CN204867410U - 一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，通过将打印完毕的零件连同基板在成型缸作用下直接顶入可以整体取出的取粉机构内，成型缸角落不会残留金属粉末，拆下取粉机构取出零件，即可收集残留金属粉末，从而减少成型过程中的材料浪费，极大地节约生产成本；本实用新型的体积和整体重量相对于目前的设备大大减小，高度只有常规设备1/3，宽度只有常规设备1/2，设备整体重量约为常规设备1/8-1/6直线，整个成型设备可以放置在桌面上使用，设备造价相比常规设备极大减少，满足小尺寸精细金属零件的制备和中小型企业承担能力；整个成型设备结构布局合理，操作简单方便，便于推进金属3D打印技术的发展。

Description

一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备

技术领域

本实用新型涉及3D金属打印设备领域，尤其涉及的是一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备。

背景技术

激光选区熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)技术亦称“金属3D打印技术”，是增材制造的前沿技术，利用直径30～50微米的聚焦激光束，把金属或合金粉末选区逐层熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，从而获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件。

SLM设备主要由激光器、光路系统、密封成形室、机械传动系统、控制系统等几个部分组成。其工艺流程如下：首先将三维CAD模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控制激光束扫描的切片轮廓信息；其次，计算机逐层调入切片轮廓信息，通过扫描振镜，控制激光束选择性地逐线搭接扫描粉层上选定区域，形成面轮廓，未被激光照射区域的粉末仍呈松散状。一层加工完成后，粉料缸上升微米，成形缸降低切片层厚的高度，铺粉刷将粉末从粉料缸刮到成形平台上，激光将新铺的粉末熔化，与上一层融为一体。重复上述过程，直至成形过程完成，得到与三维实体模型相同的三维金属零件。

贵重金属直接成型的一个重要制约因素是材料昂贵，一般尺寸较小，目前市场上现有的SLM设备一般尺寸都在100×100mm以上，对于精细贵重金属而言并不适合。而且现有设备在粉末回收、清理方面没有较多地考虑粉末的浪费问题，这会对贵重金属造成严重的浪费，大大地增加生产成本。而且，现有SLM设备为了满足可以制造大体积的零件，成型平台必须做得足够大，必须采用大功率的成型气缸作为动力，不仅使得设备的整体体积大，重量重(现有SLM设备的重量普遍在1吨以上)，而且使得设备的造价昂贵，一般用户无法承受，严重制约了金属3D打印技术的发展。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，旨在解决现有的SLM设备一般尺寸不适合精细贵重金属，设备造价昂贵，而且结构设计上没有考虑对贵重金属粉末的回收、清理，造成材料浪费，增加生产成本的问题.

本实用新型的技术方案如下：

一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，包括成型平台、移动平台、激光器、光学传输装置、成型基板、盛粉装置、铺粉装置、取粉装置、防护罩和控制系统；所述成型平台固定设置在封闭的成型室腔体内，成型平台上设置有贯穿整个成型平台的通孔；移动平台设置在成型平台上，并沿成型平台直线移动，移动平台上设置有贯穿整个移动平台的基台通孔；所述盛粉装置设置在移动平台的外侧，铺粉装置设置在盛粉装置上，置于盛粉装置和移动平台之间；

所述取粉装置包括基台和取粉筒，基台包括固定部和紧固部，固定部上设置螺孔，紧固部上设置有螺纹通孔，连接螺栓依次穿入螺纹通孔和螺孔内使紧固部和固定部连接在一起；基台上设置有贯穿整个基台的取粉筒通孔，取粉筒为两端开放的筒状结构，取粉筒的内直径大于成型基板的直径，防护罩的结构与取粉筒的结构一致，防护罩或取粉筒放置在取粉筒通孔内，通过旋拧连接螺栓以调整防护罩或取粉筒与基台之间的松紧；基台卡在基台通孔内，随移动平台沿成型平台直线移动；通过移动平台在成型平台上直线移动，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线在同一直线上或取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上；

