选择性激光熔化三维打印设备的制造方法与工艺

本发明涉及金属粉末激光熔化成形技术领域，特别涉及一种选择性激光熔化三维打印设备。

背景技术：
选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting，SLM)是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展，该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型具有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合；选择性激光熔化设备因其可成形结构复杂的、能够直接使用的金属零部件而得到广泛关注，并被预测为可能引发“第三次工业革命”的关键技术之一；与传统的减材制造方法相比，SLM技术可以直接成形具有复杂特征和薄壁类的金属零部件，具有减少材料浪费、复杂零件加工不增加成本、无需开模、缩短产品周期等优点；近几年随着经济的飞速发展和制造业产业升级的新需求，越来越多的SLM产品运用到了航空航天、设备制造医疗等行业，同时也对SLM技术提出了新的需求；但是传统的选择性激光熔化三维打印设备的成形范围小，导致加工效率低下，零件加工成本受到严重影响，而且也难以满足大尺寸零件的加工需求，导致大尺寸零件无法加工成形，需要以缩小模型为代价加工出样件进行各种试验，这必然促使试验结果的不真实，且缩小的模型并不能应用与实际需求，阻碍了金属3D打印制造业的发展；此外，金属粉末的均匀供给直接影响到零件的成形质量，粉末的高效供给也直接会影响零件的成形效率，进而影响其加工成本。因此，就需要一种选择性激光熔化三维打印设备，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性，同时有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种选择性激光熔化三维打印设备，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性，同时有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。本发明的基本技术方案为：本发明的选择性激光熔化三维打印设备包括成形仓及分别设在成形仓两侧的辅助仓，所述成形仓中设有可垂直移动的工作台Ⅰ，所述辅助仓中设有可垂直移动的工作台Ⅱ；该设备还包括设在成形仓及辅助仓上方的上供粉系统；所述工作台Ⅰ及工作台Ⅱ的顶部均设有用于以可拆卸方式连接成形基板的基板连接部；所述工作台Ⅰ及工作台Ⅱ上方均设置有各自独立的振镜系统。作为对基本技术方案的第一种改进，所述辅助仓为供粉仓结构；所述成形仓与辅助仓之间设有收粉仓，所述收粉仓的进粉口铰接有可动仓门；该设备还包括用于驱动可动仓门开关的仓门驱动装置；所述收粉仓的顶部设有初始落料室，所述初始落料室设有第一落料斜板和第二落料斜板；两所述第一落料斜板与初始落料室底板连接成三角形结构，所述第二落料斜板与初始落料室侧板连接并指向第一落料斜板，所述第一落料斜板与第二落料斜板之间设有落料口，所述初始落料室底部设有粉末回收出口。作为对基本技术方案的第二种改进，所述工作台Ⅰ及两工作台Ⅱ的顶部连接有各自独立的成形基板；所述辅助仓的外侧设有外收粉仓。作为对基本技术方案的第三种改进，所述工作台Ⅰ及两工作台Ⅱ的顶部共同连接有一成形基板；所述成形基板设在成形仓及辅助仓的上方；所述辅助仓的外侧设有外收粉仓；所述辅助仓的外侧设有可垂直移动的粉末挡板，该设备还包括用于驱动粉末挡板的挡板驱动机构。作为对上述技术方案的改进，所述上供粉系统包括用于储存金属粉末的供粉器、用于输送金属粉末的送粉机构、用于铺粉的铺粉机构及用于驱动铺粉机构进行铺粉的铺粉驱动机构。作为对上述技术方案的改进，该设备还包括设在成形仓及辅助仓上方的用于吸收烟尘的烟尘处理装置。作为对上述技术方案的改进，所述工作台Ⅰ及工作台Ⅱ的顶部均设有用于加热金属粉末的加热板。作为对上述技术方案的改进，该设备还包括用于安装振镜的振镜安装台及用于驱动振镜安装台垂直运动的安装台驱动机构。