CN117696926A - 3d打印多光路协同机构、装置、方法和3d打印构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印多光路协同机构，旨在提高成形对象的制造效率，同时保证特征结构的尺寸精度和表面质量。该机构包括两个成形精度不同的高能束发生器，第一高能束发生器扫描包含成形对象的特征结构的第一成形区域，对其尺寸精度和表面质量要求较高，第一高能束发生器具有小光斑尺寸，能够成形精细结构，确保了特征结构的尺寸精度。第二高能束发生器扫描包含成形对象的普通结构的第二成形区域，对其尺寸精度和表面质量要求较低。为了提高制造效率，第二高能束发生器具有较大光斑尺寸，可以更快地完成对第二成形区域的扫描。

Description

3D打印多光路协同机构、装置、方法和3D打印构件

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种3D打印多光路协同机构、3D打印装置、3D打印多光路协同方法和3D打印构件。

背景技术

金属3D打印技术是指以数字模型设计为基础，运用粉末状金属或树脂等可粘合粉末材料，通过逐层“增材”打印的方式来构造三维物体的技术，金属3D打印技术具有精度高、周期短、可实现个性化、粉末材料多样性以及成本较低的优点，金属3D打印技术包括激光选区熔融技术、电子束选区熔化技术和激光工程化净成形技术，其中，激光选区熔融技术是金属3D打印领域的重要部分。

激光选区熔融技术简称为SLM，在SLM技术中，激光光斑在成形平台的粉末床上迅速熔化金属粉末，然后激光光斑按照预设的路径进行扫描，通过由点逐线，再由线构成面，通过逐层的打印，最终形成完整的金属零部件；在激光打印过程中，激光光斑聚焦在金属粉末床上的一点，在该点形成熔池，熔池深度和大小往往远大于激光光斑的直径，并且熔池随着光斑的移动而移动，通过新的熔池的不断产生，旧的熔池凝固，从而使构成金属零件实体的粉末熔融凝固为金属实体组织。当前金属粉末床增材制造，由于粉末颗粒粒径、光斑直径等因素，成形的零件精度和表面光洁度还有待进一步提高，尤其对于零件的关键尺寸特征，通过3D打印还难以直接满足最终产品的需要。因此如何高效的制造更好精度和表面光洁度的金属零件，是金属3D打印重要的研究方向之一。

然而，现有的多个光路系统往往是相同的光路系统，所起到的加工作用和能力相同，仅仅提高了3D打印的效率，对3D打印精度等尺寸要求没有进一步的贡献。

发明内容

为了克服背景技术中的缺陷，本发明第一方面提供了一种3D打印多光路协同机构，包括：一第一高能束发生器，用于根据成形对象的第一加工路径选择性发射第一高能束，以在第一成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第一特征结构；一第二高能束发生器，用于根据成形对象的第二加工路径选择性发射第二高能束，以在第二成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第二特征结构；其中，所述第一高能束发生器的成形尺寸精度大于第二高能束发生器。

优选地，所述第一成形区域和第二成形区域为成形对象的同一层级。

优选地，所述第一成形区域和第二成形区域为成形对象的不同层级。

优选地，所述第一成形区域和第二成形区域具有不同层厚的粉末材料，不同层厚的粉末材料成形精度不同。

优选地，所述第一高能束发生器熔融层厚较小的粉末材料，所述第二高能束发生器熔融层厚较大的粉末材料。

优选地，所述第一高能束发生器和第二高能束发生器具有不同的焦点距离。

优选地，所述第一高能束的光斑直径尺寸与第二高能束的光斑直径尺寸不同。

优选地，所述第一高能束的光斑直径尺寸为15-35μm，所述第二高能束的光斑直径尺寸为40-70μm。

本发明的3D打印多光路协同机构使用第一高能束发生器对第一成形区域进行扫描，第二高能束发生器对第二成形区域进行扫描。第一成形区域为成形对象的特征结构，对结构的尺寸精度和表面质量要求较高，第一高能束发生器具有比第二高能束发生器较小的光斑尺寸，可以成形精细结构，从而保证特征结构的尺寸精度。第二成形区域为成形对象的普通结构，对结构的尺寸精度和表面质量要求较低，可以使用较大光斑尺寸的第二激光器对第二成形区域进行扫描，从而在保证成形零件特征结构尺寸精度的同时提高零件的制造效率。

