CN115488354B - 一种增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增材制造方法，其基于一种模块化互换式SLM成形装置及其主控系统，该装置包括独立模块化设计的升降系统、送粉铺粉系统，该方法包括：主控系统响应于表示启动当前成形任务的请求，检测SLM成形装置中升降系统和送粉铺粉系统是否已连接且安装到位，若是，生成并发送控制指令给所述SLM成形装置，以控制执行当前成形任务；若未连接或未安装到位，提示装置未准备好；主控系统响应于表示完成当前成形任务的反馈信号，向用户反馈表示更换升降系统的提示信息；主控系统响应于表示升降系统已更换好升降系统的反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的控制指令，并发送给SLM成形装置，以使其初始化，从而准备执行下一成形任务。

Description

一种增材制造方法

优先权申请

本申请要求2022年9月19提交的中国发明专利申请【CN202211136413.3】“【一种模块化互换式SLM成形装置】”，以及2022年9月19日提交的中国发明专利申请【CN202211136832.7】“【一种增材制造方法】”的优先权，两项优先权发明专利申请以引用方式全文并入。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及一种基于模块化的、可互换的 SLM成形装置的增材制造方法。

背景技术

选择性激光熔化(SLM)技术是增材制造技术中应用比较广泛且可靠一个项目，该技术通过精细的激光聚焦光斑熔化预置的粉末材料再通过类似打印的形式制造产品，其产品的致密度接近100％，其产品性能与传统锻件相当。

现有的SLM成形设备一般是一体化的，成形腔体、升降系统、铺粉系统、光学系统以及观测系统等都集成在一起，在成形工作完成后，需要将工件从成形腔体中取出，然后对升降系统进行清粉、更换工作基板等工作。上述工序较为繁琐，需要耗费大量的时间，而在此时间段内，整个成形设备均为闲置状态，使得设备使用效率降低，在需要打印多个工件的时候也让整个成形工作的效率降低。另外，在工件成形的过程中，铺粉系统也是经常出故障的模块。对于铺粉系统的修复同样需要耗费大量时间。

中国专利CN214214760U公开了了一种面向差异化增材制造设备需求的模块化框架结构，包括设备外壳和底部的若干地脚，所述设备外壳底部开口端与底盘上平面相连，所述设备外壳内部设置激光仓，所述激光仓下平面连接粉末仓，所述粉末仓下平面连接主框架，所述主框架内部设置升降模组，外架壁与底脚托架内壁连接，所述设备外壳、激光仓和底盘为固定装置，所述底部托架、粉末仓、主框架和升降模组可选配更改。

尽管上述专利中升降模组、粉末仓可以选配更换，但其目的主要在于通过不同粉末仓、升降模组等的组合以适应不同规格工件的成形工作。因此其替换过程同样较为繁琐，适用于批量工件成形后的替换，如果每个工件成形后都去替换其耗费的时间与清粉等工作相比有过之而无不及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化互换式SLM成形装置，能够快速更换送粉铺粉系统和升降系统，以及基于该成形装置的增材制造方法。

为了解决上述所提到的技术问题，本发明具体采用以下技术方案：一种模块化互换式SLM成形装置，包括用于激发并控制激光束的光学系统、用于承载工件进行成形的升降系统、用于将料粉输送至升降系统并将料粉平铺在升降系统上的送粉铺粉系统以及用于便于观察成形过程的观测系统，还包括腔体，所述光学系统设置在腔体顶部并且其激发的激光束竖直向下，并控制激光束照射在升降系统中成形基板上成形区域内，且焦点在成形平面上；所述观测系统安装在腔体内部；所述腔体侧壁上开有通达其内腔的安装口I和安装口II，所述升降系统和送粉铺粉系统分别通过安装口I和安装口II安装入腔体内腔或者从腔体内腔中拆卸出。

本发明的原理在于将送粉铺粉系统、升降系统进行独立的模块化设计，并通过抽拉的安装拆卸方式进行快速的安装拆卸。在工件成形后可快速更换清理后的升降系统后者在送粉铺粉系统出现故障时进行快速更换。

作为一种改进，所述升降系统安装在壳体I内并利用壳体I固定在定位安装板I上，所述定位安装板I与安装口I的大小和形状相同；所述壳体I上和所述腔体内腔中设有相互配合的定位导向机构；

所述送粉铺粉系统安装在壳体II内并利用壳体II固定在定位安装板II 上，所述定位安装板II与安装口II的大小和形状相同；所述壳体II上和所述腔体内腔中设有相互配合的定位导向机构。

作为一种改进，所述定位导向机构包括用于提供运动路径的导向部件，以及可沿所述导向部件运动的运动部件，当所述运动部件沿所述导向部件运动，使得所述升降系统或所述送粉铺粉系统安装入腔体内腔时，所述升降系统或所述送粉铺粉系统集成于所述SLM成形装置；当所述运动部件沿所述运动路径运动，使得所述升降系统或所述送粉铺粉系统脱离所述腔体内腔时，所述升降系统或所述送粉铺粉系统独立于所述SLM成形装置。

