CN208178422U - 三维打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三维打印设备，三维打印设备包括：工作板；送粉装置，包括设有送粉面的送粉结构，送粉面带有第一电荷；成型装置，包括设有成型面的成型板；铺粉装置，包括设有铺粉面的铺粉结构，铺粉结构可在与送粉装置对应的吸附位置及与成型装置对应的释放位置之间移动；铺粉面上的第一电荷在激光照射下形成预设潜影，铺粉结构在吸附位置时吸附送粉面上具有第二电荷的粉末材料致粉末材料覆盖预设潜影，且铺粉结构在释放位置时产生第二电荷致粉末材料落在成型面。上述三维打印设备利用电子成像原理，使每层粉末材料可形成不同的截面图案而依次堆叠，最终通过激光进行三维打印完成三维实体，具有较高的精准度与多样性。

Description

三维打印设备

技术领域

本实用新型涉及三维打印技术领域，特别是涉及一种三维打印设备。

背景技术

材制造技术(Additive Manufacturing，简称AM)是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成三维实体制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。

现有技术中，选择性激光烧结是将粉末材料置于成型缸的一边，然后通过铺粉滚动或者铺粉刮刀将粉末材料铺在成型板上，然后逐层固化。而这样的打印方式只能调整铺粉的厚度，而无法实现不同截面形式的铺粉，限制了三维打印技术的多样性与应用范围。

实用新型内容

基于此，有必要针对选择性激光烧结技术无法实现不同截面形式的铺粉的问题，提供一种可实现多种截面形式的铺粉的三维打印设备。

一种三维打印设备，所述三维打印设备包括：

工作板；

送粉装置，位于所述工作板一侧且包括设有送粉面的送粉结构，所述送粉面带有与粉末材料上第二电荷极性相反的第一电荷；

成型装置，位于所述工作板一侧且包括设有成型面的成型板；以及

铺粉装置，包括设有铺粉面的铺粉结构，所述铺粉结构可在与所述送粉装置对应的吸附位置及与所述成型装置对应的释放位置之间移动；

其中，所述铺粉面上的所述第一电荷在激光照射下形成预设潜影，所述铺粉结构在所述吸附位置时吸附所述送粉面上具有所述第二电荷的所述粉末材料致所述粉末材料覆盖所述预设潜影，且所述铺粉结构在所述释放位置时产生与所述粉末材料极性相同的第二电荷致所述粉末材料落在所述成型面。

上述三维打印设备利用电子成像原理，使每层粉末材料可形成不同的截面图案而依次堆叠，最终通过激光进行三维打印完成三维实体，具有较高的精准度与多样性，扩大了三维打印的应用范围。

在其中一个实施例中，所述铺粉装置还包括导轨与滑块，所述滑块设于导轨并可沿所述导轨往复滑动，所述铺粉结构安装于所述滑块上以跟随所述滑块往复运动。

在其中一个实施例中，所述铺粉结构包括铺粉轴套及用于释放所述第二电荷的铺粉轴体，所述铺粉轴套套设于所述铺粉轴体外并可绕所述铺粉轴体的中心轴线相对所述铺粉轴体旋转，铺粉轴体包括沿自身径向方向突起的接触部，所述接触部与所述铺粉轴套的内侧壁线性接触，所述铺粉面覆盖于所述铺粉轴套的外侧壁。

在其中一个实施例中，所述铺粉装置还包括设于所述滑块上的铺粉驱动件，所述铺粉驱动件与所述铺粉轴套配合以驱动所述铺粉轴套旋转。

在其中一个实施例中，所述铺粉驱动件包括驱动件主体及连接于所述驱动件主体的第一齿轮，所述铺粉轴套上套设有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述驱动件主体可通过所述第一齿轮及所述第二齿轮带动所述铺粉轴套旋转。

在其中一个实施例中，所述铺粉结构包括铺粉件，所述铺粉件的外表面形成所述铺粉面，所述铺粉件可相对所述工作板转动至所述铺粉面平行并朝向所述成型板、所述送粉装置或所述激光，且所述铺粉件还可相对所述工作板下降至与所述送料面接触。