所述移动平台和成型基板分别都与动力装置连接，激光器、盛粉装置、光学传输装置和动力装置分别都与控制系统连接。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，其中带动成型基板上下升降的动力装置包括成型缸、连杆和升降伺服电机，所述成型缸的一端开放，另一端设置有连杆孔；连杆一端与升降伺服电机连接，另一端穿过连杆孔与成型基板连接；成型缸的开放端固定在成型平台的通孔内，开放端端面与成型平台上端面平齐；成型缸的缸体内直径与防护罩或取粉筒的内直径大小一致；所述升降伺服电机与控制系统连接。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述成型基板和连杆之间设置有电磁紧固装置，所述电磁紧固装置与控制系统连接。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述成型缸上设置有对在铺粉过程中飞溅的金属粉末进行收集的集粉槽，集粉槽位于成型缸的开放端端面。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，其中带动移动平台沿成型平台直线移动的动力装置包括移动伺服电机和滚柱丝杆，滚柱丝杆一端与移动伺服电机连接，另一端与移动平台连接，成型室的两相对侧壁上设置有导轨，移动平台卡在导轨上，由导轨支撑，移动伺服电机与控制系统连接。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述光学传输装置包括扩束镜及场镜、扫描振镜和光学透镜，所述扩束镜及场镜、扫描振镜设置在成型室上部，光学透镜嵌在防护罩的上开放端，所述扫描振镜与控制系统连接。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述盛粉装置采用漏斗结构的储料箱，漏斗储料箱通过螺栓设置在移动平台的外侧，所述漏斗储料箱与控制系统连接；所述铺粉装置采用铺粉刷，铺粉刷设置在盛粉装置上，置于盛粉装置和移动平台之间；所述成型平台上设置有回收口，回收口连接余料箱。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述连接螺栓连接旋紧按钮，通过旋钮旋紧按钮调节基台和取粉筒或保护罩的松紧度。

所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其中，所述成型室为封闭腔体结构，成型室内设置有气体循环净化装置，气体循环净化装置与控制系统连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过提供一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，通过将打印完毕的零件连同基板在成型缸的作用下直接顶入可以整体取出的取粉机构内，成型缸内的角落不会残留金属粉末，拆下取粉机构取出零件，即可收集残留的金属粉末，从而减少了成型过程中的材料浪费，极大地节约了生产成本；本SLM成型设备的体积和整体重量相对于目前的设备大大减小，高度只有常规设备的1/3，宽度只有常规设备的1/2，设备整体重量约为常规设备的1/8-1/6，整个成型设备可以放置在桌面上使用，设备造价相比常规设备极大减少，满足小尺寸精细金属零件的制备和中小型企业的承担能力；整个成型设备结构布局合理，操作简单方便，市场前景大，便于推进金属3D打印技术的发展。

附图说明

图1是本实用新型中单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的结构示意图。

图2是本实用新型中取粉装置、移动平台和成型平台之间的位置结构图。

图3是本实用新型中基板被顶入取粉筒内的结构示意图。

图4是本实用新型中基板、取粉筒和基台从移动平台取出的结构示意图。

图5是本实用新型中取粉装置、移动平台和成型缸之间的位置结构图。

图6是本实用新型中取粉装置从移动平台取出的结构示意图。

图7是本实用新型中基本未顶入取粉筒内的位置结构图。

图8是本实用新型中取粉装置被夹紧的位置结构图。

图9是本发明中单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1-8所示，本单缸式桌面型激光选区熔化成型设备包括成型平台100、移动平台200、激光器300、光学传输装置、成型基板500、盛粉装置600、铺粉装置700、取粉装置、防护罩720和控制系统；所述成型平台100固定设置在封闭的成型室400腔体内，成型平台100上设置有贯穿整个成型平台100的通孔；所述移动平台200设置在成型平台100上，并沿成型平台100直线移动；所述取粉装置包括基台710和取粉筒，基台710包括固定部711和紧固部712，固定部711上设置螺孔，紧固部712上设置有螺纹通孔，连接螺栓依次穿入螺纹通孔和螺孔内使紧固部712和固定部711连接在一起；基台710上设置有贯穿整个基台710的取粉筒通孔，移动平台200上设置有贯穿整个移动平台200的基台通孔，取粉筒为两端开放的筒状结构，取粉筒的内直径大于成型基板500的直径，防护罩720的结构与取粉筒的结构一致，防护罩720或取粉筒放置在取粉筒通孔内，通过旋拧连接螺栓以调整防护罩720或取粉筒与基台710之间的松紧；基台710卡在基台通孔内，随移动平台200沿成型平台100直线移动；所述盛粉装置600设置在移动平台200的外侧，铺粉装置700设置在盛粉装置600上，置于盛粉装置600和移动平台200之间；通过移动平台200在成型平台100上直线移动，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线在同一直线上或取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上；所述移动平台200和成型基板500分别都与动力装置连接，激光器300、盛粉装置600、光学传输装置和动力装置分别都与控制系统连接：在金属零件进行打印时，动力装置带动成型基板500穿过成型平台100的通孔逐次下降，防护罩720安装在取粉筒通孔内罩住金属零件的成型面；打印完毕后，把防护罩720从取粉筒通孔取出，再把取粉筒安装在取粉筒通孔内，动力装置带动成型基板500穿过成型平台100的通孔进入取粉筒内，旋拧连接螺栓使取粉筒和成型基板500固定在基台710上，动力装置离开成型基板500，把基台710从移动平台200拆下，即可把打印过程中残留的金属粉末收集起来。