作为一种改进，所述定位导向机构包括定位凸台以及定位凹槽；或者，滑轨和滑块/滚轮；或者，导向轴和导向轴套。

作为一种改进，所述定位安装板I和定位安装板II内沿设置有密封件。优选地，所述密封件为O型密封圈，或密封胶条。

作为一种改进，所述壳体I内设置有粉料回收仓，所述粉料回收仓的开口设置在壳体I顶面，用于铺粉时多余粉末的回收。

作为一种改进，所述升降系统包括升降舱，所述升降仓开口位于壳体I 顶面；所述升降舱内设置有可沿升降舱轴向运动的成形基板，所述成形基板由升降电机驱动；还包括为成形基板导向的导向杆。

作为一种改进，所述安装口I与安装口II位于腔体不同侧壁上。

作为一种改进，所述送粉铺粉系统包括铺粉刮刀以及送粉装置，所述铺粉刮刀和送粉装置均由铺粉运动装置驱动同步运动。

作为一种改进，所述送粉铺粉系统位于光学系统和升降系统之间；所述壳体II顶面设置有镂空，所述光学系统激发的激光束可贯穿镂空，并照射在升降系统中成形基板上。

作为一种改进，所述定位安装板II上设有循环气路进口和循环气路出口；所述壳体II内设置有吹气口和吸气口。

本发明的另一方面，在于提供了一种增材制造方法，其基于一种模块化互换式SLM成形装置及其主控系统，其中，所述模块化互换式SLM成形装置包括：腔体，用于激发并控制激光的光学系统、用于承载工件进行成形的升降系统、用于将料粉输送至升降系统并将料粉平铺在升降系统上的送粉铺粉系统以及用于便于观察成形过程的观测系统，所述光学系统设置在腔体顶部并且其激发的激光束竖直向下，并控制激光束照射在升降系统中成形基板上成形区域内，且焦点在成形平面上；所述观测系统安装在腔体内部；所述腔体侧壁上开有通达其内腔的安装口I和安装口II，所述升降系统和送粉铺粉系统分别通过安装口I和安装口II安装入腔体内腔或者从腔体内腔中拆卸出；其中，所述主控系统与所述光学系统、所述观测系统、所述送粉铺粉系统和所述升降系统进行数据通信，相应地，所述增材制造方法包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求，生成表示停止当前成形任务的第五控制指令，并发送给所述 SLM成形装置以控制其停止当前成形任务，从而准备更换送粉铺粉系统；主控系统响应于用户触发的，或所述送粉铺粉系统发送来的表示更换好送粉铺粉系统的第五反馈信号，生成表示继续当前成形任务的第六控制指令，并发送给所述SLM 成形装置，以使其快速继续所述当前成形任务。在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的表示完成当前成形任务的第二反馈信号，生成表示更换升降系统的第一提示信息，并反馈给用户；主控系统响应于用户输入的，或所述升降系统发送来的表示升降系统已更换好升降系统的第三反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的第三控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使所述SLM成形装置初始化，从而准备执行下一成形任务；主控系统响应于用户输入的表示启动下一成形任务的第二请求，生成表示执行下一成形任务的第四控制指令，并发送至所述SLM成形装置以控制其快速启动下一成形任务。

在一些实施例中，所述第一请求是所述用户发现所述送粉铺粉系统发生故障，或粉材快消耗完时，触发生成的。在一些实施例中，所述第一反馈信号是用户更换好所述送粉铺粉系统后触发生成的。在一些实施例中，所述腔体对应于送粉铺粉系统的安装腔内设置有第一检测装置，相应地，所述第五反馈信号是当所述第一检测装置检测到送粉铺粉系统安装到位时生成并反馈的。在一些实施例中，所述腔体对应于升降系统的安装腔内设置有第二检测装置，相应地，所述第三反馈信号是当所述第二检测装置检测到升降系统安装到位时生成并反馈的。在一些实施例中，响应于所述第三请求的步骤之前，还包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示启动当前成形任务的第一请求，检测所述SLM成形装置中升降系统和送粉铺粉系统是否已连接，若是，生成并发送第一控制指令给所述SLM成形装置，以控制所述SLM装置执行当前成形任务。在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送第一提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到上述第三反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送所述第三提示信息后开始计时，且判断经过第三预设时间后是否接收上述第五反馈信息，若未收到，生成并发送表示停止成形任务的第七控制指令给SLM成形装置，以控制其停止成形任务，并发送第四提示信息给用户以提醒其更换所述升降系统。在一些实施例中，主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求的步骤之前，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统响应于SLM成形装置反馈的粉材不够的第四反馈信号，向用户发送提示更换送粉铺粉系统的第二提示信息。在一些实施例中，所述送粉铺粉系统还包括用于检测储粉量的第四检测装置，相应地，所述第四反馈信号是当所述第四检测装置检测到所述送粉铺粉系统中剩余粉材量小于预设阈值时，生成的。在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送第二提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到所述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行送粉铺粉系统的更换。