优选地，所述第一高能束发生器和第二高能束发生器具有不同的Z轴高度。

优选地，还包括：一多轴移动件，用于驱动第一高能束发生器和/或第二高能束发生器沿预设轨迹运动。

本发明的3D打印多光路协同机构使用多轴移动件驱动第一高能束发生器及第二高能束发生器进行X轴和/或Y轴和/或Z轴方向运动，既能够提高第一高能束发生器及第二高能束发生器的移动精度，又能够与第一高能束发生器及第二高能束发生器配合成形更大尺寸的3D打印构件，提高制造效率。

本发明另一方面还提供了一种3D打印装置，包括所述的3D打印多路协同机构；以及一成形平台，用于接收供3D打印使用的粉末材料；一铺粉单元，用于沿铺粉方向运动，以将粉末材料均匀铺设在所述成形平台上；一成形仓，用于成形对象的构建；一控制单元，用于控制成形平台与铺粉单元的高度差，以实现不同层厚粉末材料的铺设。

本发明另一方面还提供了一种3D打印多路协同方法，包括：利用铺粉单元沿预设铺粉方向运动，以将粉末材料均匀铺设在成形平台上；利用第一高能束发生器根据成形对象的第一加工路径选择性发射第一高能束，以在第一成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第一特征结构；利用第二高能束发生器根据成形对象的第二加工路径选择性发射第二高能束，以在第二成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第二特征结构。

优选地，利用铺粉单元将粉末材料均匀铺设在成形平台时，所述方法还包括：将成形平台铺粉的层级设为N和N+i层；其中，对于N+i层，采用与第N层不同的铺粉厚度。

本发明另一方面还提供了一种3D打印构件，所述3D打印构件由第一特征结构及第二特征结构构成，其中：第一特征结构，利用第一高能束发生器发射的第一高能束在第一成形区域熔融粉末材料形成；第二特征结构，利用第二高能束发生器发射的第二高能束在第二成形区域熔融粉末材料形成；其中，所述第一特征结构和第二特征结构具有不同的成形精度。

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简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的3D打印多路协同机构的第一示意图；

图2是本发明一实施例的高能束发生器的示意图；

图3是本发明一实施例的第一高能束和第二高能束同时扫描的示意图；

图4是本发明一实施例的第一高能束执行顺序优先于第二高能束的示意图；

图5是本发明一实施例的第二高能束执行顺序优先于第一高能束的示意图；

图6是本发明一实施例的第一样式3D打印构件的立体示意图；

图7是本发明一实施例的第一样式3D打印构件的俯视示意图；

图8是本发明一实施例的3D打印多路协同机构的第二示意图；

图9是本发明一实施例的第二样式3D打印构件的第N层示意图；

图10是本发明一实施例的第二样式3D打印构件的第N+i层示意图；

图11是本发明一实施例的二轴移动的3D打印多路协同机构的示意图；

图12是本发明一实施例的三轴移动的3D打印多路协同机构的示意图；

图13是本发明一实施例的3D打印装置的示意图；

图14是本发明一实施例的3D打印装置的单一粉缸设置的示意图；

图15是本发明一实施例的3D打印装置的双粉缸设置的示意图；

图16是本发明一实施例的3D打印多路协同方法的流程图。

实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明其中一方面提供的3D打印多路协同机构，其用于3D打印装置2，即该3D打印多路协同机构能够作为3D打印装置2的一部分结构，这里所描述的3D打印设备优选为使用激光束作为能量源的3D打印类别，例如选择性激光熔融（Selectivelaser melting，SLM）等类别。基于粉末床的3D打印技术都需要预先铺好粉末，通过激光扫描，熔化粉末材料4，让松散的粉末凝固在一起，通过一层一层的扫描再一层一层的铺上粉末，可伸缩的平台下沉，最后得到由粉末包裹的实体。