在其中一个实施例中，所述送粉装置包括至少一个一端开口的材料缸，所述材料缸的开口端与所述工作板连通。

在其中一个实施例中，所述送粉结构包括送粉板与送粉辊，所述送粉辊位于所述材料缸的开口端并可相对所述工作板转动，所述送粉面形成于所述送粉辊的外侧壁，所述送粉板位于所述材料缸内并可在所述材料缸内升降以靠近或远离所述送粉辊。

在其中一个实施例中，所述三维打印设备还包括第一激光照射装置，所述第一激光照射装置包括第一激光发射器及第一反射组件，所述第一激光发射器与所述第一反射组件共同形成自第一激光发射器至铺粉面的第一光路；

所述三维打印设备还包括第二激光照射装置，所述第二激光照射装置包括第二激光发射器及第二反射组件，所述第二激光发射器与所述第二反射组件共同形成自第二激光发射器至成型板的第二光路。

在其中一个实施例中，所述成型装置还包括一端开口的成型缸，所述成型板可在所述成型缸内升降。

附图说明

图1为一实施方式的三维打印设备的结构示意图；

图2为图1所示的三维打印设备的剖视图；

图3为图1所示的三维打印设备的俯视图；

图4为图1所示的三维打印设备的铺粉结构的分解图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1～图3所示，本较佳实施例的一种用于将粉末材料打印成三维实体的三维打印设备100，三维打印设备100包括工作板10、送粉装置20、成型装置 30、铺粉装置40、第一激光照射装置50及第二激光照射装置60。

其中，工作板10包括第一表面及背向第一表面的第二表面，工作板10上开设有至少一个贯穿第一表面与第二表面的开口。送粉装置20位于工作板10 的第二表面一侧并对应于工作板10的开口，成型装置30位于工作板10的第二表面一侧并对应于工作板10的开口。在本实施方式中，工作板10的第一表面为工作板10的上表面(即面向操作人员的工作面)，第二表面为工作板10的下表面。

送粉装置20包括设有送粉面的送粉结构22，以为铺粉装置40提供粉末材料，粉末材料带有第二电荷，送粉面带有与第二电荷极性相反的第一电荷。成型装置30包括设有成型面的成型板32，送粉装置20提供的粉末材料可铺设于成型板32上并呈预设图案。铺粉装置40包括设有铺粉面421的铺粉结构42，铺粉结构42可在送粉装置20对应的吸附位置及与成型装置30对应的释放位置之间移动，从而将送粉装置20提供的粉末材料转移至成型装置30。

其中，铺粉面421上的第一电荷在激光照射下形成预设潜影，铺粉结构42 在吸附位置时吸附送粉面上具有第二电荷的粉末材料，至送粉面上的粉末材料覆盖预设潜影；且铺粉结构42在释放位置时产生与粉末材料极性相同的第二电荷，致铺粉面421上的粉末材料落在成型面。

上述三维打印设备100，激光可扫描铺粉面421以改变铺粉面421上的第一电荷的分布，其中，照射区域的第一电荷消失，未被照射区域的第一电荷则形成预设潜影。然后，铺粉结构42移动至吸附位置，带有预设潜影的铺粉面421 与送粉结构22的送粉面对应，由于铺粉面421上的第一电荷与粉末材料具有的第二电荷的极性相反，因此送粉面上的粉末材料被吸引至铺粉面421并覆盖于预设潜影，从而形成与预设潜影的形状相同的预设图案。之后，铺粉结构42移动至释放位置，吸附有粉末材料的铺粉面421与成型面对应，铺粉结构42可释放第二电荷，从而使同样带有第二电荷的粉末材料由于排斥作用而落在成型板 32上。最后，激光可选择性地扫描熔融粉末材料以使粉末材料固化形成三维实体。

如此，上述三维打印设备100利用电子成像原理，使每层粉末材料可形成不同的截面图案而依次堆叠，最终通过激光进行三维打印完成三维实体，具有较高的精准度与多样性，扩大了三维打印的应用范围。