本发明的另一方面，在于提供了一种增材制造方法，所述增材制造方法基于一种模块化互换式SLM成形装置及其主控系统，其中，所述模块化互换式 SLM成形装置包括：腔体、光学系统、升降系统、送粉铺粉系统以及用于观测系统，所述光学系统设置在腔体顶部，用于激发和控制激光束竖直向下，并控制激光束照射在升降系统中成形基板上成形区域内，且焦点在成形平面上；所述观测系统安装在腔体内部；所述腔体侧壁上开有通达其内腔的安装口I和安装口II，所述升降系统和送粉铺粉系统分别通过安装口I和安装口II安装入腔体内腔或者从腔体内腔中拆卸出；其中，所述主控系统与所述光学系统、所述观测系统、所述送粉铺粉系统和所述升降系统进行数据通信，所述腔体对应于送粉铺粉系统和所述升降系统的安装腔内分别设置有用于检测所述送粉铺粉系统是否安装到位的第一检测装置，以及用于检测所述升降系统安装到位的第二检测装置，相应地，所述增材制造方法包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示启动当前成形任务的第一请求，检测所述SLM成形装置中升降系统和送粉铺粉系统是否已连接，且安装到位，若已连接且安装到位，生成并发送第一控制指令给所述SLM成形装置，以控制所述SLM装置执行当前成形任务；若未连接或未安装到位，提示所述SLM 成形装置未准备好；主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的表示完成当前成形任务的第二反馈信号，生成表示更换升降系统的第一提示信息，并反馈给用户；主控系统响应于用户触发的或所述SLM成形装置发送来的表示升降系统已更换好升降系统的第三反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的第三控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使所述SLM成形装置初始化，从而准备执行下一成形任务。

在一些实施例中，当所述第一检测装置检测到所述送粉铺粉系统安装到位时生成并反馈第五反馈信号给所述主控系统，以便于所述主控系统判断所述送粉铺粉系统是否安装到位。

在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示启动下一成形任务的第二请求，生成表示执行下一成形任务的第四控制指令，并发送至所述SLM成形装置以控制其快速启动下一成形任务。

在一些实施例中，当所述第二检测装置检测到所述送粉铺粉系统安装到位时，生成并反馈所述第三反馈信号给所述主控系统，以便于所述主控系统判断所述升降系统是否安装到位。

在一些实施例中，所述方法还包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求，生成表示停止当前成形任务的第五控制指令，并发送给所述SLM成形装置以控制其停止当前成形任务，从而准备更换送粉铺粉系统；主控系统响应于用户触发的，或所述SLM成形装置发送来的表示更换好送粉铺粉系统的第五反馈信号，生成表示继续当前成形任务的第六控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速继续所述当前成形任务。

在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送第一提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到上述第三反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。

在一些实施例中，所述升降系统包括粉料回收仓，以及用于检测所述粉料回收仓是否满仓的第三检测装置；相应地，所述方法还包括步骤：主控系统响应于所述SLM成形装置在执行成形任务过程中，所述第三检测装置发送来的表示粉料回收仓满仓的第四反馈信号，生成表示更换升降系统的第三提示信息，并反馈给用户；主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的或所述用户触发的表示更换好升降系统的所述第五反馈信号时，生成所述第二控制指令，并发送给所述 SLM成形装置，以使其快速继续所述成形任务。

在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送所述第三提示信息后开始计时，且判断经过第三预设时间后是否接收上述第五反馈信息，若未收到，生成并发送表示停止成形任务的第七控制指令给SLM成形装置，以控制其停止成形任务，并通过物联网向用户的移动终端发送消息，以提醒其更换所述升降系统。

在一些实施例中，主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求的步骤之前，还包括步骤：主控系统响应于SLM成形装置反馈的粉材不够的第四反馈信号，向用户发送提示更换送粉铺粉系统的第二提示信息。

在一些实施例中，所述送粉铺粉系统还包括用于检测储粉量的第四检测装置，相应地，所述第四反馈信号是当所述第四检测装置检测到所述送粉铺粉系统中剩余粉材量小于预设阈值时生成的。

在一些实施例中，所述增材制造方法还包括步骤：主控系统发送第二提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到所述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行送粉铺粉系统的更换。

本发明的有益之处在于：本发明通过将送粉铺粉系统、升降系统进行独立模块化设计，并通过抽拉的方式进行更换，使得送粉铺粉系统、升降系统的更换更加简单快速，甚至可做到无工具更换。在生产过程中，每当成形一个工件，就可以用清理好的升降系统和/或送粉铺粉系统将使用过的升降系统和/或送粉铺粉系统进行替换，使得生产活动不因清理升降系统和/或送粉铺粉系统而较长时间中断，大大提高了生产效率，同时也提高了整个成形装置的使用效率。尤其是针对一些体积尺寸较小，或者幅面比较小工件的批量成形，每个工件成形之后可立即更换新的升降系统继续打印新的工件，同时，可直接在取出的升降系统的成形基板上取下成形工件，然后清理该升降系统接口，不会影响批量工件的成形工艺，也即无需手动拆卸升降系统，也无需等到取下工件，并清理升降系统后再安装到成形装置中才能继续打印；并且当送粉铺粉系统出现故障或粉材耗尽等需要更换时，也可直接抽出该送粉铺粉系统，并立即利用新的送粉铺粉系统对其进行替换就可继续打印，而无需手动拆卸下来，并等待消除故障或重新填满粉材后再重新装上成形装置，从而最大限度降低停产时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的总装图。

图2为升降系统的结构示意图。

图3为送粉铺粉系统的结构示意图。

图4为本发明示例性实施例的连续批量工件的增材制造方法的流程图。

图5为本发明示例性实施例的增材制造方法中切换送粉铺粉系统的流程图。

图6为本发明示例性实施例的增材制造方法中切换升降系统的流程图。

附图标记：1腔体、2升降系统、3送粉铺粉系统、4光学系统、5观测系统、11壳体I、12定位安装板I、13定位凸台I、14导向杆、15升降电机、 16升降舱、17成形基板、18开口、21壳体II、22吹气口、23送粉装置、24 调节装置、25铺粉刮刀、26定位安装板II、27铺粉运动装置、28循环气路进口、29定位凸台II、30循环气路出口。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。本文中，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”、“后”、“一端”、“另一端”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，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中的具体含义。本文中“和/或”包括任何和所有一个或多个列出的相关项的组合。本文中“多个”意指两个或两个以上，即其包含两个、三个、四个、五个等。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

