CN111906307B - 一种节约粉末的大尺寸零件打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，包括：根据零件的截面轮廓特征，在零件的截面轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到打印成形缸，打印成形缸位于成形平台上；在打印成形缸轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到收粉缸；在打印成形缸截面轮廓内进行铺粉、激光烧结，得到成形零件。能有效减少粉末铺设，实现粉末的节约；能降低Z轴升降机构的负载，提升运动系统控制精度，同时提升了粉末利用率，降低了生产成本；能避免传统SLM设备存在的漏粉问题；采用网格化落粉模块，实现单个网格的落粉；对打印成形缸以内区域网格化划分，按照是否包含成形区域确定网格化落粉模块是否需要落粉，进一步节省粉末。
Description
技术领域
本发明属于增材制造方法技术领域，涉及一种节约粉末的大尺寸零件打印方法。
背景技术
3D打印技术通过增加材料的方式加工零件，快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型。相较于传统的加工方法，SLM可以缩短产品设计制造周期、提升企业竞争能力、增强企业盈利能力，给工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。
SLM设备的工作流程为打印机控制激光在铺设好的粉末上方选择性地对粉末进行照射，金属粉末在加热到完全融化后成型。然后Z轴使成形平台降低一个层厚的高度，重新再已成形的平面上铺设一层粉末，设备调入新一层的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，此过程逐层循环直至整个零件成形。
随着SLM设备成形尺寸不断增大，铺粉面积、铺粉量也越来越大，如何在保证零件成形质量的条件下，尽可能的节约粉末、降低生产成本是一个值得探讨的问题。
常规的SLM设备对于大尺寸零件的打印，需要一个包络其截面轮廓的成形缸(通常为矩形或者圆形)，在成形过程中整个成形平台都铺满了金属粉末，而零件截面轮廓与成形平台截面轮廓相差较大的话，空出部分铺设的粉末对于零件成形作用不大，反而增加了运动系统负载，导致运动系统控制难度增加，同时也造成了粉末利用率低，增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，解决了现有技术中存在的生产成本高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，包括以下步骤：
步骤1、根据零件的截面轮廓特征，在零件的截面轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到打印成形缸，打印成形缸位于成形平台上；
步骤2、在打印成形缸截面轮廓内进行铺粉、激光烧结，得到成形零件。
本发明的特点还在于：
在步骤2之前还包括：在打印成形缸轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到收粉缸。
打印成形缸的高度与零件相等。
打印成形缸的厚度根据其高度确定。
收粉缸的高度低于打印成形缸。
收粉缸的成形过程采用送粉打印装置。
在步骤1和2的铺粉过程中铺粉机构均采用网格化落粉模块，网格化落粉模块包括落粉机构和刮刀。
步骤1中铺粉过程为：
先对打印成形缸截面轮廓内区域进行网格划分，并对打印成形缸区域的网格进行一次标识；
网格化落粉模块识别标识，当网格化落粉模块运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构，并进行刮刀铺平。
步骤2铺粉过程为：
先对零件区域进行的网格进行二次标识，然后网格化落粉模块识别标识，当网格化落粉模块运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构，并进行刮刀铺平。
每个网格的尺寸根据网格化落粉模块内单个落粉机构单次落粉面积确定。
本发明的有益效果是：
本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，在零件的截面轮廓外一定距离同步打印成形缸，使粉末铺设只在打印成形缸截面轮廓内，能有效减少粉末铺设，实现粉末的节约；铺粉量的减少，能降低Z轴升降机构的负载，提升运动系统控制精度，同时提升了粉末利用率，降低了生产成本；在打印成形缸截面轮廓外打印收粉缸，能抑制在一定的打印高度后落粉扬尘以及刮刀将多余的粉末刮下成形区域产生的扬尘；能避免传统SLM设备存在的漏粉问题；采用网格化落粉模块，实现单个网格的落粉；对打印成形缸以内区域网格化划分，按照是否包含成形区域确定网格化落粉模块是否需要落粉，进一步节省粉末。
