CN111014956A - 一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左右直线导轨，左右直线导轨其中一端的两端点之间中间位置处设置有位移传感器，左右直线导轨内均设置有滚动钢球，两滚动钢球之间连接有连接杆，两滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，本发明解决了现有技术中存在的增材制造过程中被打印零件成形幅面尺寸过小，同时生产周期长且加工成本高、以及设备制造与维护成本高的问题。

Description

一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，本发明还涉及基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法。
背景技术
随着激光选区熔化(SLM)成形技术的不断发展，对于使用该工艺进行大型复杂结构零件成形技术的需求越来越迫切，现有的SLM技术仍然局限于被打印零件幅面尺寸处于600-800mm以内的现状。
对于成形大幅面零件，现有的办法是：
1.通过在SLM设备中增加固定的高能束扫描装置来实现，但随着被打印零件幅面尺寸的增大，会相应地增加生产和设备制造、维护成本；
2.通过将大尺寸零件进行切分后分别打印成形，再通过冷等静压、热等静压扩散连接等后处理方法实现大尺寸零件的成形，其生产周期长，后处理工艺较精细复杂且相应人工和机加工成本较高。
因此，通过使用较少的高能束扫描装置来成形大幅面复杂结构零件，在保证零件成形尺寸精度的同时，提高打印效率，减少生产工序，降低生产成本和设备制造与维护成本是行业内一直以来关注的焦点问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，解决了现有技术中存在的增材制造过程中被打印零件成形幅面尺寸过小，同时生产周期长且加工成本高、以及设备制造与维护成本高的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法。
本发明所采用的第一技术方案是，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨和右直线导轨，左直线导轨和右直线导轨其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器，左直线导轨内设置有左滚动钢球，右直线导轨内设置有右滚动钢球，左滚动钢球和右滚动钢球之间连接有连接杆，左滚动钢球和右滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，高能束扫描装置与位移传感器在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，前场镜和后场镜形成的直线与所述高能束扫描装置的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜和后场镜形成的直线上方位置，高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置顶部。
本发明第一技术方案的特点还在于，
计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，高能束扫描装置发出的高能束为激光束。
左直线导轨和右直线导轨的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器A、位置传感器B，位于右直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器C、位置传感器D，位置传感器A与位置传感器C处于同侧，位置传感器A、位置传感器B、位置传感器C、位置传感器D均与计算机控制系统连接。
本发明所采用的第二技术方案是，利用基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，基于高能束扫描装置的位移包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨和右直线导轨，左直线导轨和右直线导轨其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器，左直线导轨内设置有左滚动钢球，右直线导轨内设置有右滚动钢球，左滚动钢球和右滚动钢球之间连接有连接杆，左滚动钢球和右滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，高能束扫描装置与位移传感器在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，前场镜和后场镜形成的直线与所述高能束扫描装置的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜和后场镜形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置顶部，计算机控制系统将位移传感器采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球继续运动或者停止运动，进而实现高能束扫描装置继续运动或者停止运动；当有两个及以上的高能束扫描装置进行扫描时，每个高能束扫描装置对应独立的信号输入通道、信号输出通道、执行输出机构；执行输出机构包括位移传感器、电机、左滚动钢球、右滚动钢球、高能束扫描装置。
本发明第二技术方案的特点还在于，
一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，具体按照以下步骤实施：
当在一个模块内，高能束扫描装置将前场镜或后场镜区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球使高能束扫描装置沿X轴方向运动，位移传感器开始实时测量高能束扫描装置的实际运动距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置的停止运动命令，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，进而高能束扫描装置停止运动；
当高能束扫描装置运动停止后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行该区域扫描成形；当后场镜或者前场镜区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球和右滚动钢球通过连接杆驱动高能束扫描装置开始运动至前场镜或者后场镜对应的场镜中心正上方位置，即理论距离d0时，停止运动并开始扫描；
判断实时距离d1是否与理论运动距离d0相等：
在高能束扫描装置运动过程中，位移传感器将测量的其实时运动距离d1的电信号通过信号输入通道输入给计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0相比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，直至d1＝d0时，计算机控制系统输出停止运动电信号输出至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，进而高能束扫描装置停止运动；