名词释义：

SLM：Selective laser melting(选择性激光熔化),是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。

使用效率：本文中使用效率是指一段时间内，成形装置的工作时间与空闲时间比，其中，空闲时间是指因各种原因而导致成形过程中断是时间。例如，现有成形装置，一个工件成形完成后，需要先将该工件取出，然后清理成形基板上的余粉等，然后在继续下一个工作成形，其中，上一个工件完成后下一个工件开启打印的期间即为整个成形装置的空闲时间。又如，本文公开的成形装置，一个工件成形完成后，直接取出整个升降系统，并立即换上一个新的升降系统继续打印下一个工件，其中，上一个工件完成后下一个工件开启打印的期间，也即更换该升降系统的期间就是该成形装置的空闲时间(相较于前述成形正在的空闲时间大大减少)。

互换：本文中的互换是指该成形装置中一个模块被相同的新模块替换。例如，当一个工件在成形基板上成形后，将当前的升降系统取下，并立即替换上与当前升降系统结构和工作原理相同的新的升降系统，从而实现互换。同理，若需要更换送粉铺粉系统，只需要将当前使用的送风铺粉系统取出，直接装上相同结构和工作原理的新的送粉铺粉系统即可。

集成：本文中的集成是指将实现同一工艺流程或工艺流程的各个部件集成安装在一起，形成一个独立模块，并可与其他独立模块之间相配合以完成成形工艺。例如，将实现成形基板的升降的各个部件集成在一起形成升降模块(或升降系统)，或者，将向成形基板上送粉并在成形基板上铺粉的送粉铺粉储粉等部件通过合理的局部设计，安装在一起一个壳体内，以形成可独立于成形装置的送粉铺粉模块(也即送粉铺粉系统)。

实施例1：现有技术一种面向差异化增材制造设备需求的模块化框架结构中，根据打印零件的实际需求，选择设备内部的不同结构尺寸和功能的模块，将不同结构的底部托架、粉末仓、主框架和升降模组直接安装组合到一起，即可得到一种全新配置的设备。升降模组通过螺钉安装在主框架上，其外还设置了一个壳体。实际上是并不能实现快速的拆装，无法解决本发明想要解决的问题。

而为了实现快速更换送粉铺粉系统和升降系统，如图1～图3所示，本发明提供一种模块化互换式SLM成形装置，包括用于激发并控制激光束的光学系统4、用于承载工件进行成形的升降系统2、用于将料粉输送至升降系统2并将料粉平铺在升降系统2上的送粉铺粉系统3以及用于便于观察成形过程的观测系统 5，还包括(密封)腔体1，所述光学系统4设置在腔体1顶部并且其激发的激光束竖直向下，并控制激光束照射在升降系统中成形基板上成形区域内，且焦点在成形平面上；所述观测系统5安装在腔体1内部；所述腔体1侧壁上开有通达其内腔的安装口I和安装口II，所述升降系统2和送粉铺粉系统3分别通过安装口I和安装口II安装入腔体1内腔或者从腔体1内腔中拆卸出。

本实施例中，腔体1由前后侧壁、左右侧壁以及顶壁和底壁围成。光学系统4设置在顶壁上，而安装口I和安装口II位于不同的侧壁上，例如安装口 I设置在前侧壁上，安装口II设置在左侧壁上。

具体地，所述升降系统2安装在壳体I11内并利用壳体I11固定在定位安装板I12上，所述定位安装板I12与安装口I的大小和形状相同；所述壳体 I11上和所述腔体1内腔中设有相互配合的定位导向机构；所述升降系统包括筒状的升降舱16，所述升降仓16开口位于壳体I11顶面；所述升降舱16内设置有可沿升降舱16轴向运动的成形基板17，所述成形基板17由升降电机15驱动；还包括为成形基板17导向的导向杆14。即将升降舱、成形基板和升降电机等集成于该壳体I11内形成独立可快速更换的升降系统。

所述送粉铺粉系统3安装在壳体II21内并利用壳体II21固定在定位安装板II26上，所述定位安装板II26与安装口II的大小和形状相同；所述壳体 II21上和所述腔体1内腔中设有相互配合的定位导向装置。送粉铺粉系统3包括铺粉刮刀25以及送粉装置23，所述铺粉刮刀25和送粉装置23均由铺粉运动装置27驱动同步运动。另外还包括用于调节铺粉刮刀25高度的调节装置24。即将送粉装置、铺粉刮刀、铺粉运动装置、调节装置等集成于该壳体II21内形成独立可快速更换的送粉铺粉系统。

送粉铺粉系统3位于光学系统4和升降系统2之间；所述壳体II21顶面设置有镂空，所述光学系统4激发的激光可贯穿镂空照射在升降系统2的成形基板17上。

另外,定位安装板II26上设有循环气路进口28和循环气路出口30；所述壳体II21内设置有吹气口22和吸气口(图中未示出)，即该送粉铺粉系统内还集成有循环气路。在成形过程中用于清除金属飞溅物。将其集成到送粉铺粉系统3的原因首先是与成形区域靠近，能够更好的到达清除飞溅物的目的。其次是吸气口长时间使用后也需要清理，将其集成到可拆卸部分上更加的方便。