附图说明
图1是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中打印成形缸的结构示意图；
图2是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中打印成形缸另一种实施例的结构示意图；
图3是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中送粉打印装置的结构示意图；
图4是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中成形区域的结构示意图；
图5是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中截面网格示意图；
图6是本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法中成形区域另一种实施例的结构示意图。
图中，1.零件，2.打印成形缸，3.网格化落粉模块，4.送粉打印装置，5.激光，6.同轴粉末喷嘴，7.运动机构，8.升降机构，9.成形缸，10.收粉缸，11.成形平台，12.粉末，13.落粉机构，14.刮刀。
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。
一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，具体包括以下步骤：
步骤1、根据零件1的截面轮廓特征，在零件1的截面轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到打印成形缸2，如图1所示，打印成形缸2位于成形平台11上；
打印成形缸2的高度与零件相等，打印成形缸2的厚度根据其成形高度确定，因为打印成形缸2要能够承载零件1成形轮廓和打印成形缸2之间的粉末，具体可以通过后期强度计算选择合适的厚度。打印成形缸2与零件1外廓的距离需满足送粉打印与铺粉打印互不干涉的条件，距离越小越好。
步骤2、在打印成形缸2截面轮廓内进行铺粉、激光烧结，得到成形零件。粉末铺设只在打印成形缸2截面轮廓内，这样即可实现粉末的节约。由于铺粉量的减少，Z轴升降机构8负载降低，精度控制难度降低。
在步骤2之前还包括：如图2所示，在打印成形缸2轮廓外进行打印，得到收粉缸10。收粉缸10的主要作用是抑制在一定的打印高度后落粉扬尘以及刮刀将多余的粉末刮下成形区域产生的扬尘。收粉缸的成形过程采用送粉打印装置4。送粉打印装置4采用LSF技术，送粉打印装置4包括激光5、同轴粉末喷嘴6、运动机构7，如下图3所示。
收粉缸10的高度低于打印成形缸2，能防止刮刀往复运动时磕碰。收粉缸10的厚度根据其成形高度确定，因为收粉缸10要能够承载打印成形缸2与收粉缸10之间的粉末，具体可以通过后期强度计算选择合适的厚度。收粉缸10与打印成形缸2外廓的距离需满足送粉打印与铺粉打印互不干涉的条件，距离越小越好。
传统的成形缸9位于成形平台11之外，本实施例中，成形缸9可以保留；也可以去掉传统的成形缸9，能避免传统的成形缸9与成形平台11的漏粉问题。
如图4所示，在步骤1和2的铺粉过程中铺粉机构采用网格化落粉模块3，网格化落粉模块3包括落粉机构13和刮刀14。
实施例1
步骤1、先根据零件1的截面轮廓特征，确定打印成形缸2的位置、尺寸；再对打印成形缸2截面轮廓内的整个区域进行网格划分，每个网格的尺寸根据网格化落粉模块3内单个落粉机构单次落粉面积大小确定，并对打印成形缸2区域的网格进行一次标识，可以标识为深色，如图5所示；网格化落粉模块3识别标识，当网格化落粉模块3运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构13，并进行刮刀14铺平后激光烧结；当网格化落粉模块3运行至未标识的网格区域时，不落粉，完成本层截面的打印。然后Z轴使成形平台11降低一个层厚的高度，设备调入新一层的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，逐层循环上述过程，直至整个打印成形缸2成形；
步骤2、如图6所示，先对零件1区域进行的网格进行二次标识，然后网格化落粉模块3识别标识，当网格化落粉模块3运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构，并进行刮刀铺平后激光烧结，完成本层截面的打印。然后Z轴使成形平台11降低一个层厚的高度，设备调入新一层的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，逐层循环上述过程，直至整个零件1成形。
