CN117961097A

CN117961097A - 一种激光增材制造设备

Info

Publication number: CN117961097A
Application number: CN202410392131.2A
Authority: CN
Inventors: 刘高峰; 张志辉; 雷欣荣; 任露泉
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2024-04-02
Filing date: 2024-04-02
Publication date: 2024-05-03
Anticipated expiration: 2044-04-02
Also published as: CN117961097B

Abstract

本发明公开了一种激光增材制造设备，涉及金属粉末加工技术领域，包括有机架，机架顶端固定连接有固定架，固定架固定连接有对称设置的第一电动滑轨，对称设置的第一电动滑轨均滑动式连接有第一滑动架，对称设置的第一滑动架之间固定连接有第二电动滑轨，第二电动滑轨滑动式连接有C0₂激光器。完成一层打印后，升降板向下移动一定距离，推动板也会随升降板下降的距离而向上移动相应的距离，升降板下降的距离越大则推动板向上移动的距离也越大，使得推动板上方可被吹至升降架上的金属粉末也越多，确保装置可根据升降板下降的距离而补充足够的金属粉末以供打印，能够根据打印厚度自动调整金属粉末的供粉量。

Description

一种激光增材制造设备

技术领域

本发明涉及金属粉末加工技术领域，尤其涉及一种激光增材制造设备。

背景技术

激光增材制造也叫激光3D打印，它是通过激光束将逐层堆积的金属粉末熔化，并与之前熔化后固化的金属层结合，形成实体从而构建出三维实体，其基本原理是“分层制造，逐层叠加”。

专利授权公告号为CN214079262U的专利公布了一种3D打印机的铺粉装置，该3D打印机的铺粉装置包括底板，在底板上设有打印台，在打印台上方设有料盒，所述的料盒上连接有横向移动结构和纵向移动结构，所述的横向移动结构包括横板，横板的一端连接有纵向移动结构，横板的另一端套接在导向柱上，所述的料盒下方设有料轮，在料轮的一侧设有压平轮。该3D打印机的铺粉装置通过设置的L型滑块带动料盒底部料轮滚动将金属粉末投放在打印台上，经过压平轮的压平和挡板对两侧金属粉末的推动，可有效减少金属粉末的洒落，调整刮板与压平轮的距离可将压平轮表面的金属粉末清理干净。

但是在使用自适应层高功能进行打印时，打印设备可以根据模型不同部位的细节复杂程度自动调整层厚，在需要更高精度和平滑表面的区域，层厚可能会被设置得更小；在对精度要求不那么高的平缓区域，则可以增大层厚以提高打印速度，而该3D打印机的铺粉装置无法根据打印平台下降的距离自动调整补充的金属粉末的粉量，导致使用不便，因此设计一种能够自动根据打印层厚调节补充的金属粉量的激光增材制造设备。

发明内容

为了克服现有的激光3D打印机不能根据打印平台下降的距离而自动调整补充的金属粉末的粉量的缺点，本发明提供一种能够自动根据打印层厚调节补充的金属粉量的激光增材制造设备。

一种激光增材制造设备，包括有机架，机架设有用于盛装金属粉末的装料空腔，机架顶端固定连接有固定架，固定架固定连接有两个前后对称设置的第一电动滑轨，两个第一电动滑轨均滑动式连接有第一滑动架，两个第一滑动架之间固定连接有第二电动滑轨，第二电动滑轨滑动式连接有C0₂激光器，机架右侧固定连接有两个对称设置的第一电机，机架转动式连接有两个对称设置的第一螺杆，两个第一螺杆均与相邻的第一电机输出端连接，机架固定连接有等距分布的固定滑轨，等距分布的固定滑轨之间滑动式连接有升降板，机架靠近升降板的一侧固定连接有第二电机，第二电机的输出端固定连接有第二螺杆，第二螺杆与升降板通过螺纹连接，升降板靠近装料空腔的一侧固定连接有第二滑动架，机架转动式连接有第一转动齿，第一转动齿固定设置有凸出杆，第二滑动架设置有水平滑槽，凸出杆与水平滑槽滑动连接，机架转动式连接有第二转动齿，第一转动齿与第二转动齿啮合，第二转动齿固定连接有第一转杆，第一转杆远离第二转动齿的一端转动式连接有第一连接杆，装料空腔内部左侧滑动式连接有推动板，推动板与第一连接杆远离第一转杆的一端转动式连接，装料空腔左侧固定连接有风机，装料空腔内部右侧滑动式连接有升降架，装料空腔内固定连接有过滤板，机架上滑动式连接有第三滑动架，两个第一螺杆均与第三滑动架螺纹连接，第三滑动架转动式连接有滚轮，还包括有推送组件，推送组件包括有连接板，连接板固定连接于第三滑动架，机架滑动式连接有导向架，导向架设置有斜槽，升降架底部与斜槽滑动连接，还包括有回收组件，回收组件包括有收集框，收集框固定连接于机架右侧，收集框内固定连接有过滤网。