之所以要将安装口I和安装口II设置在不同的侧面，其目的是避免定位安装板I12和定位安装板II26干涉，这样可以将送粉铺粉系统3和升降系统2 的间距设计得更小，使得整个设备小型化。

定位安装板的作用首先是用于定位，当其与腔体1侧壁齐平时，说明安装到位。其次定位安装板也可以将安装口封闭，避免异物进入，使得腔体1既作为整个装置的支撑机构也作为外壳将内部装置遮蔽。而对于一些容易氧化的粉材，例如金属粉材，需要在密封空间内，因此所述定位安装板I12和定位安装板II26 内沿设置有密封件。优选地，该密封件为O型密封圈或密封胶条，能够进一步提高密封性。另外O型密封圈具有弹性，使得定位安装板与腔体1过盈配合，避免使用过程中松动。

本实施例中，所述定位导向机构包括设置在所述腔体内腔墙壁上的为所述壳体I或所述壳体II提供运动路径的导向部件，以及设置在所述定位安装板 I或所述定位安装板II上，可沿所述导向部件所提供的运动路径运动的运动部件，当所述运动部件沿所述运动路径运动，使得所述升降系统或所述送粉铺粉系统安装入腔体内腔时，所述升降系统或所述送粉铺粉系统集成于所述SLM成形装置；当所述运动部件沿所述运动路径运动，使得所述升降系统或所述送粉铺粉系统脱离所述腔体内腔时，所述升降系统或所述送粉铺粉系统独立于所述SLM成形装置。

在一些实施例中，该定位导向机构包括定位凸台(运动部件)以及定位凹槽(导向部件)。定位凸台沿升降系统2或者送粉铺粉系统3的运动方向延伸，与定位凹槽配合导向，同时也作为支撑部件将升降系统2或者送粉铺粉系统3 支撑在腔体1内部，而无需设置其他的支撑机构。定位凸台和定位凹槽既可以设置在壳体上，也可以设置在腔体内如侧壁上。例如壳体I11上设置了定位凸台 I13那么腔体1内就设置与其配合的定位凹槽I，壳体II21上设置了定位凸台II29那么腔体1就设置与其配合的定位凹槽II。当然也可反之，本发明中不做限制，只有能达到相同的目的即可。

所述壳体I11内设置有粉料回收仓，所述粉料回收仓的开口18设置在壳体I11顶面。本发明中将粉料回收仓也集成到了升降系统2中，其原因是粉料回收仓在满溢后也需要更换，如果单独设置单独更换同样浪费时间。因此本发明中将二者集成在一起统一更换，节约了工序。

实施例2:基于上述的模块化互换式SLM成形装置及其主控系统(例如上位机，或者集成在该成形装置内的控制器)，本发明还提供了一种增材制造方法，包括步骤：主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第一请求，生成表示停止当前成形任务的第一控制指令，并发送给所述SLM成形装置以控制其停止当前成形任务，从而准备更换送粉铺粉系统；主控系统响应于用户触发的，或所述送粉铺粉系统发送来的表示更换好送粉铺粉系统的第一反馈信号，生成表示继续当前成形任务的第二控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速重启所述当前成形任务。在一些实施例中，主控系统接收第一请求后开始计时，且判断经过第一预设时间后(例如，1-5min)是否收到上述第一反馈信号，若未收到，通过物联网向用户端发送消息以提示用户进行送粉铺粉系统的更换。具体实施时，上述的SLM装置与上位机，也即主控系统进行数据通信。

在一些实施例中，所述方法还包括步骤：主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的表示完成当前成形任务的第二反馈信号，生成表示更换升降系统的第一提示信息，并反馈给用户；具体地，可通过短信或微信或应用端消息等方式发送给用户的用户端；当然，也可直接在主控系统的用户界面进行显示，或者其他能够使得用户能够及时得知该第一提示信息的方式；主控系统响应于用户触发的，或所述升降系统发送来的表示升降系统已更换好升降系统的第三反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的第三控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使所述SLM成形装置初始化，从而准备执行下一成形任务；主控系统响应于用户触发的表示启动下一成形任务的第二请求，生成表示执行下一成形任务的第四控制指令，并发送至所述SLM成形装置以控制其快速启动下一成形任务。

在一些实施例中，主控系统发送第一提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后(例如，1min-3min)是否收到上述第三反馈信号，若未收到，通过物联网向用户端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。

在一些实施例中，所述第一请求是所述用户发现所述送粉铺粉系统发生故障，或粉材快消耗完时，触发生成的；相应地，所述第一反馈信号是用户更换好所述送粉铺粉系统后触发生成的。

在一些实施例中，所述腔体对应于送粉铺粉系统的安装腔内设置有第一检测装置，相应地，所述第一反馈信号是所述第一检测装置检测到新的送粉铺粉系统被更换至所述安装腔内时生成的。