若d1＝d0，位移传感器将此电信号传至计算机控制系统，计算机控制系统输出停止运动电信号至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，进而使高能束扫描装置停止运动；
结束：
当高能束扫描装置从后场镜运动到前场镜或者从前场镜运动到后场镜中心位置，且高能束扫描装置中心位置与前场镜或者后场镜中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置、光纤激光器、前场镜和后场镜。
当有两个及以上的高能束扫描装置模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置的运动均与只有一个高能束扫描装置时的一致，且每个高能束扫描装置的运动均有相应单独的信号输入、输出通道以及执行输出机构。
本发明采用的第三技术方案为，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，利用基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨和右直线导轨，左直线导轨和右直线导轨其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器，左直线导轨内设置有左滚动钢球，右直线导轨内设置有右滚动钢球，左滚动钢球和右滚动钢球之间连接有连接杆，左滚动钢球和右滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，高能束扫描装置与位移传感器在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，前场镜和后场镜形成的直线与所述高能束扫描装置的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜和后场镜形成的直线上方位置，高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置顶部。计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，高能束扫描装置发出的高能束为激光束。左直线导轨和右直线导轨的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器A、位置传感器B，位于右直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器C、位置传感器D，位置传感器A与位置传感器C处于同侧，位置传感器A、位置传感器B、位置传感器C、位置传感器D均与计算机控制系统连接。当激光将该区域扫描完成后，计算机控制系统将停止信号输出至光纤激光器，且同时将高能束扫描装置开始运动信号输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球开始从位置传感器A、位置传感器C所在侧或者位置传感器B、位置传感器D所在侧往导轨另一侧运动，当高能束扫描装置运动至位置传感器B、位置传感器D或位置传感器A、位置传感器C时，位置传感器A、位置传感器C或位置传感器B、位置传感器D与高能束扫描装置接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统；且同时计算机控制系统将位移传感器采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至计算机控制系统，计算机控制系统将位置传感器A、位置传感器C或位置传感器B、位置传感器D输入的高能束扫描装置停止运动电信号的时间值t1与位移传感器输入的高能束扫描装置的停止运动电信号的时间值t2进行计算，即Δt＝(t1-t2)，若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置，复位完成后，即Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该前场镜或后场镜对应区域的激光扫描。
本发明第三技术方案的特点还在于，
一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：高能束扫描装置实时位移信息采集；
a、当在一个模块内，高能束扫描装置将前场镜或后场镜区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球使高能束扫描装置沿X轴方向运动，位移传感器开始实时测量高能束扫描装置的实施距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置的停止运动命令，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t1；
b、高能束扫描装置将前场镜或后场镜区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球使高能束扫描装置沿X轴方向运动，直至高能束扫描装置从位置传感器A、位置传感器C所在侧或者从位置传感器B、位置传感器D所在侧运动至导轨另一端时，高能束扫描装置与其接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t2；
步骤2：高能束扫描装置实时运动距离的判断；
计算机控制系统将位置传感器输入的高能束扫描装置停止运动信号的时间值t1与位移传感器输入的高能束扫描装置的停止运动信号的时间值t2进行计算，即Δt＝t1-t2；
若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；
若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置，复位完成后，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；
步骤3：结束
当高能束扫描装置停止运动后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行该区域的扫描成形；当后场镜或者前场镜区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球和右滚动钢球通过其连接杆驱动高能束扫描装置开始运动至前场镜或者后场镜对应的场镜中心正上方位置，即位置传感器A、位置传感器C或者位置传感器B、位置传感器D或者理论距离d0时，且高能束扫描装置中心位置与前场镜或者后场镜中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置、光纤激光器、前场镜和后场镜。
判断高能束扫描装置的实时运动距离d1是否与理论运动距离d0相等，具体按照以下步骤实施：