为了保证激光束准确地选择扫描粉层上的选定区域，所述光学传输装置包括扩束镜及场镜410(扩束镜是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件；场镜可以在不改变光学系统光学特性的前提下，改变成像光束位置)、扫描振镜420(扫描振镜是由高速摆动电机带动下实现摆动，可提高激光定位的精确度和整个光学系统长时间运行的稳定可靠性)和光学透镜430，所述扩束镜及场镜410、扫描振镜420设置在成型室400上部，光学透镜430嵌在防护罩720的上开放端，所述扫描振镜420与控制系统连接：激光器300产生的激光束依次经过扩束镜及场镜410、扫描振镜420和光学透镜430，到达金属粉末表面，对金属粉末进行加工。

为了方便铺粉，所述盛粉装置600通过螺栓固定在移动平台200上，随移动平台200沿成型平台100直线移动；本实施例中，所述盛粉装置600采用漏斗结构的储料箱，漏斗储料箱通过螺栓设置在移动平台200的外侧，所述漏斗储料箱与控制系统连接，根据实际需要，通过控制系统调节漏斗储料箱的漏粉量。本实施例中，所述铺粉装置采用铺粉刷，铺粉刷设置在盛粉装置600上，置于盛粉装置600和移动平台200之间，通过移动平台200运动带动铺粉刷把漏斗储料箱漏到成型平台100上的金属粉末进行铺平；为了减小铺粉过程中刷子对零件的冲击，所述铺粉刷采用柔性刷。为了方便对铺粉后成型平台100上多余的金属粉末进行回收，所述成型平台100上设置有回收口110，所述回收口110连接余料箱120。

所述成型基板500与动力装置连接，由动力装置带动升降，本实施例中，所述带动成型基板500上下升降的动力装置包括成型缸510、连杆520和升降伺服电机530，所述成型缸510的一端开放，另一端设置有连杆孔；连杆520一端与升降伺服电机530连接，另一端穿过连杆孔与成型基板500连接；成型缸510的开放端固定在成型平台的通孔内，开放端端面与成型平台上端面平齐；成型缸510的缸体内直径与防护罩或取粉筒的内直径大小一致；所述升降伺服电机530与控制系统连接：控制系统控制升降伺服电机530动作，带动连杆520升降，成型基板500随之运动进入成型缸510内或离开成型缸510进入取粉筒内。

为了使成型基板500在升降的过程中与连杆520的连接更加稳固，所述成型基板500和连杆520之间设置有电磁紧固装置540，所述电磁紧固装置540与控制系统连接。

为了对在铺粉过程中飞溅的金属粉末进行收集，所述成型缸510上设置有集粉槽511，集粉槽511位于成型缸510的开放端端面，集粉槽511的数量根据实际需要设置。

所述移动平台200与动力装置连接，由动力装置带动沿成型平台100直线移动，本实施例中，所述带动移动平台200沿成型平台100直线移动的动力装置包括移动伺服电机210和滚柱丝杆220，滚柱丝杆220一端与移动伺服电机210连接，另一端与移动平台200连接，成型室的两相对侧壁上设置有导轨230，移动平台200卡在导轨230上并由导轨230支撑，移动伺服电机210与控制系统连接：控制系统控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230在成型平台100直线移动。

为了方便调整基台710和取粉筒之间的紧固度，把取粉筒和成型基板500随基台710整体取出，对残留金属粉末进行收集，所述连接螺栓连接旋紧按钮711，通过旋钮旋紧按钮711即可调节松紧度。