此外，特别优选的是，还包括有收集组件，收集组件包括有导流块，导流块固定连接于装料空腔，导流块位于过滤板上方，导流块转动式连接有转动板，装料空腔固定连接有收集箱，收集箱位于过滤板下方，收集箱卡接有开合板。

此外，特别优选的是，收集箱内部底端为倾斜设置，便于结团的金属粉末向开合板处移动排出。

此外，特别优选的是，还包括有碾压组件，碾压组件包括有连接架，连接架固定连接于收集箱顶端，连接架转动式连接有两个左右对称设置的辊轴，左侧的辊轴与连接架之间连接有弹簧，两个辊轴均固定连接有齿轮，两个齿轮相互啮合，左侧的辊轴固定连接有第二转杆。

此外，特别优选的是，还包括有复位组件，复位组件包括有第二连接杆，第二连接杆转动式连接于第二转杆，导向架设置有滑动槽，第二连接杆远离第二转杆的一端与滑动槽滑动连接。

此外，特别优选的是，过滤网为倾斜设置。

本发明具有如下优点：

第三滑动架向右移动将升降架上的金属粉末推到升降板上，通过C0₂激光器进行激光打印，完成一层打印后，升降板向下移动一定距离，推动板也会随升降板下降的距离而向上移动相应的距离，升降板下降的距离越大则推动板向上移动的距离也越大，使得推动板上方可被吹至升降架上的金属粉末也越多，确保装置可根据升降板下降的距离而补充足够的金属粉末以供打印，如此，能够根据打印厚度自动调整补充的金属粉末的供粉量。

连接板跟随第三滑动架移动并挤压导向架，可自动控制升降架向上滑动将金属粉末推送出去，以便第三滑动架将下一层打印所需的金属粉末推送至升降板上进行下一层打印工作。

当升降架推送金属粉末向上移动时，转动板则可对金属粉末进行阻挡，避免金属粉末从升降架上端掉落至过滤板处，而掉落至过滤板位置处的结块金属粉末，则会从过滤板向下掉落进入收集箱内进行收集。

从过滤板位置处掉下的结块金属粉末会被阻挡在两个辊轴之间，两个辊轴转动可将结块的金属粉末碾散，以便后续回收利用。

第二转杆带动第二连接杆与导向架挤压配合，能够在第三滑动架将升降架上的金属粉末推走后，自动控制升降架向下滑动进入装料空腔进行补料。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明的机架、固定架和第一电动滑轨等部件的立体结构示意图。