在高能束扫描装置运动过程中，位移传感器将测量的实时运动距离d1输入计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置，具体按照以下步骤实施：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿各自所在的直线导轨运动，直至d1＝d0时，位移传感器将高能束停止运动电信号输出至计算机控制系统；
若d1＝d0，位移传感器将高能束扫描装置停止运动信号输出至计算机控制系统；
当有两个及以上的高能束扫描装置模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置的运动均与只有一个高能束扫描装置时的一致；
当高能束扫描装置到达位置传感器A、位置传感器C或者位置传感器B、位置传感器D时，且同时满足Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置，复位完成后，即满足Δt≤t0，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形。
本发明的有益效果是，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，可以有效解决现有设备对于大型复杂结构零件的打印幅面尺寸限制；相比于安装较多固定且不能移动的高能束扫描装置，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，通过使用较少的可移动的高能束扫描装置，可以有效提高被打印零件的成形幅面尺寸和打印效率，降低被打印零件的生产周期和加工成本、以及设备制造与维护成本。
附图说明
图1为高能束扫描装置的俯视示意图；
图2为多模块高能束扫描装置的俯视示意图；
图3为单模块高能束扫描装置的左视示意图；
图4为双模块高能束扫描系统的左视示意图；
图5为高能束扫描装置的位移定位系统的控制流程图；
图6为设置有位置传感器的高能束扫描装置的俯视示意图；
图7为设置有位置传感器的多模块高能束扫描装置的俯视示意图；
图8为设置有位置传感器的单模块高能束扫描装置的左视示意图；
图9为设置有位置传感器的双模块高能束扫描系统的左视示意图。
图中，1.位移传感器；2.高能束扫描装置；3.连接杆；4.右滚动钢球；5.右直线导轨；6.前场镜；7.左直线导轨；8.左滚动钢球；9.后场镜；10.位置传感器A；11.位置传感器C；12.位置传感器B；13.位置传感器D。
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。
一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，如图1～图5所示，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨7和右直线导轨5，左直线导轨7和右直线导轨5其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器1，所述左直线导轨7内设置有左滚动钢球8，右直线导轨5内设置有右滚动钢球4，左滚动钢球8和右滚动钢球4之间连接有连接杆3，左滚动钢球8和右滚动钢球4均通过丝杠与电机连接，连接杆3上设置有高能束扫描装置2，高能束扫描装置2与位移传感器1在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜6和后场镜9，前场镜6和后场镜9形成的直线与所述高能束扫描装置2的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜6和后场镜9形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置2、位移传感器1、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置2之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置2顶部。
计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置2包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置2到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，高能束扫描装置2发出的高能束为激光束。
如图6所示，左直线导轨7和右直线导轨5的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨7两端的位置传感器分别为位置传感器A10、位置传感器B12，位于右直线导轨5两端的位置传感器分别为位置传感器C11、位置传感器D13，位置传感器A10与位置传感器C11处于同侧，位置传感器A10、位置传感器B12、位置传感器C11、位置传感器D13均与计算机控制系统连接。
一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，利用基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，基于高能束扫描装置的位移包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨7和右直线导轨5，左直线导轨7和右直线导轨5其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器1，左直线导轨7内设置有左滚动钢球8，右直线导轨5内设置有右滚动钢球4，左滚动钢球8和右滚动钢球4之间连接有连接杆3，左滚动钢球8和右滚动钢球4均通过丝杠与电机连接，连接杆3上设置有高能束扫描装置2，高能束扫描装置2与位移传感器1在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜6和后场镜9，前场镜6和后场镜9形成的直线与所述高能束扫描装置2的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜6和后场镜9形成的直线上方位置，高能束扫描装置2、位移传感器1、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置2之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置2顶部，计算机控制系统将位移传感器1采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4继续运动或者停止运动，进而实现高能束扫描装置2继续运动或者停止运动；当有两个及以上的高能束扫描装置2进行扫描时，每个高能束扫描装置2对应独立的信号输入通道、信号输出通道、执行输出机构；所述执行输出机构包括位移传感器1、电机、左滚动钢球8、右滚动钢球4、高能束扫描装置2。
当在一个模块内，高能束扫描装置2将前场镜6或后场镜9区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4使高能束扫描装置2沿X轴方向运动，位移传感器1开始实时测量高能束扫描装置2的实际运动距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置2的停止运动命令，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4沿左直线导轨7和右直线导轨5运动，进而高能束扫描装置2停止运动；