在一些实施例中，所述腔体对应于升降系统的安装腔内设置有第二检测装置，相应地，所述第三反馈信号是所述第二检测装置检测到新的升降系统被更换至所述安装腔内时生成的。

在一些实施例中，上述第一检测装置包括分别安装在定位凸台的轴向末端(朝向腔体内壁的一端)和相应安装腔内对应于该定位凸台的轴向末端位置的触发凸起和触发按钮(该触发按钮与SLM成形装置的控制模块或主控系统电连接)，即当该定位导向机构安装到位(安装到位是指安装后，当开始执行成形任务时，安该模块或系统能够正常工作，并协同其他模块或系统完成成形任务)后，该触发凸起按下该按钮，使得SLM成形装置接收到该触发信号后，生成表示已更换好送粉铺粉系统(或安装到位)的反馈信号。当然也可采用其他能够装置来实现，使得当该送粉铺粉系统安装到位后，即触发该SLM成形装置生成表示更换好该送粉铺粉系统的反馈信号即可。

相应地，每次执行成形任务之前(例如，更换升降系统或送粉铺粉系统后)，主控系统都需要检测送粉铺粉系统和升降系统是否连接的同时(或之前，或之后)，还需要检测两个系统是否都已安装到位，从而进一步保证成形任务的顺利进行。

当然，基于相同的原理，该第二检测装置也可采用与第一检测装置相同的结构，这里不再赘述。

在一些实施例中，该方法还包括步骤：主控系统响应于所述SLM成形装置在执行当前成形任务过程中，发送来的表示粉料回收仓满仓的第四反馈信号，生成表示更换升降系统的第三提示信息，并反馈给用户；主控系统响应于所述 SLM成形装置发送来的表示更换好升降系统的所述第五反馈信号时，生成所述第二控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速重启所述当前成形任务。

在一些实施例中，主控系统发送第三提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后(例如，1min-3min)是否收到上述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。

实施例3：基于上述的模块化互换式SLM成形装置及其主控系统(例如上位机，或者集成在该成形装置内的控制器)，本发明还提供了另一种增材制造方法，包括步骤：

S11，主控系统响应于用户触发的表示启动当前成形任务的第一请求，检测各模块(例如，升降系统和送粉铺粉系统)是否已连接，若是，执行步骤S12，否则，执行步骤S13。

在一些实施例中，当用户将各个模块，例如，升降系统和送粉铺粉系统快速安装到腔体内，使得升降系统和送粉铺粉系统自动与主控系统进行通信连接后，就启动成形任务的操作。具体地，可直接在主控系统的用户界面中点击相应的启动成形任务的功能按钮，或者，操作预先设置的操控件。

在一些实施例中，该升降系统和送粉铺粉系统通过无线网络与主控系统进行数据通信，因此，当两个系统安装好之后，主控系统会自动检测到该两个系统是否已连接。

在另一些实施例中，也可分别在腔体对应于送粉铺粉系统的安装腔内设置第一检测装置(例如电磁继电器、点触开关等)，和对应于升降系统的安装腔内设置第二检测装置(例如电磁继电器、点触开关等)，以检测该送粉铺粉系统和升降系统是否安装到位。相应地，第一检测装置检测到送粉铺粉系统被安装(包括新的送粉铺粉系统被更换)至所述安装腔内时生成并反馈表示安装到位的反馈信号，和/或，是所述第二检测装置检测到升降系统被安装(包括新的升降系统被更换)至所述安装腔内时生成并反馈已安装到位的反馈信号。

例如，上述第一检测装置包括分别安装在定位凸台的轴向末端(朝向腔体内壁的一端)和相应安装腔内对应于该定位定位凸台的轴向末端位置的触发凸起和触发按钮(该触发按钮与主控系统或成形装置的控制模块电连接)，即当该定位导向机构安装到位后，该凸起按下该按钮，使得SLM成形装置接收到该触发信号后，生成表示已更换好送粉铺粉系统(或安装到位)的反馈信号。当然也可采用其他能够装置来实现，使得当该送粉铺粉系统安装到位后，即触发该SLM 成形装置生成表示更换好该送粉铺粉系统的反馈信号即可。

相应地，每次执行成形任务之前，主控系统都需要检测送粉铺粉系统和升降系统是否连接的同时(或之前，或之后)，还需要检测两个系统是否都已安装到位，从而进一步保证成形任务的顺利进行。

当然，基于相同的原理，该第二检测装置也可采用与第一检测装置相同的结构，这里不再赘述。

S12，生成并发送表示执行当前成形任务的第一控制指令给SLM成形装置，以控制其执行当前成形任务。

S13，提示成形装置还未准备好。

在另一些实施例中，还可显示具体哪一个系统(或模块)没有连接，和/ 或，哪一个系统(模块)没有安装到位。

S14，主控系统响应于SLM成形装置发送来的表示完成当前成形任务的第二反馈信号，生成表示更换升降系统的第一提示信息，并反馈给用户。

在一些实施例中，主控系统可通过短信或微信或应用端消息等方式发送给用户的用户端；当然，也可直接在主控系统的用户界面进行显示，或者其他能够使得用户能够及时得知该第一提示信息的方式，从而无需用户时刻坚守在成形装置旁，即用户可在当前成形任务期间做其他工作，例如，整理上一个成形任务的工件，或者为下一个成形任务做准备等等。

在一些实施例中，由于成形装置是按照既定的打印路径进行增材制造，因此，完成打印之后，会向主控系统发送相应的反馈信信号。

S15，主控系统响应于用户触发的，或SLM成形装置发送来的表示升降系统已更换好升降系统的第三反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的第三控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使所述SLM成形装置初始化，从而准备执行下一成形任务。