图4为本发明的第二电机、第二螺杆和升降板等部件的立体结构示意图。

图5为本发明的装料空腔、第三滑动架和滚轮等部件的立体结构示意图。

图6为本发明凸出杆和水平滑槽等部件的立体结构示意图。

图7为本发明推送组件的立体结构示意图。

图8为本发明升降架、连接板和导向架等部件的立体结构示意图。

图9为本发明收集组件的立体结构示意图。

图10为本发明收集箱和开合板的剖视结构示意图。

图11为本发明碾压组件的立体结构示意图。

图12为本发明辊轴、弹簧、齿轮和第二转杆等部件的立体结构示意图。

图13为本发明复位组件的立体结构示意图。

图14为本发明回收组件的立体结构示意图。

图15为本发明收集框和过滤网的剖视结构示意图。

在图中：101，机架；102，固定架；103，第一电动滑轨；104，第二电动滑轨；105，第一滑动架；106，C0₂激光器；107，第一电机；108，第一螺杆；109，升降板；110，固定滑轨；111，第二电机；112，第二螺杆；113，第二滑动架；114，第一转动齿；115，第二转动齿；116，第一转杆；117，第一连接杆；118，推动板；119，风机；120，升降架；121，过滤板；122，第三滑动架；123，滚轮；124，凸出杆；125，水平滑槽；126，斜槽；127，装料空腔；201，连接板；202，导向架；301，导流块；302，转动板；303，收集箱；304，开合板；401，连接架；402，辊轴；403，弹簧；404，齿轮；405，第二转杆；501，第二连接杆；502，滑动槽；601，收集框；602，过滤网。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

一种激光增材制造设备，如图1－图6所示，包括有机架101、固定架102、第一电动滑轨103、第二电动滑轨104、第一滑动架105、C0₂激光器106、第一电机107、第一螺杆108、升降板109、固定滑轨110、第二电机111、第二螺杆112、第二滑动架113、第一转动齿114、第二转动齿115、第一转杆116、第一连接杆117、推动板118、风机119、升降架120、过滤板121、第三滑动架122和滚轮123，机架101左部设有用于盛装金属粉末的装料空腔127，机架101上端固定连接有固定架102，固定架102上部固定连接有两个前后对称的第一电动滑轨103，前后对称设置的两个第一电动滑轨103上均滑动式连接有第一滑动架105，前后两个第一滑动架105之间固定连接有第二电动滑轨104，第二电动滑轨104上滑动式连接有C0₂激光器106，机架101右侧上部固定连接有两个前后对称的第一电机107，机架101上部转动式连接有两个前后对称的第一螺杆108，两个第一螺杆108均与相邻的第一电机107输出端连接，机架101右部固定连接有四个等距分布的固定滑轨110，四个固定滑轨110之间滑动式连接有升降板109，机架101右下部固定连接有第二电机111，第二电机111的输出端连接有第二螺杆112，第二螺杆112与升降板109通过螺纹连接，升降板109左部固定连接有第二滑动架113，机架101左部转动式连接有第一转动齿114，第一转动齿114偏心位置设有凸出杆124，第二滑动架113设置有水平滑槽125，第一转动齿114上的凸出杆124与第二滑动架113设置的水平滑槽125滑动连接，机架101左部转动式连接有第二转动齿115，第一转动齿114与第二转动齿115啮合，第二转动齿115左部固定连接有第一转杆116，第一转杆116远离第二转动齿115的一端转动式连接有第一连接杆117，装料空腔127左部滑动式连接有推动板118，推动板118与第一连接杆117远离第一转杆116的一端转动式连接，装料空腔127左上部固定连接有风机119，装料空腔127右部滑动式连接有升降架120，装料空腔127中部固定连接有过滤板121，机架101上侧滑动式连接有第三滑动架122，前后两个第一螺杆108均与第三滑动架122螺纹连接，第三滑动架122下部转动式连接有滚轮123。