当高能束扫描装置2运动停止后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行零件的扫描成形；当后场镜9或者前场镜6区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球8和右滚动钢球4通过连接杆3驱动高能束扫描装置2开始运动至前场镜6或者后场镜9对应的场镜中心正上方位置，即理论距离d0时，停止运动并开始扫描；
判断实时距离d1是否与理论运动距离d0相等：
在高能束扫描装置2运动过程中，位移传感器1将测量的其实时运动距离d1的电信号通过信号输入通道输入给计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0相比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置2是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4沿左直线导轨7和右直线导轨5运动，直至d1＝d0时，计算机控制系统输出停止运动电信号输出至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4沿左直线导轨7和右直线导轨5运动，进而高能束扫描装置2停止运动；
若d1＝d0，位移传感器1将此电信号传至计算机控制系统，计算机控制系统输出停止运动电信号至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4沿左直线导轨7和右直线导轨5运动，进而使高能束扫描装置2停止运动；
结束：
当高能束扫描装置2从后场镜9运动到前场镜6或者从前场镜6运动到后场镜9中心位置，且高能束扫描装置2中心位置与前场镜6或者后场镜9中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置2、光纤激光器、前场镜6和后场镜9。
当有两个及以上的高能束扫描装置2模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置2的运动均与只有一个高能束扫描装置2时的一致，且每个高能束扫描装置2的运动均有相应单独的信号输入、输出通道以及执行输出机构。
如图6～图9所示，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，利用设置有位置传感器的高能束扫描装置的位移定位系统实现，当激光将该区域扫描完成后，计算机控制系统将停止信号输出至光纤激光器，且同时将高能束扫描装置2开始运动信号输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4开始从位置传感器A10、位置传感器C11所在侧或者位置传感器B12、位置传感器D13所在侧往导轨另一侧运动，当高能束扫描装置运动至位置传感器B12、位置传感器D13或位置传感器A10、位置传感器C11时，位置传感器A10、位置传感器C11或位置传感器B12、位置传感器D13与高能束扫描装置2接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统；且同时计算机控制系统将位移传感器1采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至计算机控制系统，计算机控制系统将位置传感器A10、位置传感器C11或位置传感器B12、位置传感器D13输入的高能束扫描装置2停止运动电信号的时间值t1与位移传感器1输入的高能束扫描装置2的停止运动电信号的时间值t2进行计算，即Δt＝(t1-t2)，若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置2，复位完成后，即Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该前场镜6或后场镜9对应区域的激光扫描。
具体按照以下步骤实施：
步骤1：高能束扫描装置2实时位移信息采集；
a、当在一个模块内，高能束扫描装置2将前场镜6或后场镜9区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球使高能束扫描装置2沿X轴方向运动，位移传感器1开始实时测量高能束扫描装置2的实施距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置2的停止运动命令，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t1；
b、高能束扫描装置2将前场镜6或后场镜9区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球使高能束扫描装置2沿X轴方向运动，直至高能束扫描装置2从位置传感器A10、位置传感器C11所在侧或者从位置传感器B12、位置传感器D13所在侧运动至导轨另一端时，高能束扫描装置2与其接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t2；
步骤2：高能束扫描装置2实时运动距离的判断；
计算机控制系统将位置传感器输入的高能束扫描装置2停止运动信号的时间值t1与位移传感器1输入的高能束扫描装置2的停止运动信号的时间值t2进行计算，即Δt＝t1-t2；
若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；
若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置2，复位完成后，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；
步骤3：结束
当高能束扫描装置2停止运动后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行该区域的扫描成形；当后场镜9或者前场镜区6域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球8和右滚动钢球4通过其连接杆驱动高能束扫描装置2开始运动至前场镜6或者后场镜9对应的场镜中心正上方位置，即位置传感器A10、位置传感器C11或者位置传感器B12、位置传感器D13或者理论距离d0时，且高能束扫描装置2中心位置与前场镜6或者后场镜9中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置2、光纤激光器、前场镜6和后场镜9。
判断高能束扫描装置2的实时运动距离d1是否与理论运动距离d0相等，具体按照以下步骤实施：