在本实施方式中，送粉装置20可为铺粉装置40提供不同种类的粉末材质，可自主选择每层的粉末材质，从而使打印出的三维实体由多种不同种类的材质构成，从而提高该三维打印设备100打印出的三维实体的多样性。

请继续参阅图1～图3，铺粉装置40还包括导轨44与滑块46，滑块46设于导轨44并可沿导轨44往复滑动。铺粉结构42安装于滑块46上以跟随导轨44 往复运动，从而在吸附位置与释放位置之间移动，进而将粉末材料从送粉装置 20运送至成型装置30。

具体地，工作板10大致呈矩形，铺粉装置40包括两根导轨44，两根导轨 44沿工作板10的长度方向延伸且分别设于工作板10的宽度方向上的两侧，两根导轨44上分别设有一个可沿该导轨44滑动的滑块46，铺粉结构42的两端分别支撑于两个滑块46上以跟随滑块46平稳移动。如此，铺粉结构42可沿导轨 44在送粉装置20与成型装置30之间往复运动，具有较高的工作效率与稳定性。

如图1、图4及图2所示，铺粉结构42包括覆盖有铺粉面421的铺粉轴套 422及用于释放第二电荷的铺粉轴体423，铺粉轴套422套设于铺粉轴体423外并可绕铺粉轴体423的中心轴线相对铺粉轴体423旋转，从而使激光在铺粉面 421上形成一定形状的预设潜影，并可相对送粉装置20转动以接触并吸引送粉装置20提供的粉末材料，还可相对成型板32转动以使粉末材料对应落在成型板32的成型面上。

具体地，如图1及图3所示，铺粉轴体423包括轴芯及设于轴芯两端的连接部，轴芯在两根导轨44的间隔方向延伸，两个连接部分别抵持于滑块46上并相对滑块46静止。连接部外还套设有轴承424，轴承424的内圈与铺粉轴体 423的外壁固定连接，铺粉轴套422套设并与轴承424的外圈固定连接，以相对铺粉轴体423旋转。轴承424轴线方向的两端还套设有轴承压盖425，该轴承压盖425包括大端及连接于大端一侧的小端，大端靠近小端一侧的端面抵持于铺粉轴套422的端面，小端套设于铺粉轴套422内，小端远离大端一侧的端面抵持于轴承424，从而在铺粉轴体423的轴线方向上限位轴承424。如此，铺粉轴体423支撑于滑块46上且相对滑块46静止以跟随滑块46沿导轨44直线运动；铺粉轴套422可相对铺粉轴体423旋转，铺粉面421设于铺粉轴套422外侧壁，从而在铺粉轴套422转动时与送粉面逐步接触。在本实施例中，铺粉面421由覆盖在铺粉轴套422外侧壁上的硒层形成，硒层受到激光照射的部位会发生电阻的变化，从而当激光照射于硒层上时，硒层上受到激光照射的区域。

进一步地，铺粉轴体423包括沿自身径向方向突起的接触部，且接触部沿铺粉轴体423自身的轴线方向从一侧端面延伸至另一侧端面。该接触部始终朝向滑块46一侧并与铺粉轴套422的内侧壁接触，从而可释放第二电荷至铺粉轴套422上，从而使带有第二电荷的粉末材料从铺粉面421上下落至成型面上。其中，接触部与铺粉轴套422的内侧壁的接触为线性接触，铺粉轴套422与接触部接触的区域对应的铺粉面421上的粉末材料才可下落，因此，铺粉面421 上的粉末材料随着铺粉轴套422的滚动逐渐落在成型板32上，最终在成型板32 上形成准确的图案。