如图1－图15所示，在使用该装置时，工作人员将金属粉末放入装料空腔127的左部，此时金属粉末位于推动板118上方，初始状态时，升降架120上侧装有一定量的金属粉末，工作人员通过第一电机107带动第一螺杆108转动，两个第一螺杆108转动可带动第三滑动架122向右移动后再向左移动复位，第三滑动架122左右移动带动滚轮123左右移动，第三滑动架122向右移动时能够将升降架120上的金属粉末推到升降板109上，当第三滑动架122将升降架120上的金属粉末推走后，工作人员便可控制升降架120向下滑动进入装料空腔127内，推到升降板109上的金属粉末再由滚轮123铺平，当金属粉末铺平在升降板109上后，C0₂激光器106便可对金属粉末进行烧结打印，在第一电动滑轨103和第二电动滑轨104的作用下，C0₂激光器106可自由移动位置进行打印加工，当完成一层打印后，第二电机111带动第二螺杆112转动便可控制升降板109向下移动一定距离，升降板109向下滑动可带动第二滑动架113向下移动，第二滑动架113向下移动时可利用水平滑槽125挤压凸出杆124，使得凸出杆124沿水平滑槽125滑动的同时可带动第一转动齿114转动，第一转动齿114转动带动第二转动齿115转动，第二转动齿115转动带动第一转杆116转动，第一转杆116转动可通过第一连接杆117带动推动板118向上移动，推动板118向上移动推动金属粉末向上移动，推动板118向上抬升后，通过风机119向右吹风，粉末状的金属粉末便可向右移动进入装料空腔127右部，使得金属粉末掉落至升降架120上，而结块的金属粉末则会在重力的影响下，无法飘过过滤板121，然后从过滤板121处掉下，升降架120补充好金属粉末后，工作人员再控制升降架120向上抬升，以便第三滑动架122将下一层打印所需的金属粉末推送至升降板109上，完成下一层打印后，升降板109继续下降，推动板118也会随升降板109下降的距离而继续向上移动相应的距离，升降板109下降的距离越大则推动板118向上移动的距离也越大，使得推动板118上方可被吹至升降架120上的金属粉末也越多，确保装置可根据升降板109下降的距离而补充足够的金属粉末以供打印，如此，能够根据打印厚度自动调整金属粉末的供粉量。

如图1、图7和图8所示，激光增材制造设备还包括有用于自动控制升降架120向上推送金属粉末的推送组件，推送组件包括有连接板201和导向架202，第三滑动架122前后两部均固定连接有连接板201，机架101左部滑动式连接有两个前后对称设置的导向架202，两个连接板201均与相邻的导向架202挤压配合，导向架202右下部设置有斜槽126，升降架120下部的前后两端与相邻的斜槽126滑动连接。

如图1－图15所示，通过设置推送组件能够自动控制升降架120向上滑动将下一层打印所需的金属粉末向上推送，具体操作如下：初始状态时第三滑动架122位于机架101上端的左侧，且连接板201贴合并挤压导向架202，导向架202利用斜槽126挤压升降架120，使得升降架120处于抬升后的状态，当第三滑动架122向右移动并将升降架120上的金属粉末推走后，工作人员可控制导向架202向右滑动，导向架202向右滑动时利用斜槽126带动升降架120向下滑动进入装料空腔127内，当第三滑动架122向左移动复位至从升降板109上方移开后，工作人员控制第三滑动架122停止移动，然后利用C0₂激光器106进行激光打印，完成一层打印后，升降板109向下移动，同时对升降架120补充金属粉末，然后工作人员再控制第三滑动架122继续向左移动，第三滑动架122移动时也会带动连接板201移动，当连接板201向左移动至与导向架202接触时，连接板201继续向左移动便会推动导向架202向左滑动，导向架202向左滑动可利用斜槽126带动升降架120向上滑动，进而将金属粉末推送出去，以便第三滑动架122将下一层打印所需的金属粉末推送至升降板109上进行下一层打印工作。

如图1、图5、图9和图10所示，激光增材制造设备还包括有用于收集结块金属粉末的收集组件，收集组件包括有导流块301、转动板302、收集箱303和开合板304，装料空腔127中部的上端固定连接有导流块301，导流块301位于过滤板121上方，导流块301右下部转动式连接有转动板302，装料空腔127中部固定连接有收集箱303，收集箱303位于过滤板121下方，收集箱303内部底端为倾斜设置，便于结团的金属粉末向前排出，收集箱303前侧卡接有开合板304。