以构成部分而言，3D打印装置2至少由机械结构、光路结构以及计算机控制系统等几个部分构成。本发明的3D打印多光路协同机构1优选作为光路结构的部分，当然其也能够单独作为一与机械结构、光路结构以及计算机控制系统并列的部分。在具体的空间布置形态中，光路结构可以被布置在机械结构上，也可以根据实际结构设计，在本申请的核心发明点基础上进行设置。在控制逻辑中，由计算机控制系统实现对机械机构以及光路结构的控制，也即本发明的3D打印多路协同机构的控制优选为由计算机控制系统实现。

根据本发明其中一实施例提供的3D打印多路协同机构，该3D打印多路协同机构呈现出如图1所示的结构，至少由安装架10、第一高能束发生器11及第二高能束发生器12等部件构成。

第一高能束发生器11、第二高能束发生器12被配置为产生激光束，并作用在成形平台21承载的粉末材料4上以对其进行熔融，在3D打印过程中，第一高能束发生器11控制第一激光束11c沿第一加工轨迹运动，第二高能束发生器12控制第二激光束12c沿第二加工轨迹运动，以逐层构建成形对象，该成形对象即3D打印构件3。其中，参考图2所示，第一高能束发生器11、第二高能束发生器12的部件均相同，主要由激光器13a、准直器13b、振镜13c以及场镜13d等部件构成。其中，激光器13a能够产生激光束，激光束从激光器13a发出后，进入准直器13b进行准直，以确保激光束的直线传播；而振镜13c用于控制激光束的方向，可以通过调整其角度来改变激光束的位置，从而使其精确地照射到成形平台21上；场镜13d则用于对激光束进行成形和聚焦，其可以调整激光束的横截面形状和焦距，以满足具体的打印需求。这些部件相互配合，将激光器13a生成的激光束精确导向到成形平台21上，从而实现了激光束的精确照射和扫描。

具体而言，第一高能束发生器11安装于安装架10上，该第一高能束发生器的发射端11a被设置为完全面向粉末材料4的角度，使第一高能束发生器11产生的第一激光束11c能够发射至粉末材料4；也可以设置为至少部分面向粉末材料4的角度，使第一高能束在一定限制下发射至粉末材料4；可以理解的是，第一高能束发生器的发射端11a角度由实际加工需求进行设置，以满足3D打印作业需求。该第一高能束发生器11的功率参考200-500W，该第一激光束11c的光斑直径尺寸为15-35μm，该第一激光束11c主要用于成形对象的精细结构成形，对于成形对象精度要求较高的区域，能够采用第一激光束11c进行成形，即利用该第一激光束11c，根据成形对象的第一加工路径，在该成形对象的第一成形区域30a熔融粉末材料4形成第一特征结构30；在本实施例中，如图3所示，该第一成形区域30a为成形对象的关键特征区域，该第一特征结构30为成形对象的精细结构特征。

具体而言，第二高能束发生器12安装于安装架10上，该第二激光束12c的光斑直径尺寸与第一激光束11c的光斑直径尺寸不同。其中，该第二高能束发生器的发射端12a被设置为完全面向粉末材料4的角度，使第二高能束发生器12发射的第二激光束12c能够发射至粉末材料4；也可以设置为至少部分面向粉末材料4的角度，使第二高能束在一定限制下发射至粉末材料4；可以理解的是，第二高能束发生器的发射端12a角度由实际加工需求进行设置，以满足3D打印作业需求。该第二高能束发生器12的功率参考500-700W，该第二激光束12c的光斑直径尺寸为40-70μm，该第二激光束12c主要用于成形对象的普通结构成形，即对于成形对象精度要求相较于特征结构较低的其他结构，能够采用较大光斑直径尺寸的第二激光束12c进行扫描，从而在保证成形零件特征结构尺寸精度的同时提高零件的制造效率；即利用该第二激光束12c，根据成形对象的第二加工路径，在该成形对象的第二成形区域31a熔融粉末材料4形成第二特征结构31；在本实施例中，如图3所示，除第一成形区域30a外，成形对象其他区域为第二成形区域31a，该第二特征结构31为成形对象的普通结构特征。