为了保证金属零件的成型质量，所述成型室400为封闭腔体结构，成型室400内设置有气体循环净化装置，气体循环净化装置与控制系统连接，由控制系统控制气体循环净化装置对成型室400内的气体进行净化循环。根据实际加工材料的需要，成型室内400的气体采用惰性气体进行保护。

如图9所示，一种根据上述所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤A00：预设金属零件需要打印的次数n和成型基板500每次下降的高度1(n*1＝金属零件的总体高度)，把金属零件截面的轮廓数据，导入单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的控制系统内；

步骤B00：将保护罩720放置在取粉筒通孔内，通过旋拧连接螺栓使防护罩720固定在基台710内；

步骤C00：控制系统控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230移动到成型平台100一端，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上；

步骤D00：控制系统控制升降伺服电机530启动带动连杆520动作，使成型基板500下降1(初始状态下，成型基板500上端面与成型平台上端面平齐)；

步骤E00：控制系统控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230从成型平台100一端移动到另一端，同时控制盛粉装置600把金属粉末漏到成型平台100上，铺粉装置700随移动平台200移动把金属粉末铺平到成型基板500上，使成型基板500上的金属粉末高度与成型平台上端面平齐，铺粉装置700把多余的金属粉末扫到回收口110，进而进入余料箱120，取粉筒通孔轴线与通孔轴线在同一直线上，保护罩720罩住金属零件的成型面；

步骤F00：控制系统控激光器生成激光束，经过光学传输装置传输至金属零件的成型面，把铺平的金属粉末熔化，使熔化的金属粉末粘在金属零件的成型面上；

步骤G00：控制系统判断成型基板500下降的次数N与预设打印次数n的大小，若N＜n，执行步骤H00，若N＝n，执行步骤I00；

步骤H00：执行步骤C00；

步骤I00：将保护罩720从取粉筒通孔内取出，把取粉筒放置在取粉筒通孔内；

步骤J00：控制系统控制升降伺服电机530启动带动连杆520动作，使成型基板500上升进入取粉筒内；

步骤K00：旋拧连接螺栓使取粉筒和成型基板500固定在基台710内，控制系统控制电磁紧固装置540关闭，连杆升降伺服电机530的带动下下降复位，离开成型基板500；

步骤L00：把基台710从移动平台上取出，取粉筒和成型基板500随之取出，再旋拧连接螺栓，松开取粉筒和基台710，取出成型基板500上的成型金属零件，收集残留的金属粉末。

本单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的运作过程如下：预设金属零件需要打印的次数n和成型基板500每次下降的高度1(n*1＝金属零件的总体高度)，把金属零件截面的轮廓数据，导入单缸式桌面型激光选区熔化成型设备的控制系统内；将保护罩720放置在取粉筒通孔内，通过旋拧连接螺栓使防护罩720固定在基台710内；控制系统控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230移动到成型平台100一端，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上；控制系统控制升降伺服电机530启动带动连杆520动作，使成型基板500下降1(初始状态下，成型基板500上端面与成型平台上端面平齐)；控制系统控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230从成型平台100一端移动到另一端，同时控制盛粉装置600把金属粉末漏到成型平台100上，铺粉装置700随移动平台200移动把金属粉末铺平到成型基板500上，使成型基板500上的金属粉末高度与成型平台上端面平齐，铺粉装置700把多余的金属粉末扫到回收口110，进而进入余料箱120，取粉筒通孔轴线与通孔轴线在同一直线上，保护罩720罩住金属零件的成型面；控制系统控激光器生成激光束，经过光学传输装置传输至金属零件的成型面，把铺平的金属粉末熔化，使熔化的金属粉末粘在金属零件的成型面上；控制系统判断金属零件是否已经打印完毕，若没有打印完毕，重复控制伺服电机210启动带动滚柱丝杆220运动，使移动平台200沿导轨230移动到成型平台100一端，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上......若已经打印完毕，将保护罩720从取粉筒通孔内取出，把取粉筒放置在取粉筒通孔内；控制系统控制升降伺服电机530启动带动连杆520动作，使成型基板500上升进入取粉筒内；旋拧连接螺栓使取粉筒和成型基板500固定在基台710内，控制系统控制电磁紧固装置540关闭，连杆升降伺服电机530的带动下下降复位，离开成型基板500；把基台710从移动平台上取出，取粉筒和成型基板500随之取出，再旋拧连接螺栓，松开取粉筒和基台710，取出成型基板500上的成型金属零件，收集残留的金属粉末。