在一些实施例中，主控系统通过用户界面显示该第一提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后(例如，1min-3min)是否收到上述第三反馈信号，若未收到，通过物联网向用户端(如用户的移动终端)发送消息以提示用户进行升降系统的更换，以促使用户及时进行更换，从而保证成形装置的使用效率。

在一些实施例中，当第二检测装置检测到新的升降系统安装到位时，生成该第三反馈信息至该主控系统。

在另一些实施例中，该第三反馈信号也可以是用户更换好新的升降系统后，通过用户界面触发相应的触发功能按钮(例如，用户界面所显示的已更换升降系统的功能选项)生成的。

S16，主控系统响应于用户触发的表示启动下一成形任务的第二请求，生成表示执行下一成形任务的第四控制指令，并发送至所述SLM成形装置以控制其快速启动下一成形任务。

在一些实施例中，该主控系统启动下一成形任务之前，也需要先检测各模块(例如，升降系统和送粉铺粉系统)是否已连接，以及是否已安装到位，也即检测SLM成形装置是否准备好，若是，启动下一成形任务，否则，提示成形装置还未准备好。

在成形过程中，可能存在因长时间打印工件，粉材不够，此时，SLM成形装置会上报粉材不够，需要更换的反馈信号；相应地，该方法还包括步骤：

主控系统响应于SLM成形装置反馈的粉材不够的第四反馈信号，向用户发送提示更换送粉铺粉系统的第二提示信息。具体地，所述送粉铺粉系统还包括设置在储粉筒中用于检测储粉量的第四检测装置(具体地，可在储粉筒中设置一个检测余粉量的传感器，如阻旋式料位传感器，超声波传感器等传感器)，其与主控系统进行数据通信)，相应地，上述第四反馈信号是当第四检测装置检测到所述送粉铺粉系统中储粉筒的剩余粉材量小于预设阈值(用户可根据实际需要设置)时生成的。在一些实施例中，该第四检测装置可采用用于检测储粉筒中粉材剩余量的传感器。

在一些实施例中，主控系统发送第二提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后(例如，1min-3min)是否收到上述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行送粉铺粉系统的更换。

在一些场景中，例如，用户就在主控系统旁(例如，可通过检测用户的移动终端是否在主控系统的无线通信模块的通信范围内，若是则说明用户在主控系统旁)时，主控系统第一次发送提示信息，如上述第一提示信息和第二提示信息等，可先在主控系统的用户界面进行显示，而当超过预设时间仍未收到相应的反馈信号时，再通过物联网发送至用户的移动终端。

在另一些场景中，例如，用户同时在操控或监控多台SLM成形装置执行相应的成形任务时，用户可能不在当前主控系统通信范围内，因此，该主控系统第一次发送提示信息和第二次发送提示信息都可通过物联网发送至用户的移动终端。

当然，在另一些实施例中，在成形过程中，也可由用户主动根据实际需要来触发更换送粉铺粉系统，例如，用户发现粉材耗尽或不足以支持继续成形任务，或者送粉铺粉系统发生故障时，相应地，该方法还包括步骤：

S17，主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求，生成表示停止成形任务的第五控制指令，并发送给所述SLM成形装置以控制其停止成形任务，以准备更换送粉铺粉系统。

在另一些实施例中，当粉材耗尽或不足以支持继续成形任务，或者送粉铺粉系统发生故障时，SLM成形装置也会自动停止当前成形任务，并反馈相应的反馈信号给该主控系统。

S18，主控系统响应于用户触发的，或SLM成形装置发送来的表示更换好送粉铺粉系统的第五反馈信号，生成表示继续成形任务的第六控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速重启成形任务。

在一些实施例中，所述第五反馈信号是用户更换好所述送粉铺粉系统后触发生成的，或者，该送粉铺粉系统对应的检测装置检测到送粉铺粉系统重新安装上时，反馈的。

在一些实施例中，该SLM成形装置中的升降系统和送粉铺粉系统通过无线通信方式与主控系统进行数据通信。当然，也可在该升降系统或送粉铺粉系统上设置一个通信接口，当将其安装在腔体内时，插上与主控系统连接的数据通信线路即可。

在一些实施例中，该用户可在主控系统的用户界面触发生成上述的各个请求，也可通过预先设置在该SLM成形装置上的相应控制键或更换按键等触发生成。

在一些实施例中，升降系统中还设置有粉料回收仓，以及相应的用于检测该粉料回收仓内粉料是否满仓的第三检测装置(例如传感器等)，相应地，该方法还包括步骤：

S19，主控系统响应于所述SLM成形装置在执行成形任务过程中，第三检测装置发送来的表示粉料回收仓满仓的第六反馈信号，生成表示更换升降系统的第三提示信息，并反馈给用户。

在一些实施例中，主控系统发送第三提示信息后开始计时，且判断经过第三预设时间后(例如，1min-3min)是否收到上述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。

S20，主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的表示更换好升降系统的所述第七反馈信号时，生成所述第二控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速重启成形任务。