本发明的有益效果：本发明的选择性激光熔化三维打印设备，由于在工作台Ⅱ增设了基板连接部，成形仓两侧的辅助仓可以在供粉功能或者成形功能中进行切换；当工作台Ⅱ连接上成形基板，两辅助仓提供成形功能时，配合相应的振镜系统，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性；当工作台Ⅱ不与成形基板连接时，两辅助仓提供供粉功能，此时下供粉结构与上供粉系统的配合，有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明第一种结构的结构示意图；图2为图1中A-A视图；图3为本发明第二种结构的结构示意图；图4为本发明第三种结构的结构示意图。具体实施方式实施例一如图1所示：本实施例的选择性激光熔化三维打印设备包括成形仓1及分别设在成形仓1两侧的辅助仓2，所述成形仓1中设有可垂直移动的工作台Ⅰ3，所述辅助仓2中设有可垂直移动的工作台Ⅱ4；该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的上供粉系统；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于以可拆卸方式连接成形基板5的基板连接部；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4上方均设置有各自独立的振镜系统6；工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的底部均连接有工作台驱动机构7，以驱动它们垂直运动；工作台驱动机构7优选为滚珠丝杠结构，其传动精度高，能够将电机的回转运动转化为丝杠螺母的直线运动，从而驱动工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的运动；每一振镜系统6均包括振镜及对应的振镜运动控制器，所有振镜运动控制器都与中央控制器相控制连接；成形基板5可通过螺接等可拆卸方式连接于工作台Ⅰ3和工作台Ⅱ4，因此基板连接部可以为螺接部；由于在工作台Ⅱ4增设了基板连接部，成形仓1两侧的辅助仓2可以在供粉功能或者成形功能中进行切换；当工作台Ⅱ4连接上成形基板5，两辅助仓2提供成形功能时，配合相应的振镜系统6，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性；当工作台Ⅱ4不与成形基板5连接时，两辅助仓2提供供粉功能，此时下供粉结构与上供粉系统的配合，有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。本实施例中，所述辅助仓2为供粉仓结构；所述成形仓1与辅助仓2之间设有收粉仓8，所述收粉仓8的进粉口铰接有可动仓门9；该设备还包括用于驱动可动仓门9开关的仓门驱动装置(图中未示出)；所述收粉仓8的顶部设有初始落料室81，所述初始落料室81设有第一落料斜板82和第二落料斜板83；两所述第一落料斜板82与初始落料室81底板连接成三角形结构，所述第二落料斜板83与初始落料室81侧板连接并指向第一落料斜板82，所述第一落料斜板82与第二落料斜板83之间设有落料口，所述初始落料室81底部设有粉末回收出口；辅助仓2采用该结构，可提供供粉功能，收粉仓8则便于粉末的回收；如图2所示，初始落料室81的结构能够有效减小粉末下落高度，避免金属粉末扬起，保证成形仓1内气氛环境，且进粉口设计有可动仓门9，保证原装清洁粉末的顺利铺展和混有烟尘粉末的及时回收；仓门驱动装置可采用电磁机构或者气动机构，能够配合激光熔化的进程而进行适当的开关操作；两辅助仓2分别供粉，减少铺粉空行程损失的时间，可与上供粉系统互补，保证本设备的正常运行以及零件的成形质量，为新设备的耗时研发、长期的工艺试验解决后顾之忧；此外，即使辅助仓2提供成形功能时，也同样可设计成这一收粉仓8的结构，在成形时只需保持可动仓门9的关闭状态即可。