在高能束扫描装置2运动过程中，位移传感器1将测量的实时运动距离d1输入计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置2是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置，具体按照以下步骤实施：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球8和右滚动钢球4沿各自所在的直线导轨运动，直至d1＝d0时，位移传感器1将高能束停止运动电信号输出至计算机控制系统；
若d1＝d0，位移传感器1将高能束扫描装置2停止运动信号输出至计算机控制系统；
当有两个及以上的高能束扫描装置2模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置2的运动均与只有一个高能束扫描装置2时的一致；
当高能束扫描装置2到达位置传感器A10、位置传感器C11或者位置传感器B12、位置传感器D13时，且同时满足Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置2，复位完成后，即满足Δt≤t0，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形。
通过采用高能束扫描装置的位移定位系统及方法，可以有效解决现有设备对于大型复杂结构零件的打印幅面尺寸限制；相比于安装较多固定且不能移动的高能束扫描装置，本方法通过使用较少的可移动的高能束扫描装置，可以有效提高被打印零件的成形幅面尺寸和打印效率，降低被打印零件的生产周期和加工成本、以及设备制造与维护成本。

Claims (9)

1.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨(7)和右直线导轨(5)，左直线导轨(7)和右直线导轨(5)其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器(1)，所述左直线导轨(7)内设置有左滚动钢球(8)，右直线导轨(5)内设置有右滚动钢球(4)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)之间连接有连接杆(3)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)均通过丝杠与电机连接，连接杆(3)上设置有高能束扫描装置(2)，高能束扫描装置(2)与所述位移传感器(1)在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜(6)和后场镜(9)，前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线与所述高能束扫描装置(2)的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置(2)、位移传感器(1)、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置(2)之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置(2)顶部。
2.根据权利要求1所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，所述计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置(2)包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置(2)到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，所述高能束扫描装置(2)发出的高能束为激光束。
3.根据权利要求2所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，所述左直线导轨(7)和右直线导轨(5)的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨(7)两端的位置传感器分别为位置传感器A(10)、位置传感器B(12)，位于右直线导轨(5)两端的位置传感器分别为位置传感器C(11)、位置传感器D(13)，位置传感器A(10)与位置传感器C(11)处于同侧，位置传感器A(10)、位置传感器B(12)、位置传感器C(11)、位置传感器D(13)均与计算机控制系统连接。
4.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，利用权利要求2所述的基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，基于高能束扫描装置的位移包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨(7)和右直线导轨(5)，左直线导轨(7)和右直线导轨(5)其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器(1)，所述左直线导轨(7)内设置有左滚动钢球(8)，右直线导轨(5)内设置有右滚动钢球(4)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)之间连接有连接杆(3)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)均通过丝杠与电机连接，连接杆(3)上设置有高能束扫描装置(2)，高能束扫描装置(2)与所述位移传感器(1)在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜(6)和后场镜(9)，前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线与所述高能束扫描装置(2)的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置(2)、位移传感器(1)、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置(2)之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置(2)顶部，计算机控制系统将位移传感器(1)采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)继续运动或者停止运动，进而实现高能束扫描装置(2)继续运动或者停止运动；当有两个及以上的高能束扫描装置(2)进行扫描时，每个高能束扫描装置(2)对应独立的信号输入通道、信号输出通道、执行输出机构；所述执行输出机构包括位移传感器(1)、电机、左滚动钢球(8)、右滚动钢球(4)、高能束扫描装置(2)。
5.根据权利要求4所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
当在一个模块内，高能束扫描装置(2)将前场镜(6)或后场镜(9)区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)使高能束扫描装置(2)沿X轴方向运动，位移传感器(1)开始实时测量高能束扫描装置(2)的实际运动距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置(2)的停止运动命令，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而高能束扫描装置(2)停止运动；