如图1－图15所示，设置收集组件能够收集从过滤板121处掉下的结块金属粉末，具体操作如下：当升降架120向下移动至装料空腔127右部的底端时，转动板302挡在过滤板121与升降架120之间，当风机119往右吹风时，风吹动转动板302使其向右转动打开，金属粉末便可落至升降架120上端，当风机119停止运行时，在重力的作用下，转动板302随之反转复位，当升降架120推送金属粉末向上移动时，转动板302则可对金属粉末进行阻挡，避免金属粉末从升降架120上端掉落至过滤板121处，而掉落至过滤板121位置处的结块金属粉末，则会从过滤板121向下掉落进入收集箱303，顺着收集箱303内部下侧的斜面向前输送，工作人员将开合板304打开便可将收集的结块金属粉末取出。

如图11和图12所示，激光增材制造设备还包括有用于将结块的金属粉末碾散的碾压组件，碾压组件包括有连接架401、辊轴402、弹簧403、齿轮404和第二转杆405，收集箱303上端固定连接有连接架401，连接架401上转动式连接有两个左右对称设置的辊轴402，左侧的辊轴402前部固定设置有固定板，该固定板与连接架401之间连接有弹簧403，两个辊轴402前部均固定连接有齿轮404，两个齿轮404相互啮合，左侧的辊轴402前部固定连接有第二转杆405，连接板201与第二转杆405挤压配合。

如图1－图15所示，通过设置碾压组件能够将结块的金属粉末碾散，以便后续回收利用，具体操作如下：从过滤板121掉下的结块金属粉末会被阻挡在左右两个辊轴402之间，当连接板201向右移动至与第二转杆405接触时，连接板201继续向右移动会挤压第二转杆405并使其向右摆动，进而带动左侧的辊轴402转动，弹簧403发生形变，在齿轮404的作用下，右侧的辊轴402也会一起转动，两个辊轴402同步转动可将结块金属粉末碾散，碾散后的金属粉末落入收集箱303内进行收集，当连接板201继续向右移动至与第二转杆405脱离后，在弹簧403复位的作用下，辊轴402随之反转复位，当连接板201跟随第三滑动架122向左移动复位时，也会与第二转杆405挤压并使得第二转杆405向左摆动，便于连接板201和第三滑动架122向左移动复位。

如图1、图5和图13所示，激光增材制造设备还包括有用于控制升降架120向下移动的复位组件，复位组件包括有第二连接杆501，第二转杆405上转动式连接有第二连接杆501，导向架202上部设置有滑动槽502，第二连接杆501远离第二转杆405的一端与滑动槽502滑动连接。

如图1－图15所示，设置复位组件能够自动控制升降架120向下滑动进入装料空腔127进行补料，具体操作如下：初始状态时连接板201未与第二转杆405接触，第二连接杆501远离第二转杆405的一端未移动至滑动槽502最右部位置，当第三滑动架122移动至升降架120位置处时，连接板201开始挤压第二转杆405并使得第二转杆405向右摆动，这时，第三滑动架122继续向右移动可将升降架120上的金属粉末推走，而第二转杆405向右摆动则会推动第二连接杆501沿滑动槽502滑动，当第三滑动架122将升降架120上的金属粉末推走后，第二连接杆501远离第二转杆405的一端移动至滑动槽502最右部位置处，此时第三滑动架122继续向右移动便可利用第二连接杆501推动导向架202向右滑动，导向架202向右滑动可利用斜槽126带动升降架120向下滑动进入装料空腔127进行补料，第三滑动架122继续向右移动至与第二转杆405脱离后，弹簧403复位带动第二转杆405反转复位，而当第三滑动架122向左移动复位并使得第二转杆405向左摆动时，第二连接杆501也会在滑动槽502内向左滑动，此时第二连接杆501不会推动导向架202移动，当第三滑动架122向左移动至连接板201与导向架202贴合后，连接板201会挤压并带动导向架202向左滑动，以控制升降架120向上抬升，如此，能够在第三滑动架122将升降架120上的金属粉末推走后，自动控制升降架120向下滑动进入装料空腔127进行补料。

如图1、图14和图15所示，激光增材制造设备还包括有用于回收多余金属粉末的回收组件，回收组件包括有收集框601和过滤网602，机架101右侧固定连接有收集框601，收集框601内侧上部固定连接有过滤网602，过滤网602为倾斜设置，便于将杂质聚集在一侧，以便金属粉末掉落。