在具体实现过程中，利用第一高能束发生器11按照设定的第一加工路径对成形对象的第一成形区域30a进行扫描，利用第二高能束发生器12按照设定的第二加工路径对成形对象的第二成形区域31a进行扫描，其中第一加工路径及第二加工路径由作业人员根据实际加工需求设定。该第一高能束发生器11的成形尺寸精度大于第二高能束发生器12。第一高能束发生器11与第二高能束发生器12的作业顺序既能够呈如图3所示的同时进行，从而在保证成形零件特征结构尺寸精度的同时提高零件的制造效率；也能够根据实际加工的需求呈如图4所示的，先第一高能束发生器11发射第一激光束11c，再第二高能束发射器发射第二激光束12c；还能够根据实际加工的需求呈如图5所示的，先第二高能束发生器12发射第二激光束12c，再第一高能束发射器发射第一激光束11c。

示例性的，参考图6所示的3D打印构件3结构，对于该3D打印结构，其特征结构为内部对称分布的四个垂直流道，除特征结构以外，均为普通结构，以此，通常要求该垂直流道有较高的尺寸精度和表面光洁度。因此，将该3D打印构件3的成形区域划分为第一成形区域30a和第二成形区域31a，所述第一成形区域30a和第二成形区域31a为成形对象的同一层级。其中，第一成形区域30a参考图7中虚线所示的3D打印构件3关键特征区域，除第一成形区域30a外，其他区域均为3D打印构件3的第二成形区域31a，在具体加工过程中，使用第一高能束发生器11对第一成形区域30a进行扫描，第二高能束发生器12对第二成形区域31a进行扫描，从而在保证成形零件特征结构尺寸精度的同时提高零件的制造效率。以上为本发明在同一界面层进行成形时，对具有较高尺寸精度特征结构的3D打印构件3进行高质量高效率成形的过程。

在一些实施例中，所述第一高能束发生器11既可以是单独的一第一高能束发生器11，也可以由多个第一高能束发生器11组合构成，以实现更大面积区域的高精度扫描；同时，所述第二高能束发生器12既可以是单独的一第二高能束发生器12，也可以由多个第二高能束发生器12组合构成，以增加3D打印构件3的制造效率；具体而言，3D打印多光路协同机构1包括一个或多个第一高能束发生器11，及，一个或多个第二高能束发生器12。

根据本发明的一实施例，3D打印多光路协同机构1呈现出如图8所示的结构。

第一高能束发生器11和第二高能束发生器12具有不同的Z轴高度，即第一高能束发生器11和第二高能束发生器12相对共同的成形平台21，具有不同的焦点距离，为了满足第一高能束发生器11和第二高能束发生器12的最优成形状态，第一激光器13a和第二激光器13a具有不同的Z轴高度。

具体而言，在安装架10上安装时，该第一高能束发生器11和第二高能束发生器12分别安装在安装架10的不同Z轴高度上。第一高能束发生器11既可以沿Z轴高度高于第二高能束发生器12，也可以沿Z轴高度方向低于第二高能束发生器12，这种高度差，能够在Z轴维度，利用第一高能束发生器11、第二高能束发生器12与3D打印装置2的铺粉单元22及成形平台21配合，对3D打印构件3不同截面的层厚进行变层厚打印。

在具体实现过程中，将待加工的3D打印构件3分为至少两层，对于第一层的扫描，可以利用第二高能束发生器12发射第二高能束进行扫描成形，对于第二层，可以采用与第一层不同的铺粉厚度，这种不同的铺粉厚度可以通过控制成形平台21与铺粉单元22的高度差，从而实现不同层厚粉末材料4的铺设；然后利用第一高能束发生器11发射第一高能束进行扫描成形。