当高能束扫描装置(2)运动停止后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行零件的扫描成形；当后场镜(9)或者前场镜(6)区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)通过连接杆(3)驱动高能束扫描装置(2)开始运动至前场镜(6)或者后场镜(9)对应的场镜中心正上方位置，即理论距离d0时，停止运动并开始扫描；
判断实时距离d1是否与理论运动距离d0相等：
在高能束扫描装置(2)运动过程中，位移传感器(1)将测量的其实时运动距离d1的电信号通过信号输入通道输入给计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0相比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置(2)是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，直至d1＝d0时，计算机控制系统输出停止运动电信号输出至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而高能束扫描装置(2)停止运动；
若d1＝d0，位移传感器(1)将此电信号传至计算机控制系统，计算机控制系统输出停止运动电信号至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而使高能束扫描装置(2)停止运动；
结束：
当高能束扫描装置(2)从后场镜(9)运动到前场镜(6)或者从前场镜(6)运动到后场镜(9)中心位置，且高能束扫描装置(2)中心位置与前场镜(6)或者后场镜(9)中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置(2)、光纤激光器、前场镜(6)和后场镜(9)。
6.根据权利要求3所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，当有两个及以上的高能束扫描装置(2)模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置(2)的运动均与只有一个高能束扫描装置(2)时的一致，且每个高能束扫描装置(2)的运动均有相应单独的信号输入、输出通道以及执行输出机构。
7.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，利用权利要求3所述的基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，当激光将该区域扫描完成后，计算机控制系统将停止信号输出至光纤激光器，且同时将高能束扫描装置(2)开始运动信号输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)开始从位置传感器A(10)、位置传感器C(11)所在侧或者位置传感器B(12)、位置传感器D(13)所在侧往导轨另一侧运动，当高能束扫描装置运动至位置传感器B(12)、位置传感器D(13)或位置传感器A(10)、位置传感器C(11)时，位置传感器A(10)、位置传感器C(11)或位置传感器B(12)、位置传感器D(13)与高能束扫描装置(2)接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统；且同时计算机控制系统将位移传感器(1)采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至计算机控制系统，计算机控制系统将位置传感器A(10)、位置传感器C(11)或位置传感器B(12)、位置传感器D(13)输入的高能束扫描装置(2)停止运动电信号的时间值t1与位移传感器(1)输入的高能束扫描装置(2)的停止运动电信号的时间值t2进行计算，即Δt＝(t1-t2)，若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置(2)，复位完成后，即Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该前场镜(6)或后场镜(9)对应区域的激光扫描。
8.根据权利要求7所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：高能束扫描装置(2)实时位移信息采集；
a、当在一个模块内，高能束扫描装置(2)将前场镜(6)或后场镜(9)区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球使高能束扫描装置(2)沿X轴方向运动，位移传感器(1)开始实时测量高能束扫描装置(2)的实施距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置(2)的停止运动命令，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t1；
b、高能束扫描装置(2)将前场镜(6)或后场镜(9)区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球使高能束扫描装置(2)沿X轴方向运动，直至高能束扫描装置(2)从位置传感器A(10)、位置传感器C(11)所在侧或者从位置传感器B(12)、位置传感器D(13)所在侧运动至导轨另一端时，高能束扫描装置(2)与其接触并将停止运动信号输出至计算机控制系统，计算机控制系统提取停止运动指令的时间点t2；
步骤2：高能束扫描装置(2)实时运动距离的判断；
计算机控制系统将位置传感器输入的高能束扫描装置(2)停止运动信号的时间值t1与位移传感器(1)输入的高能束扫描装置(2)的停止运动信号的时间值t2进行计算，即Δt＝t1-t2；
若Δt≤t0，t0为系统内置的预设误差值，则计算机控制系统输出开始扫描指令至光纤激光器进行激光扫描；
若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置(2)，复位完成后，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；
步骤3：结束
当高能束扫描装置(2)停止运动后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行该区域的扫描成形；当后场镜(9)或者前场镜区(6)域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)通过其连接杆驱动高能束扫描装置(2)开始运动至前场镜(6)或者后场镜(9)对应的场镜中心正上方位置，即位置传感器A(10)、位置传感器C(11)或者位置传感器B(12)、位置传感器D(13)或者理论距离d0时，且高能束扫描装置(2)中心位置与前场镜(6)或者后场镜(9)中心位置同处于Z轴时，光路系统通过计算机控制系统进行光路自动调整并对焦后，进行扫描；所述光路系统包括高能束扫描装置(2)、光纤激光器、前场镜(6)和后场镜(9)。