如图1－图15所示，设置回收组件能够将升降板109上多余的金属粉末回收，具体操作如下：当第三滑动架122和滚轮123将金属粉末从左往右推到升降板109上铺平后，多余的金属粉末会跟随第三滑动架122继续向右移动，最后多余的金属粉末便会被推入收集框601内进行收集。

尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims

1.一种激光增材制造设备，其特征在于，包括有机架（101），机架（101）设有用于盛装金属粉末的装料空腔（127），机架（101）顶端固定连接有固定架（102），固定架（102）固定连接有两个前后对称设置的第一电动滑轨（103），两个第一电动滑轨（103）均滑动式连接有第一滑动架（105），两个第一滑动架（105）之间固定连接有第二电动滑轨（104），第二电动滑轨（104）滑动式连接有C0₂激光器（106），机架（101）右侧固定连接有两个对称设置的第一电机（107），机架（101）转动式连接有两个对称设置的第一螺杆（108），两个第一螺杆（108）均与相邻的第一电机（107）输出端连接，机架（101）固定连接有固定滑轨（110），固定滑轨（110）滑动式连接有升降板（109），机架（101）靠近升降板（109）的一侧固定连接有第二电机（111），第二电机（111）的输出端连接有第二螺杆（112），第二螺杆（112）与升降板（109）通过螺纹连接，升降板（109）靠近装料空腔（127）的一侧固定连接有第二滑动架（113），机架（101）转动式连接有第一转动齿（114），第一转动齿（114）固定设置有凸出杆（124），第二滑动架（113）设置有水平滑槽（125），凸出杆（124）与水平滑槽（125）滑动连接，机架（101）转动式连接有第二转动齿（115），第一转动齿（114）与第二转动齿（115）啮合，第二转动齿（115）固定连接有第一转杆（116），第一转杆（116）远离第二转动齿（115）的一端转动式连接有第一连接杆（117），装料空腔（127）内部左侧滑动式连接有推动板（118），推动板（118）与第一连接杆（117）远离第一转杆（116）的一端转动式连接，装料空腔（127）左侧固定连接有风机（119），装料空腔（127）内部右侧滑动式连接有升降架（120），装料空腔（127）内固定连接有过滤板（121），机架（101）上滑动式连接有第三滑动架（122），两个第一螺杆（108）均与第三滑动架（122）螺纹连接，第三滑动架（122）转动式连接有滚轮（123），还包括有推送组件，推送组件包括有连接板（201），连接板（201）固定连接于第三滑动架（122），机架（101）滑动式连接有导向架（202），导向架（202）设置有斜槽（126），升降架（120）底部与斜槽（126）滑动连接，还包括有回收组件，回收组件包括有收集框（601），收集框（601）固定连接于机架（101）右侧，收集框（601）内固定连接有过滤网（602）。

2.如权利要求1所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，还包括有收集组件，收集组件包括有导流块（301），导流块（301）固定连接于装料空腔（127），导流块（301）位于过滤板（121）上方，导流块（301）转动式连接有转动板（302），装料空腔（127）固定连接有收集箱（303），收集箱（303）位于过滤板（121）下方，收集箱（303）卡接有开合板（304）。

3.如权利要求2所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，收集箱（303）内部底端为倾斜设置。

4.如权利要求3所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，还包括有碾压组件，碾压组件包括有连接架（401），连接架（401）固定连接于收集箱（303）顶端，连接架（401）转动式连接有两个左右对称设置的辊轴（402），左侧的辊轴（402）与连接架（401）之间连接有弹簧（403），两个辊轴（402）均固定连接有齿轮（404），两个齿轮（404）相互啮合，左侧的辊轴（402）固定连接有第二转杆（405）。

5.如权利要求4所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，还包括有复位组件，复位组件包括有第二连接杆（501），第二连接杆（501）转动式连接于第二转杆（405），导向架（202）设置有滑动槽（502），第二连接杆（501）远离第二转杆（405）的一端与滑动槽（502）滑动连接。

6.如权利要求5所述的一种激光增材制造设备，其特征在于，过滤网（602）为倾斜设置。