请继续参阅图1～图3，铺粉装置40还包括设于滑块46上的铺粉驱动件48，铺粉驱动件48与铺粉轴套422配合以驱动铺粉轴套422相对铺粉轴体423旋转。具体地，该铺粉驱动件48为驱动电机，驱动电机包括电机主体及安装于电机主体的输出轴，输出轴上套设有第一齿轮484，铺粉轴套422上套设有与第一齿轮 484啮合的第二齿轮426，电机主体可驱动输出轴转动，进而带动第一齿轮484 同步转动，第二齿轮426在第一齿轮484的带动下转动，最终带动铺粉轴套422 相对铺粉轴体423转动。

送粉装置20包括至少一个一端开口的材料缸，材料缸的开口端与工作板10 连通，具体地，开口端与工作板10上的开口对应且连通。如此，可安装多个不同的材料缸内以盛装不同种类的粉末材料，铺粉结构42可选择地移动至不同材料缸上方以取用不同种类的粉末材料，从而实现多种材料的三维打印。具体在本实施方式中，送粉装置20包括第一材料缸242、第二材料缸244、及填充材料缸246，分别盛装有第一粉末材料、第二粉末材料及填充粉末材料。如此，铺粉结构42可选择地从第一材料缸242、第二材料缸244或填充材料缸246中取用第一粉末材料、第二粉末材料或填充粉末材料。可以理解，材料缸的数量不限于此，可根据所需粉末材料的种类设置。进一步地，第一开口也包括第一材料开口、第二材料开口及填充材料开口，以分别对应第一材料缸242、第二材料缸244与填充材料缸246。

送粉装置20还包括送粉板222与送粉辊224，送粉板222位于材料缸内并可在材料缸内升降以靠近或远离铺粉结构42。送粉辊224位于材料缸的开口端并可相对工作板10转动，送粉辊224的外侧壁形成送粉面。如此，送粉板222 与材料缸共同形成容纳空间以容纳粉末材料，送粉板222可向送粉辊224运动以减小与送粉辊224之间的间隙，位于送粉板222上的粉末材料也逐渐接近送粉辊224并最终与送粉辊224接触，送粉辊224通电后可吸引带有第二电荷的粉末材料，从而将粉末材料涂覆于送粉面上。

在另一实施例中，送粉装置20可以不设置送粉辊224与送粉板222，铺粉结构42包括铺粉件(图未示)，该铺粉件呈平板状结构，其外表面形成铺粉面 421。铺粉件可相对工作板10转动至铺粉面平行并朝向成型板32、送粉装置20 或激光。铺粉面421首先朝向激光的照射方向，激光照射在铺粉面421上形成预设潜影，然后铺粉件翻转180°使铺粉面421朝向送粉装置20，然后朝送粉装置20方向运动而吸引具有第二电荷的粉末材料，之后上升远离送粉装置20 并移动至成型板32上方，铺粉件释放第二电荷，从而使粉末材料从铺粉面落在成型板32上。

请继续参阅图1～图3，第一激光照射装置50包括第一激光发射器52及第一反射组件54，第一激光发射器52及第一反射组件54与工作板10的上表面间隔设置，第一激光发射器52与第一反射组件54共同形成第一光路。具体地，第一反射组件54包括间隔设置的六棱镜542与扩散镜544，第一激光发射器52 发送的脉冲激光射向六棱镜542，通过六棱镜542的旋转与扩散镜544的扩散，激光依次扫描到铺粉结构42的铺粉面421上，同时铺粉驱动件48带动铺粉轴套422转动，从而使铺粉面421旋转以形成一定形状的预设潜影。

第二激光照射装置60包括第二激光发射器62及第二反射组件64，第二激光发射器62及第二反射组件64与工作板10的上表面间隔设置，第二激光发射器62与第二反射组件64共同形成第二光路。具体地，第二反射组件64包括设于工作板10上的振镜，第二激光发射器62射出的激光通过振镜的折射照射至成型板32上的粉末材料上，从而形成三维实体。

在一实施例中，成型装置30还包括一端开口的成型缸34，成型缸34的开口端连通工作板10，成型板可32在成型缸34内升降。如此，当完成一层材料的打印后，成型板32下降一定距离以便于下一次铺粉。