本实施例中，所述上供粉系统包括用于储存金属粉末的供粉器10、用于输送金属粉末的送粉机构11、用于铺粉的铺粉机构12及用于驱动铺粉机构12进行铺粉的铺粉驱动机构13；送粉时，供粉器10打开将粉末定量输送给送粉机构11，送粉机构11内螺旋推进器启动，使粉末在送粉机构11均匀铺展并往铺粉机构12均匀供粉，铺粉机构12采用硬刮刀和毛刷刮刀结合结构，平移实现逐层粉末的均匀铺展；本实施例中，该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的用于吸收烟尘的烟尘处理装置14，以及时排除烟尘，从而提高零件成形质量；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于加热金属粉末的加热板15，以预热成形基板5上的第一层粉末，提高连接效果；此外，该设备还包括用于安装振镜的振镜安装台16及用于驱动振镜安装台16垂直运动的安装台驱动机构17，振镜安装台16上设有供激光穿过的透镜18，安装台驱动机构17优选为滚珠丝杠结构。实施例二如图3所示，本实施例的选择性激光熔化三维打印设备包括成形仓1及分别设在成形仓1两侧的辅助仓2，所述成形仓1中设有可垂直移动的工作台Ⅰ3，所述辅助仓2中设有可垂直移动的工作台Ⅱ4；该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的上供粉系统；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于以可拆卸方式连接成形基板5的基板连接部；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4上方均设置有各自独立的振镜系统6；工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的底部均连接有工作台驱动机构，以驱动它们垂直运动；工作台驱动机构优选为滚珠丝杠结构，其传动精度高，能够将电机的回转运动转化为丝杠螺母的直线运动，从而驱动工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的运动；每一振镜系统6均包括振镜及对应的振镜运动控制器，所有振镜运动控制器都与中央控制器相控制连接；成形基板5可通过螺接等可拆卸方式连接于工作台Ⅰ3和工作台Ⅱ4，因此基板连接部可以为螺接部；由于在工作台Ⅱ4增设了基板连接部，成形仓1两侧的辅助仓2可以在供粉功能或者成形功能中进行切换；当工作台Ⅱ4连接上成形基板5，两辅助仓2提供成形功能时，配合相应的振镜系统6，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性；当工作台Ⅱ4不与成形基板5连接时，两辅助仓2提供供粉功能，此时下供粉结构与上供粉系统的配合，有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。本实施例中，所述工作台Ⅰ3及两工作台Ⅱ4的顶部连接有各自独立的成形基板5；所述辅助仓2的外侧设有外收粉仓19；辅助仓2采用该结构，可提供成形功能；此时各成形基板5相互独立，可同时加工多个零部件，提高加工效率；辅助仓2的外侧即其相对于成型仓的反方向；外收粉仓19同样起到了回收粉末的作用，在上供粉系统的铺粉结束后多余的金属粉末将落至外收粉仓19；此外，还可增设如实施例一的收粉仓8的结构，在成形时只需保持可动仓门9的关闭状态即可。本实施例中，所述上供粉系统包括用于储存金属粉末的供粉器10、用于输送金属粉末的送粉机构11、用于铺粉的铺粉机构12及用于驱动铺粉机构12进行铺粉的铺粉驱动机构13；送粉时，供粉器10打开将粉末定量输送给送粉机构11，送粉机构11内螺旋推进器启动，使粉末在送粉机构11均匀铺展并往铺粉机构12均匀供粉，铺粉机构12采用硬刮刀和毛刷刮刀结合结构，平移实现逐层粉末的均匀铺展；本实施例中，该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的用于吸收烟尘的烟尘处理装置14，以及时排除烟尘，从而提高零件成形质量；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于加热金属粉末的加热板15，以预热成形基板5上的第一层粉末，提高连接效果；此外，该设备还包括用于安装振镜的振镜安装台16及用于驱动振镜安装台16垂直运动的安装台驱动机构17，振镜安装台16上设有供激光穿过的透镜18，安装台驱动机构17优选为滚珠丝杠结构。