示例性的，参考图9和图10所示的3D打印构件3结构，该3D打印构件3在打印Z轴方向具有变特征结构，在打印的N层31b，具有如图9所示的结构特征，对于N+i层30b，具有如图10所示的结构特征。图10具有比图9尺寸更小的特征结构，这种尺寸更小的特征结构要求具有更好的成形精度。因此，将该3D打印构件3的成形区域划分为第一成形区域30a和第二成形区域31a，所述第一成形区域30a和第二成形区域31a为成形对象的不同层级，进一步地，所述第一成形区域30a和第二成形区域31a具有不同层厚的粉末材料4，不同层厚的粉末材料4成形精度不同。在本发明中，可以在第N层31b使用第二激光束12c进行扫描，该层3D打印构件3特征区域对尺寸要求不高。在第N+i层30b可以使用第一激光束11c进行扫描，从而可以将变化后的高精度特征结构成形出来。对于N+i层30b的成形，可以采用与第N层31b不同的铺粉厚度，这种不同的铺粉厚度可以通过控制成形平台21与铺粉单元22的高度差，从而实现不同层厚粉末的铺设，这种小层厚的粉末配合第一激光束11c，可以保证零件特征结构部分尺寸的精度。

根据本发明的一实施例，3D打印多光路协同机构1呈现出如图11所示的结构。

3D打印多光路协同机构1还具有一多轴移动件14，用于驱动第一高能束发生器11和/或第二高能束发生器12沿预设轨迹运动。

根据本发明的一实施例，多轴移动件14呈现出如图11或图12所示的结构。所述多轴移动件14采用二轴方向移动，在这种情况下，本发明的多轴移动件14能够分别驱动第一高能束发生器11和第二高能束发生器12，沿X、Y轴方向运动，从而成形更大尺寸的3D打印构件3；所述预设轨迹由作业人员根据实际加工需求设定的多轴移动件14运行轨迹。

在具体实现过程中，参考图11所示，该多轴移动件14采用二轴移动平台14a驱动第一高能束发生器11和第二高能束发生器12运动。具体所述二轴机器人被设置为至少由X轴驱动器140、Y轴驱动器141等部件构成，利用X轴驱动器140驱动Y轴驱动器141、第一高能束发生器11和/第二高能束发生器12进行X轴方向运动，利用Y轴驱动器141驱动第一高能束发生器11和/第二高能束发生器12进行Y轴方向运动，进一步地，该X轴驱动器140和Y轴驱动器141既可以同步的运行，也可以按照设定的前后执行顺序依次配合运行。该X轴驱动器140和Y轴驱动器141采用直线驱动器或其他能够执行直线往复运动的机构，由此形成二轴机器人；且在Z轴方向上，第一高能束发生器11和第二高能束发生器12具有不同的Z轴高度。

根据本发明的一实施例，多轴移动件14呈现出如图12所示的结构。所述多轴移动件14采用三轴方向移动，在这种情况下，本发明的多轴移动件14能够分别驱动第一高能束发生器11和第二高能束发生器12，沿多轴方向运动，从而成形更大尺寸的3D打印构件3。

在具体实现过程中，参考图12所示，该多轴移动件14采用三轴机器人14b驱动第一高能束发生器11和第二高能束发生器12运动。具体所述三轴机器人14b被设置为至少由X轴驱动器140、Y轴驱动器141和Z轴驱动器142等部件构成，利用X轴驱动器140驱动Y轴驱动器141、Z轴驱动器142、第一高能束发生器11和/第二高能束发生器12进行X轴方向运动，利用Y轴驱动器141驱动Z轴驱动器142、第一高能束发生器11和/第二高能束发生器12进行Y轴方向运动，利用Z轴驱动器142驱动第一高能束发生器11和/第二高能束发生器12进行Z轴方向运动；进一步地，该X轴驱动器140、Y轴驱动器141和Z轴驱动器142既可以同步的运行，也可以按照设定的前后执行顺序依次配合运行。该X轴驱动器140、Y轴驱动器141和Z轴驱动器142采用直线驱动器或其他能够执行直线往复运动的机构，由此形成三轴机器人14b；以此，在Z轴方向上，第一高能束发生器11和第二高能束发生器12具有不同的Z轴调节高度。

