置28包括水平导轨14、供粉装置15、气缸16、刮平装置17。

所述刮平装置17为动态刮平器，其通过弹簧的弹性作用可实现刮平器在工作过程中的调节作用；所述供粉装置15为螺旋结构，所述螺旋结构可以为蝶形弹簧形或其他具有类似结构的装置。

所述刮平装置17包括刮平器槽24、刮板25、支柱27、弹簧26和电阻丝；为将螺旋铺粉装置28构成一整体，所述气缸16的两端分别连接刮平装置17和水平导轨14；在所述刮平器槽24的两端各设有支柱27，相应地，在所述刮板25的两端各设有支柱孔，为能实现刮板的可调节，所述支柱孔的直径应大于支柱的直径，即所述支柱27与支柱孔为间隙配合，所述刮板25通过支柱27与刮平器槽24连接；在每一所述支柱27上安装所述弹簧26，优选地，所述弹簧26为4个，每一所述弹簧26的两端分别与刮平器槽壁和刮板25的一面接触，用以保证整个刮平装置17为动态结构，在刮平过程中，若遇硬颗粒等物质，可避免损坏刮平装置17；所述电阻丝布置于所述刮板25上，所述电阻丝的作用为在将粉末刮平的过程中，对粉末进行预热，保证成型零件的质量。

所述供粉装置15包括支撑板19、第一、二动力装置、螺旋辊22和供粉套21；所述供粉套21沿轴向开有圆弧口，用于漏出粉末；所述气缸16的两端分别与支撑板19和水平导轨14连接；所述螺旋辊22通过其两端转轴与供粉套21实现活动连接，二者一起构成铺粉装置；所述螺旋辊22与第一动力装置20连接，其外缘与所述供粉套21内壁之间存在间隙，间隙为0.1mm；所述供粉套21通过其两端转轴安装在支撑板19上，并与第二动力装置22连接；供粉套21的能容纳粉末的量应满足单次铺粉需要的粉末量，即在工作过程中，第二动力装置22只需在开始控制供粉套21转过180°，使其出粉圆弧口面向工作台18，在螺旋铺粉装置28从工作台18的一端运动至另一端的过程中，第一动力装置20控制螺旋辊22一直转动，粉末在供粉套21中，通过螺旋辊22的作用逐渐均匀地散落在工作台18上，最终实现均匀与高效地供粉。

本实施例可解决密封问题，同时还可解决清除粉末，铺粉不均匀等问题。

本发明的工作方式为：

a)工作时，丝杠螺母副(13)控制下缸体做升降运动，每打印一层，下缸体(5)下降一层，上缸体(2)固定不动；螺旋铺粉装置(28)在气缸(16)的作用下运动至下缸体(5)中，工作台(18)之上，实现供粉和铺粉；

b)打印时，为了防止在铺粉的过程中，在成型缸壁的周围出现粉末堆积的情况，每铺一层粉末，都需要在当层粉末的周围烧结出一矩形，烧结出的矩形大小应根据所要加工的零件大小进行相应的调整，以保证粉末受到冲击时可保持形状，满足打印要求。

实施例2：

本实施例同实施例1的区别仅在于，本实施例与实施例1的区别仅在于，为能满足不同种类的3D打印需求，由伸缩胶体构成的伸缩结构的截面形状为圆形，相应的，上、下缸体也为圆形成型缸，将该伸缩结构应用于圆形3D打印成型缸，可及大地提高加工效率，并且设备简单。

本实施例的工作方式及其余结构和连接方式同实施例1。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光烧结打印设备，包括机架(7)、成型缸体、工作台(18)、丝杠螺母副(13)和螺旋铺粉装置(28)，其特征在于：所述成型缸体包括上缸体(2)和下缸体(5)，上、下缸体通过伸缩结构(3)连接；

所述工作台(18)位于下缸体(5)内部，且与下缸体(5)固定连接；所述丝杠螺母副(13)位于下缸体(5)外部底端中心位置，与成型缸体Z轴方向一致；

下缸体(5)外部设有支撑成型缸体并配合丝杠螺母副(13)使下缸体(5)做升降运动的定向导轨(12)；

所述伸缩结构(3)与上、下缸体固定连接，且与上、下缸体一起构成密封腔体；

所述螺旋铺粉装置(28)包括气缸(16)、刮平装置(17)和供粉装置(15)；所述刮平装置(17)为动态刮平器，所述供粉装置(15)为螺旋结构；所述气缸(16)分别与所述刮平装置(17)和供粉装置(15)连接；

所述刮平装置(17)包括水平导轨(14)、气缸(16)、刮平器槽(24)、刮板(25)、支柱(27)、弹簧(26)和电阻丝；所述气缸(16)的两端分别连接刮平装置(17)与水平导轨(14)；在所述刮平器槽(24)中设有两支柱(27)，所述刮板(25)通过支柱(27)与所述刮平器槽(24)连接；在所述支柱(27)上安装弹簧(26)；所述电阻丝布置于所述刮板(25)上；

所述供粉装置(15)包括支撑板(19)、第一、二动力装置、螺旋辊(22)和供粉套(21)；所述供粉套(21)上沿轴向开有圆弧口；所述气缸(16)的两端分别与所述支撑板(19)和所述水平导轨(14)连接；所述螺旋辊(22)通过其两端转轴安装于所述支撑板(19)上，并与所述第一动力装置(20)连接，其外缘与所述供粉套(21)内壁之间存在间隙，间隙为0.1～0.2mm；所述供粉套(21)通过其两端转轴安装在所述支撑板(19)上，并与所述第二动力装置连接。

2.根据权利要求1所述的激光烧结打印设备，其特征在于：所述伸缩结构(3)为胶体。

3.根据权利要求2所述的激光烧结打印设备，其特征在于：胶体材质为PVC。

4.根据权利要求2所述的激光烧结打印设备，其特征在于：所述伸缩结构(3)的截面为矩形或圆形。

5.根据权利要求4所述的激光烧结打印设备，其特征在于：所述机架(7)包含上安装板(1)、下安装板(6)和支架(4)；所述支架(4)由4根立柱和2根对称的横梁构成，每一所述立柱的两端均与上、下安装板固定连接；每一所述横梁的两端与立柱固定连接；所述定向导轨(12)的两端分别与下安装板(6)和横梁固定连接。

6.根据权利要求5所述的激光烧结打印设备，其特征在于：所述定向导轨(12)与下缸体(5)的连接处位于伸缩结构(3)下方，且定向导轨(12)可滑动距离与伸缩结构(3)伸缩距离相适应。

7.根据权利要求1-6任一所述的激光烧结打印设备，其特征在于：所述激光烧结打印设备的工作方法为：

a)工作时，丝杠螺母副(13)控制下缸体做升降运动，每打印一层，下缸体(5)下降一层，上缸体(2)固定不动；螺旋铺粉装置(28)在气缸(16)的作用下运动至下缸体(5)中，工作台(18)之上，实现供粉和铺粉；

b)打印时，为了防止在铺粉的过程中，在成型缸壁的周围出现粉末堆积的情况，每铺一层粉末，都需要在当层粉末的周围烧结出一矩形，烧结出的矩形大小应根据所要加工的零件大小进行相应的调整，以保证粉末受到冲击时可保持形状，满足打印要求。

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