CN218310868U - 一种基于可调式风场的3d金属打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于可调式风场的3D金属打印装置，属于3D打印技术领域，其包括打印工作腔、激光振镜扫描模块和打印工作面，所述的激光振镜扫描模块用于将激光射入打印工作腔底部的打印工作面上进行扫描，所述的打印工作腔内设有进风模块和出风模块，进风模块的出风口与出风模块的进风口相对；所述的进风模块和出风模块配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块或/和出风模块，进而调整进风模块和出风模块的间距，进风模块配有用于调整其出风口大小和高度的第一活动门，出风模块配有用于调整其出风口大小和高度的第二活动门。本实用新型可根据打印参数调整风场的形式，以保证去除飞溅颗粒的效果，最终起到提高打印质量的目的。

Description

一种基于可调式风场的3D金属打印装置

技术领域

本实用新型属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种基于可调式风场的3D金属打印装置。

背景技术

3D打印中SLA、SLS、SLM采用的方式是以振镜反射单束激光，在二维工作平面上进行图像扫描打印。相较于传统减材制造技术而言，3D打印技术是一种先进的快速制造零件的增材制造技术，而SLM3D打印机的作用是利用金属粉末在激光束热作用下熔化经冷却凝结并组层堆积的制造零件。使用金属粉做3D打印，金属粉被激光的快速加热融化过程中，会产生融化的业态金属液体飞溅，在飞溅图中固化，落在打印零件的表面，使得打印零件表面粗糙、内部出现缺陷。为了防止飞溅的颗粒对打印零件质量造成影响，通常在金属3D打印中会添加水平风场，使用风将颗粒吹走，并由出风口排除工作腔之外。

现有风场设计结构通常为固定结构，比如授权公告号为CN215587866U的中国专利公开的一种增材制造设备，包括成型腔、风场辅助组件与风道；成型腔的壁面设有进风口与出风口，风道的一端与进风口与相通，另一端与出风口相通；风场辅助组件包括进风辅助件与出风辅助件；进风辅助件设在成型腔的壁面上并围成进风通道，进风通道的一端与进风口相通，另一端向下延伸且朝向打印工位面；出风辅助件设在成型腔的壁面上并围成出风通道，出风通道的一端与出风口相通，另一端向下延伸且朝向打印工位面。

固定结构的风场设计，导致每种设备都是单一化的风场，然而，风场要实现稳定的去除飞溅颗粒效果，首先要保证风场是层流流场，不能是混乱的紊流流场，根据流体力学原理，判断层流与紊流的依据为雷诺数。雷诺数的公式如下：

Re＝ρvd/μ (1)

公式中，Re为雷诺数，ρ为流体密度，v为流体速度，d为流体流过的距离长度，μ为流体动力粘滞系数；

根据流体力学原理，雷诺数越小则流体越容易保持层流，雷诺数越大则流体跟容易成为紊流，3D打印的风场为了能够有稳定的去除飞溅颗粒的效果，需要风场的流场尽可能为稳定的层流流场，从上述公式中可以看出，雷诺数与风场流过的距离成正比，因此在3D打印中，进风口和出风口的距离不宜太远。

再分析风场对飞溅颗粒的去除效果，固体物质在空气中运动时的风阻满足如下公式：

公式中，F为风阻，C为空气阻力系数，对于同样的物体该数值为定值，ρ为流体密度，S为金属粉末相对于流体的迎风横截面积，V为金属粉末与流体的相对速度；

由此可见对于一颗固定的飞溅颗粒，风场对其作用力与风速成正比。

参照附图1所示，针对不同的金属粉末材料，由于其熔点不同，需要的3D打印激光功率也不同，由此产生的飞溅颗粒速度也不同；风场的高度，即进风口和出风口的粗细，决定了有效风场的范围，对于有些飞溅颗粒，其初速度更大，飞溅方向更垂直，会导致其飞跃超过风场高度，在风场之上的高度则因为没有风对其产生作用力，因此飞溅颗粒被风吹走的效果就打了折扣。综上所述，固定结构的风场设计的风场的间距、出风口及进风口的尺寸都是固定的，无法针对不同的打印材料对风场进行调整，由于针对不同的打印材料，其飞溅颗粒的大小、速度均不同，因此对于某些打印材料而言，打印过程中去除飞溅颗粒的效果不佳。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超大幅面3D打印设备，以解决现有3D打印设备无法实现幅面超过10米的超大尺寸零件打印的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及的一种基于可调式风场的3D金属打印装置，其包括打印工作腔、激光振镜扫描模块和打印工作面，所述的激光振镜扫描模块用于将激光射入打印工作腔底部的打印工作面上进行扫描，所述的打印工作腔内设有进风模块和出风模块，进风模块的出风口与出风模块的进风口相对；所述的进风模块和出风模块配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块或/和出风模块，进而调整进风模块和出风模块的间距。