根据本发明的一实施例，还提供一种呈现出如图13所示结构的3D打印装置2。该3D打印装置2至少由成形仓20、成形平台21、铺粉单元22、控制单元以及上述任一实施例所描述的3D打印多路协同机构等部件构成。

成形仓20被设置为容置成形平台21、铺粉单元22以及上述任一实施例所描述的3D打印多路协同机构的现有仓体结构，且成形仓20的底部设置有至少一活动开口、一料口。

具体而言，成形仓20的主要目的是提供一个受控的环境，以确保打印粉末材料4的质量和稳定性，温度、湿度和灰尘等因素都可能影响3D打印的成品质量。成形仓20还有助于防止外部因素干扰3D打印过程，如温度波动、空气流动、杂质进入等；现有的成形仓20至少包括温控模块、湿度控制模块、监控和控制模块以及照明模块。通过温控模块确保在整个打印过程中维持稳定的温度，通过湿度控制模块减少粉末材料4吸湿引起的问题，通过监控和控制模块监控打印状态、成形仓20环境参数，以及调整打印参数，通过照明模块有助于操作者观察打印过程，检查打印品质。

成形平台21可以是一现有的带有升降功能的成形平台21，用于在其上方以3D打印的方式构建3D打印构件3。具体而言，通过设置在成形平台21上方的光学系统（至少包括上述的3D打印多路协同机构）发射的至少一激光束，对铺设在成形平台21上的粉末材料4进行逐层扫描。通过精确控制激光束的扫描位置、强度和焦点等，实现对粉末材料4的选区烧结或熔融，使其逐层沉积，从而在成形平台21上构建出具有复杂几何形状的3D打印构件3。

在具体实现过程中，参考图13所示，成形平台21安装在成形仓20的底部，该成形平台21至少由升降平台210以及升降驱动器211等部件构成。其中，升降平台210为活动平台，其被布置于成形仓20的活动开口内；升降驱动器211与升降平台210相连接，以驱动升降平台210沿活动开口的Z轴方向运动，所述升降驱动器211可以为液压装置、气动装置、伺服电机(驱动螺杆、凸轮)等提供往复直线运动动力的结构。

铺粉单元22用于沿铺粉方向运动，以将粉末材料4均匀铺设在所述成形平台上，从而形成可供进一步制造的粉末材料4层；其被设置为呈图14或图15所示的结构，至少由一粉缸220及一铺粉部221构成。

在一些实施例中，参考图14所示，粉缸220被设置为至少一个，粉缸220被设置于成形平台21的任意一端，该粉缸220被设置为由储料容器220a、升降活塞220b及线性驱动器220c等部件构成。储料容器220a内储存有粉末材料4，升降活塞220b置放于储料容器220a内，所述线性驱动器220c的升降端与升降活塞220b相连接；当线性驱动器220c启动时，能够驱动升降活塞220b沿储料容器220a的高度方向运动，将一定量的粉末材料4溢出或收纳。

在一些实施例中，参考图15所示，粉缸220被设置为至少两个，分别位于成形平台21的任意两端；多粉缸220的设置使得粉末材料4的输送及收纳能够分别独立，在3D打印过程中，一端的粉缸220将一定量的粉末材料4溢出，另一端的粉缸220将一定量的粉末材料4收纳，以此提高3D打印的制造效率。

在一些实施例中，铺粉部221与粉缸220分离设置，铺粉部221由单独的动力源进行移动驱动以在成形平台21上移动铺粉。分离设置使得铺粉部221能够独立地在成形平台21上移动和分布粉末材料4，而不受粉缸220运动状态的限制，通过单独的动力源，铺粉部221，可以在需要的时间和位置对散落在成形平台21上的粉末材料4进行均匀铺设。示例性的，铺粉部221的实际形态可以是多种形式，如刮刀、滚子等。