在一实施例中，该三维打印设备100还包括溢粉装置70，溢粉装置70包括设有溢粉板74的溢粉缸72，铺粉结构42的铺粉面421上残余的粉末材料可落至溢粉板74上，而避免多种粉末材料混合。

上述三维打印设备100，铺粉结构42可选取不同的粉末材料形成不同形状的截面，最终固化成三维实体，从而具有较高的成型效率的同时增加了三维打印的多样性与应用范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备包括：

工作板；

送粉装置，位于所述工作板一侧且包括设有送粉面的送粉结构，所述送粉面带有与粉末材料上第二电荷极性相反的第一电荷；

成型装置，位于所述工作板一侧且包括设有成型面的成型板；以及

铺粉装置，包括设有铺粉面的铺粉结构，所述铺粉结构可在与所述送粉装置对应的吸附位置及与所述成型装置对应的释放位置之间移动；

其中，所述铺粉面上的所述第一电荷在激光照射下形成预设潜影，所述铺粉结构在所述吸附位置时吸附所述送粉面上具有所述第二电荷的所述粉末材料致所述粉末材料覆盖所述预设潜影，且所述铺粉结构在所述释放位置时产生与所述粉末材料极性相同的第二电荷致所述粉末材料落在所述成型面。

2.根据权利要求1所述的三维打印设备，其特征在于，所述铺粉装置还包括导轨与滑块，所述滑块设于导轨并可沿所述导轨往复滑动，所述铺粉结构安装于所述滑块上以跟随所述滑块往复运动。

3.根据权利要求2所述的三维打印设备，其特征在于，所述铺粉结构包括铺粉轴套及用于释放所述第二电荷的铺粉轴体，所述铺粉轴套套设于所述铺粉轴体外并可绕所述铺粉轴体的中心轴线相对所述铺粉轴体旋转，铺粉轴体包括沿自身径向方向突起的接触部，所述接触部与所述铺粉轴套的内侧壁线性接触，所述铺粉面覆盖于所述铺粉轴套的外侧壁。

4.根据权利要求3所述的三维打印设备，其特征在于，所述铺粉装置还包括设于所述滑块上的铺粉驱动件，所述铺粉驱动件与所述铺粉轴套配合以驱动所述铺粉轴套旋转。

5.根据权利要求4所述的三维打印设备，其特征在于，所述铺粉驱动件包括驱动件主体及连接于所述驱动件主体的第一齿轮，所述铺粉轴套上套设有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述驱动件主体可通过所述第一齿轮及所述第二齿轮带动所述铺粉轴套旋转。

6.根据权利要求2所述的三维打印设备，其特征在于，所述铺粉结构包括铺粉件，所述铺粉件的外表面形成所述铺粉面，所述铺粉件可相对所述工作板转动至所述铺粉面平行并朝向所述成型板、所述送粉装置或所述激光，且所述铺粉件还可相对所述工作板下降至与所述送粉面接触。

7.根据权利要求1所述的三维打印设备，其特征在于，所述送粉装置包括至少一个一端开口的材料缸，所述材料缸的开口端与所述工作板连通。

8.根据权利要求7所述的三维打印设备，其特征在于，所述送粉结构包括送粉板与送粉辊，所述送粉辊位于所述材料缸的开口端并可相对所述工作板转动，所述送粉面形成于所述送粉辊的外侧壁，所述送粉板位于所述材料缸内并可在所述材料缸内升降以靠近或远离所述送粉辊。

9.根据权利要求1所述的三维打印设备，其特征在于，所述三维打印设备还包括第一激光照射装置，所述第一激光照射装置包括第一激光发射器及第一反射组件，所述第一激光发射器与所述第一反射组件共同形成自第一激光发射器至铺粉面的第一光路；

所述三维打印设备还包括第二激光照射装置，所述第二激光照射装置包括第二激光发射器及第二反射组件，所述第二激光发射器与所述第二反射组件共同形成自第二激光发射器至成型板的第二光路。

10.根据权利要求1所述的三维打印设备，其特征在于，所述成型装置还包括一端开口的成型缸，所述成型板可在所述成型缸内升降。