实施例三如图4所示，本实施例的选择性激光熔化三维打印设备包括成形仓1及分别设在成形仓1两侧的辅助仓2，所述成形仓1中设有可垂直移动的工作台Ⅰ3，所述辅助仓2中设有可垂直移动的工作台Ⅱ4；该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的上供粉系统；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于以可拆卸方式连接成形基板5的基板连接部；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4上方均设置有各自独立的振镜系统6；工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的底部均连接有工作台驱动机构，以驱动它们垂直运动；工作台驱动机构优选为滚珠丝杠结构，其传动精度高，能够将电机的回转运动转化为丝杠螺母的直线运动，从而驱动工作台Ⅰ3、工作台Ⅱ4的运动；每一振镜系统6均包括振镜及对应的振镜运动控制器，所有振镜运动控制器都与中央控制器相控制连接；成形基板5可通过螺接等可拆卸方式连接于工作台Ⅰ3和工作台Ⅱ4，因此基板连接部可以为螺接部；由于在工作台Ⅱ4增设了基板连接部，成形仓1两侧的辅助仓2可以在供粉功能或者成形功能中进行切换；当工作台Ⅱ4连接上成形基板5，两辅助仓2提供成形功能时，配合相应的振镜系统6，能够增大成形范围，提高加工效率，缩短零件的制造周期，并适应大尺寸零件的成形需求，能够实现激光加工的连续性；当工作台Ⅱ4不与成形基板5连接时，两辅助仓2提供供粉功能，此时下供粉结构与上供粉系统的配合，有利于保证金属粉末的均匀供给及高效供给，降低加工成本。本实施例中，所述工作台Ⅰ3及两工作台Ⅱ4的顶部共同连接有一成形基板5；所述成形基板5设在成形仓1及辅助仓2的上方；所述辅助仓2的外侧设有外收粉仓19；所述辅助仓2的外侧设有可垂直移动的粉末挡板20，该设备还包括用于驱动粉末挡板20的挡板驱动机构21；辅助仓2采用该结构，可提供成形功能；此时成形基板5为一整体，可加工大尺寸的零部件，适应大尺寸零部件的成形需求，实现激光加工的连续性，避免由于拼接缝隙产生的缺陷，提高成形件的结构强度，提高激光器利用率和成形效率，缩短零件的制造周期；辅助仓2的外侧即其相对于成型仓的反方向；外收粉仓19同样起到了回收粉末的作用，在上供粉系统的铺粉结束后多余的金属粉末将落至外收粉仓19；挡板驱动机构21优选为滚珠丝杠结构。本实施例中，所述上供粉系统包括用于储存金属粉末的供粉器10、用于输送金属粉末的送粉机构11、用于铺粉的铺粉机构12及用于驱动铺粉机构12进行铺粉的铺粉驱动机构13；送粉时，供粉器10打开将粉末定量输送给送粉机构11，送粉机构11内螺旋推进器启动，使粉末在送粉机构11均匀铺展并往铺粉机构12均匀供粉，铺粉机构12采用硬刮刀和毛刷刮刀结合结构，平移实现逐层粉末的均匀铺展；本实施例中，该设备还包括设在成形仓1及辅助仓2上方的用于吸收烟尘的烟尘处理装置14，以及时排除烟尘，从而提高零件成形质量；所述工作台Ⅰ3及工作台Ⅱ4的顶部均设有用于加热金属粉末的加热板15，以预热成形基板5上的第一层粉末，提高连接效果；此外，该设备还包括用于安装振镜的振镜安装台16及用于驱动振镜安装台16垂直运动的安装台驱动机构17，振镜安装台16上设有供激光穿过的透镜18，安装台驱动机构17优选为滚珠丝杠结构；加工时，供粉器10与送粉机构11关闭，铺粉机构12左移实现第一层粉末的均匀铺展，振镜系统6全部启动，完大尺寸零件第一层粉末金属熔化成形，然后粉末挡板20、铺粉机构12、送粉机构11、供粉器10、烟尘处理装置14、铺粉驱动机构13和振镜安装架整体上升一个层厚，铺粉机构12右移，完成第二层粉末均匀铺粉，振镜系统6全部启动，完成大尺寸零件第二层粉末金属熔化成形。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。