在具体送料过程中，可以根据需要选择不同的操作模式。例如，一种操作模式是在粉缸220送料过程中，先将粉末材料4释放到成形平台21上，再控制动力源带动铺粉部221移动，将粉末材料4进行铺设，在当前层级打印完成后，再控制动力源带动铺粉部221移动，将多余的粉末材料4导入粉缸220内收纳，然后再次重复上述过程。另一种操作模式是在粉缸220送料过程中，先从第一端将粉末材料4释放到成形平台21上，再控制动力源带动铺粉部221移动，将粉末材料4进行铺设，同时将多余的粉末材料4导入第二端的粉缸220内收纳，在当前层级打印完成后，从第二端将粉末材料4释放到成形平台21上，再控制动力源带动铺粉部221移动，将铺展一层厚的粉末材料4沉积于已成形层之上，同时将多余的粉末材料4导入第一端的粉缸220内收纳，这种模式可以确保粉末材料4的铺设效率，进而提高打印效率和质量。

控制单元用于控制成形平台21与铺粉单元22的高度差，以实现不同层厚粉末材料4的铺设；具体而言，控制单元控制升降驱动器211驱动升降平台210沿Z轴方向运动，以实现升降平台210与铺粉单元之间的高度差；示例性的，将铺粉的层级设为N层31b和N+i层30b，需要将N+i层30b采用与第N层31b不同的铺粉厚度时，控制升降平台210向成形仓20的相反方向运动，升降平台210在N+i层30b运动的Z轴距离，与升降平台210在N层31b运动的Z轴距离不同，以铺设不同层厚的粉末材料4。

根据本发明的一实施例，提供一种呈现出如图16所示流程的3D打印多路协同方法。该3D打印多路协同方法由S30-S32构成。

S30：控制一粉缸220内的升降驱动器211驱动升降平台210运动，以携带储料容器220a内至少一部分粉末材料4向上运动，使其溢出在一成形平台21上；进一步地，控制一铺粉部221在成形平台21上沿铺粉方向运动，以将粉末材料均匀铺设在所述成形平台21上。

S31：利用第一高能束发生器11根据成形对象的第一加工路径选择性发射第一高能束，以在第一成形区域30a熔融粉末材料4形成所述成形对象的第一特征结构30，其中，第一特征结构30为成形对象的第一成形区域30a的加工结构。

S32：利用第二高能束发生器12根据成形对象的第二加工路径选择性发射第二高能束，以在第二成形区域31a熔融粉末材料4形成所述成形对象的第二特征结构31，其中，第二特征结构31为成形对象的第二成形区域31a的加工结构，第二特征结构31与第一特征结构30既可以位于相同的层级，也可以位于不同的层级，进一步地，第二特征结构31与第一特征结构30既可以铺设相同层厚的粉末材料4，也可以铺设不同层厚的粉末材料4，且不同层厚的粉末材料4成形精度不同。

根据本发明的一实施例，提供一种3D打印构件3。该3D打印构件3通过上述任一实施例的3D打印多路协同机构配合3D打印装置2，再结合3D打印多路协同方法加工制成。

具体而言，所述3D打印构件3由第一特征结构30及第二特征结构31构成。其中，参考图6-图7，或图9-图10所示，

第一特征结构30，利用第一高能束发生器11发射的第一高能束在第一成形区域30a熔融粉末材料4形成。

第二特征结构31，利用第二高能束发生器12发射的第二高能束在第二成形区域31a熔融粉末材料4形成。

其中，所述第一特征结构30和第二特征结构31具有不同的成形精度。

在一些实施例中，所述第一特征结构30和第二特征结构31具有相同的层级。

在一些实施例中，所述第一特征结构30和第二特征结构31具有不同的层级。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、粉末材料4或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、粉末材料4或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