9.根据权利要求8所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，判断高能束扫描装置(2)的实时运动距离d1是否与理论运动距离d0相等，具体按照以下步骤实施：
在高能束扫描装置(2)运动过程中，位移传感器(1)将测量的实时运动距离d1输入计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置(2)是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置，具体按照以下步骤实施：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿各自所在的直线导轨运动，直至d1＝d0时，位移传感器(1)将高能束停止运动电信号输出至计算机控制系统；
若d1＝d0，位移传感器(1)将高能束扫描装置(2)停止运动信号输出至计算机控制系统；
当有两个及以上的高能束扫描装置(2)模块时，计算机控制系统控制每个高能束扫描装置(2)的运动均与只有一个高能束扫描装置(2)时的一致；
当高能束扫描装置(2)到达位置传感器A(10)、位置传感器C(11)或者位置传感器B(12)、位置传感器D(13)时，且同时满足Δt≤t0，计算机控制系统将开始扫描指令输出至光纤激光器并进行该场镜对应区域的激光扫描；若Δt≥t0，则计算机控制系统输出复位指令至高能束扫描装置(2)，复位完成后，即满足Δt≤t0，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103071795A (zh) * 2013-01-23 2013-05-01 西安铂力特激光成形技术有限公司 移动振镜选择性激光熔化slm成形设备
CN103658647A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 华南理工大学 基于四激光双工位的激光选区熔化slm设备及加工方法
US20150147424A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 Charles Bibas 3d printing apparatus with sensor device
CN204504220U (zh) * 2015-03-26 2015-07-29 西安科技大学 一种改进的三维物体增材制造装置
CN104908326A (zh) * 2015-06-15 2015-09-16 南通大学 一种3d打印机用高精度工作台系统
CN106956430A (zh) * 2017-03-29 2017-07-18 深圳市大业激光成型技术有限公司 一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3d打印机系统
CN107175818A (zh) * 2017-07-13 2017-09-19 芜湖智享三维打印服务有限公司 一种3d打印机定位结构
CN107283828A (zh) * 2016-03-31 2017-10-24 上海微电子装备（集团）股份有限公司 3d打印装置、打印方法及其运动控制方法
CN206781006U (zh) * 2017-06-09 2017-12-22 大庆市多维时空科技有限公司 可检测式3d打印机
CN108273998A (zh) * 2018-02-24 2018-07-13 广州华钛三维材料制造有限公司 激光选区熔化单刀双向铺粉装置及激光选区熔化设备
CN108421977A (zh) * 2018-05-03 2018-08-21 沙洲职业工学院 一种智能增材制造设备
CN208148517U (zh) * 2018-01-19 2018-11-27 杭州爱新凯科技有限公司 一种用于3d打印机的驱动装置
CN108994293A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 3D系统公司 有校准设备的用于产品增材制造的装置及其校准方法
CN208774066U (zh) * 2018-08-23 2019-04-23 东莞市群飞自动化设备有限公司 3d打印机测试设备

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103071795A (zh) * 2013-01-23 2013-05-01 西安铂力特激光成形技术有限公司 移动振镜选择性激光熔化slm成形设备
US20150147424A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 Charles Bibas 3d printing apparatus with sensor device
CN103658647A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 华南理工大学 基于四激光双工位的激光选区熔化slm设备及加工方法
CN204504220U (zh) * 2015-03-26 2015-07-29 西安科技大学 一种改进的三维物体增材制造装置
CN104908326A (zh) * 2015-06-15 2015-09-16 南通大学 一种3d打印机用高精度工作台系统
CN107283828A (zh) * 2016-03-31 2017-10-24 上海微电子装备（集团）股份有限公司 3d打印装置、打印方法及其运动控制方法
CN106956430A (zh) * 2017-03-29 2017-07-18 深圳市大业激光成型技术有限公司 一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3d打印机系统
CN108994293A (zh) * 2017-06-06 2018-12-14 3D系统公司 有校准设备的用于产品增材制造的装置及其校准方法
CN206781006U (zh) * 2017-06-09 2017-12-22 大庆市多维时空科技有限公司 可检测式3d打印机
CN107175818A (zh) * 2017-07-13 2017-09-19 芜湖智享三维打印服务有限公司 一种3d打印机定位结构
CN208148517U (zh) * 2018-01-19 2018-11-27 杭州爱新凯科技有限公司 一种用于3d打印机的驱动装置
CN108273998A (zh) * 2018-02-24 2018-07-13 广州华钛三维材料制造有限公司 激光选区熔化单刀双向铺粉装置及激光选区熔化设备
CN108421977A (zh) * 2018-05-03 2018-08-21 沙洲职业工学院 一种智能增材制造设备
CN208774066U (zh) * 2018-08-23 2019-04-23 东莞市群飞自动化设备有限公司 3d打印机测试设备

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