本实施例中，通过主控系统与上述SLM成形装置的交互，使得当更换相应的系统后，能够迅速启动相应的成形任务，无需等到较长时间，从而保证了成形装置的使用效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法基于一种模块化互换式SLM成形装置及其主控系统，其中，所述模块化互换式SLM成形装置包括：腔体、光学系统、升降系统、送粉铺粉系统以及观测系统，所述光学系统设置在腔体顶部，用于激发和控制激光束竖直向下，并控制激光束照射在升降系统中成形基板上成形区域内，且焦点在成形平面上；所述观测系统安装在腔体内部；所述腔体侧壁上开有通达其内腔的安装口I和安装口II，所述升降系统和送粉铺粉系统分别通过安装口I和安装口II安装入腔体内腔或者从腔体内腔中拆卸出；所述升降系统集成安装在壳体I内并利用壳体I固定在定位安装板I上，所述定位安装板I与安装口I的大小和形状相同；所述壳体I上和所述腔体内腔中设有相互配合的定位导向机构，其中，所述升降系统包括集成于壳体I内的升降舱、成形基板、升降电机，其中，所述升降舱开口位于壳体I顶面；所述成形基板在所述升降电机的驱动下，可沿所述升降舱轴向运动；

所述送粉铺粉系统集成安装在壳体II内并利用壳体II固定在定位安装板II 上，所述定位安装板II与安装口II的大小和形状相同；所述壳体II上和所述腔体内腔中设有相互配合的定位导向机构；其中，所述送粉铺粉系统包括集成于壳体II内的铺粉刮刀、铺粉运动装置以及送粉装置，所述铺粉刮刀和送粉装置均由铺粉运动装置驱动同步运动；

所述送粉铺粉系统还包括用于检测储粉量的第四检测装置，且当所述第四检测装置检测到所述送粉铺粉系统中剩余粉材量小于预设阈值时，生成第四反馈信号；

其中，所述主控系统与所述光学系统、所述观测系统、所述送粉铺粉系统和所述升降系统进行数据通信，所述腔体对应于送粉铺粉系统和所述升降系统的安装腔内分别设置有用于检测所述送粉铺粉系统是否安装到位的第一检测装置，以及用于检测所述升降系统安装到位的第二检测装置，相应地，所述增材制造方法包括步骤：

主控系统响应于用户触发的表示启动当前成形任务的第一请求，检测所述SLM成形装置中升降系统和送粉铺粉系统是否已连接，且安装到位，若已连接且安装到位，生成并发送第一控制指令给所述SLM成形装置，以控制所述SLM装置执行当前成形任务；若未连接或未安装到位，提示所述SLM成形装置未准备好；

主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的表示完成当前成形任务的第二反馈信号，生成表示更换升降系统的第一提示信息，并反馈给用户；

主控系统响应于用户触发的或所述SLM成形装置发送来的表示升降系统已更换好升降系统的第三反馈信号，生成表示准备执行下一成形任务的第三控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使所述SLM成形装置初始化，从而准备执行下一成形任务；

所述增材制造方法还包括步骤：

主控系统响应于SLM成形装置反馈的粉材不够的所述第四反馈信号，向用户发送提示更换送粉铺粉系统的第二提示信息；

主控系统响应于用户触发的表示更换送粉铺粉系统的第三请求，生成表示停止当前成形任务的第五控制指令，并发送给所述SLM成形装置以控制其停止当前成形任务，从而准备更换送粉铺粉系统；

主控系统响应于用户触发的，或所述SLM成形装置发送来的表示更换好送粉铺粉系统的第五反馈信号，生成表示继续当前成形任务的第六控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速继续所述当前成形任务。

2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，当所述第一检测装置检测到所述送粉铺粉系统安装到位时生成并反馈第五反馈信号给所述主控系统，以便于所述主控系统判断所述送粉铺粉系统是否安装到位；和/或，当所述第二检测装置检测到所述送粉铺粉系统安装到位时，生成并反馈所述第三反馈信号给所述主控系统，以便于所述主控系统判断所述升降系统是否安装到位。

3.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，还包括步骤：

主控系统响应于用户触发的表示启动下一成形任务的第二请求，生成表示执行下一成形任务的第四控制指令，并发送至所述SLM成形装置以控制其快速启动下一成形任务。

4.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，还包括步骤：

主控系统发送第一提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到上述第三反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行升降系统的更换。

5.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，还包括步骤：

所述升降系统包括粉料回收仓，以及用于检测所述粉料回收仓是否满仓的第三检测装置;相应地，所述方法还包括步骤：

主控系统响应于所述SLM成形装置在执行成形任务过程中，所述第三检测装置发送来的表示粉料回收仓满仓的第四反馈信号，生成表示更换升降系统的第三提示信息，并反馈给用户；

主控系统响应于所述SLM成形装置发送来的或所述用户触发的表示更换好升降系统的所述第五反馈信号时，生成第二控制指令，并发送给所述SLM成形装置，以使其快速继续所述成形任务。

6.根据权利要求5所述的增材制造方法，其特征在于，还包括步骤：

主控系统发送所述第三提示信息后开始计时，且判断经过第三预设时间后是否接收上述第五反馈信号，若未收到，生成并发送表示停止成形任务的第七控制指令给SLM成形装置，以控制其停止成形任务，并通过物联网向用户的移动终端发送消息，以提醒其更换所述升降系统。

7.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，还包括步骤：主控系统发送第二提示信息后开始计时，且判断经过第二预设时间后是否收到所述第五反馈信号，若未收到，通过物联网向用户的移动终端发送消息以提示用户进行送粉铺粉系统的更换。

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