附图标记列表

1 3D打印多光路协同机构

2 3D打印装置

3 3D打印构件（成形对象）

4 粉末材料

10 安装架

11 第一高能束发生器

11a 第一高能束发生器的发射端

11b 第一高能束发生器的输入端

11c 第一激光束

12 第二高能束发生器

12a 第二高能束发生器的发射端

12b 第一高能束发生器的输入端

12c 第二激光束

13a 激光器

13b 准直器

13c 振镜

13d 场镜

14 多轴移动件

14a 二轴移动件

14b 三轴移动件

20 成形仓

21 成形平台

22 铺粉单元

30 第一特征结构

30a 第一成形区域

30b N+i层

31 第二特征结构

31a 第二成形区域

31b N层

140 X轴驱动器

141 Y轴驱动器

142 Z轴驱动器

210 升降平台

211 升降驱动器

220 粉缸

220a 储料容器

220b 升降活塞

220c 线性驱动器

221 铺粉部。

Claims (14)

1.一种3D打印多光路协同机构，其特征在于，

该机构包括：

一第一高能束发生器，用于根据成形对象的第一加工路径选择性发射第一高能束，以在第一成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第一特征结构；

一第二高能束发生器，用于根据成形对象的第二加工路径选择性发射第二高能束，以在第二成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第二特征结构；

其中，所述第一高能束发生器的成形尺寸精度大于第二高能束发生器。

2.根据权利要求1所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一成形区域和第二成形区域为成形对象的同一层级。

3.根据权利要求1所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一成形区域和第二成形区域为成形对象的不同层级。

4.根据权利要求3所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一成形区域和第二成形区域具有不同层厚的粉末材料，不同层厚的粉末材料成形精度不同。

5.根据权利要求4所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一高能束发生器熔融层厚较小的粉末材料，所述第二高能束发生器熔融层厚较大的粉末材料。

6.根据权利要求4或5所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一高能束发生器和第二高能束发生器具有不同的焦点距离。

7.根据权利要求6所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一高能束发生器和第二高能束发生器具有不同的Z轴高度。

8.根据权利要求7所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，还包括：

一多轴移动件，用于驱动第一高能束发生器和/或第二高能束发生器沿预设轨迹运动。

9.根据权利要求1所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一高能束的光斑直径尺寸与第二高能束的光斑直径尺寸不同。

10.根据权利要求9所述的3D打印多光路协同机构，其特征在于，

所述第一高能束的光斑直径尺寸为15-35μm，所述第二高能束的光斑直径尺寸为40-70μm。

11.一种3D打印装置，其特征在于，

该装置包括：

权利要求1-10任一项所述的3D打印多路协同机构；

一成形平台，用于接收供3D打印使用的粉末材料；

一铺粉单元，用于沿铺粉方向运动，以将粉末材料均匀铺设在所述成形平台上；

一成形仓，用于成形对象的构建；

一控制单元，用于控制成形平台与铺粉单元的高度差，以实现不同层厚粉末材料的铺设。

12.一种3D打印多路协同方法，其特征在于，

该方法包括：

利用铺粉单元沿预设铺粉方向运动，以将粉末材料均匀铺设在成形平台上；

利用第一高能束发生器根据成形对象的第一加工路径选择性发射第一高能束，以在第一成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第一特征结构；

利用第二高能束发生器根据成形对象的第二加工路径选择性发射第二高能束，以在第二成形区域熔融粉末材料形成所述成形对象的第二特征结构。

13.根据权利要求12所述的3D打印多路协同方法，其特征在于，

利用铺粉单元将粉末材料均匀铺设在成形平台时，所述方法还包括：

将成形平台铺粉的层级设为N和N+i层；其中，对于N+i层，采用与第N层不同的铺粉厚度。

14.一种3D打印构件，其特征在于，

所述3D打印构件由第一特征结构及第二特征结构构成，其中，

第一特征结构，利用第一高能束发生器发射的第一高能束在第一成形区域熔融粉末材料形成；

第二特征结构，利用第二高能束发生器发射的第二高能束在第二成形区域熔融粉末材料形成；

其中，所述第一特征结构和第二特征结构具有不同的成形精度。