实施例2
步骤1、先根据零件1的截面轮廓特征，确定打印成形缸2的位置、尺寸；再对打印成形缸2截面轮廓内进行网格划分，每个网格的尺寸根据网格化落粉模块3内单个落粉机构单次落粉面积大小确定，并对打印成形缸2区域的网格进行一次标识；网格化落粉模块3识别标识，当网格化落粉模块3运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构，并进行刮刀铺平后激光烧结，完成本层截面的打印。然后Z轴使成形平台11降低一个层厚的高度，设备调入新一层的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，逐层循环上述过程，直至整个打印成形缸2成形；
步骤2、先确定收粉缸10的尺寸、位置，聚焦激光5在运动机构7作用下，按照预设路径在打印成形缸2轮廓外移动，同时同轴粉末喷嘴6将金属粉末直接输送到激光光斑在基材上的熔池，这样由点到线层层叠加实现收粉缸10的打印；
步骤3、先对零件1区域进行的网格进行二次标识，然后网格化落粉模块3识别标识，当网格化落粉模块3运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构，并进行刮刀铺平后激光烧结，完成本层截面的打印。然后Z轴使成形平台11降低一个层厚的高度，设备调入新一层的数据进行激光熔化，与前一层截面粘结，逐层循环上述过程，直至整个零件1成形。
通过以上方式，本发明一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，在零件的截面轮廓外一定距离同步打印成形缸，使粉末铺设只在打印成形缸截面轮廓内，能有效减少粉末铺设，实现粉末的节约；铺粉量的减少，能降低Z轴升降机构的负载，提升运动系统控制精度，同时提升了粉末利用率，降低了生产成本；在打印成形缸截面轮廓外打印收粉缸，能抑制在一定的打印高度后落粉扬尘以及刮刀将多余的粉末刮下成形区域产生的扬尘；能避免传统SLM设备存在的漏粉问题；采用网格化落粉模块，实现单个网格的落粉；对打印成形缸以内区域网格化划分，按照是否包含成形区域确定网格化落粉模块是否需要落粉，进一步节省粉末。
Claims (7)
1.一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据零件（1）的截面轮廓特征，在零件（1）的截面轮廓外进行铺粉、激光烧结，得到打印成形缸（2），所述打印成形缸（2）位于成形平台（11）上；
在所述打印成形缸（2）轮廓外进行送粉、激光烧结，得到收粉缸（10）；
步骤2、在所述打印成形缸（2）截面轮廓内进行铺粉、激光烧结，得到零件（1）；降低成形平台（11）一个层厚的高度；
步骤3、逐层循环步骤1-2，得到零件（1）；
所述打印成形缸（2）的高度与零件（1）相等；
所述收粉缸（10）的高度低于打印成形缸（2）。
2.根据权利要求1所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，所述打印成形缸（2）的厚度根据其高度确定。
3.根据权利要求1所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，所述收粉缸（10）的成形过程采用送粉打印装置。
4.根据权利要求1所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，在步骤1和2所述的铺粉过程中铺粉机构均采用网格化落粉模块（3），所述网格化落粉模块（3）包括落粉机构（13）和刮刀（14）。
5.根据权利要求4所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，步骤1中所述铺粉过程为：
先对打印成形缸（2）截面轮廓内区域进行网格划分，并对打印成形缸（2）区域的网格进行一次标识；
所述网格化落粉模块（3）识别标识，当所述网格化落粉模块（3）运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构（13），并进行刮刀（14）铺平。
6.根据权利要求5所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，步骤2所述铺粉过程为：
先对零件（1）区域的网格进行二次标识，然后所述网格化落粉模块（3）识别标识，当所述网格化落粉模块（3）运行至具有标识的网格区域时，打开落粉机构（13），并进行刮刀（14）铺平。
7.根据权利要求5所述的一种节约粉末的大尺寸零件打印方法，其特征在于，每个所述网格的尺寸根据网格化落粉模块（3）内单个落粉机构（13）单次落粉面积确定。
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