优选地，所述的运动模块包括第一直线导轨、第一移动电机、第二直线导轨和第二移动电机，所述的进风模块通过第一移动电机与第一直线导轨滑动连接，所述的出风模块通过第二移动电机与第二直线导轨滑动连接。

优选地，所述的进风模块和出风模块配合有循环风机，进风模块的进风口通过进风管与循环风机的出风口连通，出风模块的出风口通过出出风管与循环风机的进风口连通。

优选地，所述的打印工作腔内设有拖链模块，所述的进风管和出风管均安装于拖链模块内。拖链模块能够保证进风管和出风管的整齐。

优选地，所述的进风模块的出风口设有第一活动门，第一活动门上下各设置一道，两道第一活动门均与进风模块上下滑动连接，用于控制进风模块的出风口的宽度和高度；所述的出风模块的进风口设有第二活动门，第二活动门上下各设置一道，两道第二活动门均与出风模块上下滑动连接，用于控制出风模块的进风口的宽度和高度。如此可根据飞溅颗粒的飞溅速度，仿真计算或者测试确定风场的形式，并通过调整第一活动门和第二活动门的方式实现风场的调整。

优选地，所述的进风模块的出风口和所述的出风模块的进风口为若干按照水平方向沿一条直线等间距间隔布置的长方形孔，或者为若干按照梅花桩布置的圆形孔。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本实用新型涉及的基于可调式风场的3D金属打印装置将进风模块和出风模块设置在打印工作腔内，进风模块和出风模块配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块或/和出风模块，进而调整进风模块和出风模块的间距，以满足不同打印参数的需求，保证采用任何打印材料时，都能有效的去除飞溅颗粒。

2.本实用新型涉及的基于可调式风场的3D金属打印装置将进风模块和出风模块设置在打印工作腔内，进风模块和出风模块配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块或/和出风模块，进而调整进风模块和出风模块的位置，以满足在大型3D金属打印中，不同区域打印时，风场均能移动至该区域，配合打印头对该区域进行打印，保证在任何区域，风场均能有效去除金属飞溅颗粒。

3.本实用新型涉及的基于可调式风场的3D金属打印装置在进风模块的出风口设置了第一活动门，用于控制进风模块的出风口的宽度和高度；在出风模块的进风口设有第二活动门，用于控制出风模块的进风口的宽度和高度，进而改变风场的形式和方向，以满足各种打印要求。

附图说明

图1是现有技术中固定结构的风场设计去除飞溅颗粒的原理图；

图2是本实用新型涉及的基于可调式风场的3D金属打印装置的结构图；

图3是进风模块和出风模块所配置的运动模块的结构图；

图4是进风模块和出风模块的连接关系图；

图5是进风管和出风管安装于拖链模块的结构示意图。

图6是进风模块和出风模块的活动门示意图；

图7是长方形孔出风孔的进风模块及长方形孔进风孔的出风模块示意图；

图8是圆形孔出风孔的进风模块及圆形孔进风孔的出风模块示意图；

图9是等宽度平行风场示意图；

图10是宽度逐渐减小的风场示意图；

图11是宽度逐渐增大的风场示意图；

图12是等宽度且斜向下的风场示意图；

图13是宽度逐渐减小且倾斜向下的风场示意图。

图示说明：1-打印工作腔，2-激光振镜扫描模块，3-打印工作面，4-进风模块，41-第一活动门，5-出风模块，51-第二活动门，6-运动模块，61-第一直线导轨，62-第一移动电机，63-第二直线导轨，64-第二移动电机，7-循环风机，8-进风管，9-出风管，10-拖链模块。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参照附图2所示，本实用新型涉及的一种基于可调式风场的3D金属打印装置包括打印工作腔1、激光振镜扫描模块2和打印工作面3，所述的激光振镜扫描模块2用于将激光射入打印工作腔1底部的打印工作面3上进行扫描。所述的打印工作腔内设有进风模块4和出风模块5，进风模块4的出风口与出风模块5的进风口相对，进风模块4的吹出的气体经过打印工作腔1后从出风模块5排出打印工作腔1，进而在打印工作腔1内形成风场，用于去除打印工作腔1内的飞溅颗粒；所述的进风模块4和出风模块5配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块4或/和出风模块5，进而调整进风模块和出风模块的间距。