本单缸式桌面型激光选区熔化成型设备通过将打印完毕的零件连同基板在成型缸的作用下直接顶入可以整体取出的取粉机构内，成型缸内的角落不会残留金属粉末，拆下取粉机构取出零件，即可收集残留的金属粉末，从而减少了成型过程中的材料浪费，极大地节约了生产成本；本SLM成型设备的体积和整体重量相对于目前的设备大大减小，高度只有常规设备的1/3，宽度只有常规设备的1/2，设备整体重量约为常规设备的1/8-1/6，整个成型设备可以放置在桌面上使用，设备造价相比常规设备极大减少，满足小尺寸精细金属零件的制备和中小型企业的承担能力；整个成型设备结构布局合理，操作简单方便，市场前景大，便于推进金属3D打印技术的发展。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，包括成型平台、移动平台、激光器、光学传输装置、成型基板、盛粉装置、铺粉装置、取粉装置、防护罩和控制系统；所述成型平台固定设置在封闭的成型室腔体内，成型平台上设置有贯穿整个成型平台的通孔；移动平台设置在成型平台上，并沿成型平台直线移动，移动平台上设置有贯穿整个移动平台的基台通孔；所述盛粉装置设置在移动平台的外侧，铺粉装置设置在盛粉装置上，置于盛粉装置和移动平台之间；

所述取粉装置包括基台和取粉筒，基台包括固定部和紧固部，固定部上设置螺孔，紧固部上设置有螺纹通孔，连接螺栓依次穿入螺纹通孔和螺孔内使紧固部和固定部连接在一起；基台上设置有贯穿整个基台的取粉筒通孔，取粉筒为两端开放的筒状结构，取粉筒的内直径大于成型基板的直径，防护罩的结构与取粉筒的结构一致，防护罩或取粉筒放置在取粉筒通孔内，通过旋拧连接螺栓以调整防护罩或取粉筒与基台之间的松紧；基台卡在基台通孔内，随移动平台沿成型平台直线移动；通过移动平台在成型平台上直线移动，使取粉筒通孔轴线与通孔轴线在同一直线上或取粉筒通孔轴线与通孔轴线不在同一直线上；

所述移动平台和成型基板分别都与动力装置连接，激光器、盛粉装置、光学传输装置和动力装置分别都与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，其中带动成型基板上下升降的动力装置包括成型缸、连杆和升降伺服电机，所述成型缸的一端开放，另一端设置有连杆孔；连杆一端与升降伺服电机连接，另一端穿过连杆孔与成型基板连接；成型缸的开放端固定在成型平台的通孔内，开放端端面与成型平台上端面平齐；成型缸的缸体内直径与防护罩或取粉筒的内直径大小一致；所述升降伺服电机与控制系统连接。

3.根据权利要求2所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述成型基板和连杆之间设置有电磁紧固装置，所述电磁紧固装置与控制系统连接。

4.根据权利要求2所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述成型缸上设置有对在铺粉过程中飞溅的金属粉末进行收集的集粉槽，集粉槽位于成型缸的开放端端面。

5.根据权利要求2所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，其中带动移动平台沿成型平台直线移动的动力装置包括移动伺服电机和滚柱丝杆，滚柱丝杆一端与移动伺服电机连接，另一端与移动平台连接，成型室的两相对侧壁上设置有导轨，移动平台卡在导轨上，由导轨支撑，移动伺服电机与控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述光学传输装置包括扩束镜及场镜、扫描振镜和光学透镜，所述扩束镜及场镜、扫描振镜设置在成型室上部，光学透镜嵌在防护罩的上开放端，所述扫描振镜与控制系统连接。

7.根据权利要求1所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述盛粉装置采用漏斗结构的储料箱，漏斗储料箱通过螺栓设置在移动平台的外侧，所述漏斗储料箱与控制系统连接；所述铺粉装置采用铺粉刷，铺粉刷设置在盛粉装置上，置于盛粉装置和移动平台之间；所述成型平台上设置有回收口，回收口连接余料箱。

8.根据权利要求1所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述连接螺栓连接旋紧按钮，通过旋钮旋紧按钮调节基台和取粉筒或保护罩的松紧度。

9.根据权利要求1所述的单缸式桌面型激光选区熔化成型设备，其特征在于，所述成型室为封闭腔体结构，成型室内设置有气体循环净化装置，气体循环净化装置与控制系统连接。