参照附图3所示，所述的运动模块6包括第一直线导轨61、第一移动电机62、第二直线导轨63和第二移动电机64，所述的进风模块4通过第一移动电机62与第一直线导轨61滑动连接，所述的出风模块5通过第二移动电机64与第二直线导轨63滑动连接。参照附图4所示，所述的进风模块4和出风模块5配合有循环风机7，进风模块4的进风口通过进风管8与循环风机7的出风口连通，出风模块5的出风口通过出风管9与循环风机7的进风口连通。保护气体由循环风机7吹入进风管8，由进风管8进入风场的进风模块4，进风模块4的出风口吹出气体，形成风场，风场吹过打印工作腔1之后，由出风管9的进风口进入出风模块5，再由出风管9被循环电机7抽走，完成一次循环。参照图5所示，所述的打印工作腔1内设有拖链模块10，所述的进风管8和出风管9均安装于拖链模块10内，以保证进风管和出风管的整齐。

参照附图6所示，所述的进风模块4的出风口设有第一活动门41，第一活动门41上下各设置一道，两道第一活动门41均与进风模块4上下滑动连接，用于控制进风模块4的出风口的宽度和高度；所述的出风模块5的进风口设有第二活动门51，第二活动门51上下各设置一道，两道第二活动门51均与出风模块5上下滑动连接，用于控制出风模块5的进风口的宽度和高度。第一活动门41和第二活动门51可通过直线电机控制其上下滑动。为了能让吹出的风场风速分布均匀，进风模块4的出风口以及出风模块5的进风口为如图7所示的若干按照水平方向沿一条直线等间距间隔布置的长方形孔，或者为如图8所示的若干按照梅花桩布置的圆形孔。

打印前，根据当前打印的金属材料以及激光功率，进行模拟仿真计算或者实验测试，找到合适的风场形式；通过运动模块6调整进风模块4和出风模块5的间距，通过第一活动门41调整进风模块4的出风口的宽度和高度，通过第二活动门51调整出风模块5的进风口的宽度和高度，使得形成如图9所示的等宽度平行风场，或者如图10所示的宽度逐渐减小的风场，或者如图11所述的宽度逐渐增大的风场，或者如图12所示的等宽度且斜向下的风场，或者如图13所示的宽度逐渐减小且倾斜向下的风场等，进而实现更好地将飞溅颗粒去除。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种基于可调式风场的3D金属打印装置，其包括打印工作腔、激光振镜扫描模块和打印工作面，所述的激光振镜扫描模块用于将激光射入打印工作腔底部的打印工作面上进行扫描，其特征在于：所述的打印工作腔内设有进风模块和出风模块，进风模块的出风口与出风模块的进风口相对；所述的进风模块和出风模块配有运动模块，运动模块用于水平移动进风模块或/和出风模块，进而调整进风模块和出风模块的间距。

2.根据权利要求1所述的基于可调式风场的3D金属打印装置，其特征在于：所述的运动模块包括第一直线导轨、第一移动电机、第二直线导轨和第二移动电机，所述的进风模块通过第一移动电机与第一直线导轨滑动连接，所述的出风模块通过第二移动电机与第二直线导轨滑动连接。

3.根据权利要求1所述的基于可调式风场的3D金属打印装置，其特征在于：所述的进风模块和出风模块配合有循环风机，进风模块的进风口通过进风管与循环风机的出风口连通，出风模块的出风口通过出出风管与循环风机的进风口连通。

4.根据权利要求3所述的基于可调式风场的3D金属打印装置，其特征在于：所述的打印工作腔内设有拖链模块，所述的进风管和出风管均安装于拖链模块内。

5.根据权利要求1所述的基于可调式风场的3D金属打印装置，其特征在于：所述的进风模块的出风口设有第一活动门，第一活动门上下各设置一道，两道第一活动门均与进风模块上下滑动连接，用于控制进风模块的出风口的宽度和高度；所述的出风模块的进风口设有第二活动门，第二活动门上下各设置一道，两道第二活动门均与出风模块上下滑动连接，用于控制出风模块的进风口的宽度和高度。

6.根据权利要求1所述的基于可调式风场的3D金属打印装置，其特征在于：所述的进风模块的出风口和所述的出风模块的进风口为若干按照水平方向沿一条直线等间距间隔布置的长方形孔，或者为若干按照梅花桩布置的圆形孔。

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