一种大型3D激光打印设备的制作方法

本实用新型涉及一种大型3D激光打印设备。

背景技术：

金属送粉3D打印技术是一种以数字模型为基础，运用软件来使模型切片、生成轨迹，通过使金属粉末熔化，特别运用激光使金属粉末熔融，通过逐层打印的方式来打印出工件。金属送粉3D打印技术利用软件将三维模型逐层切片，再将切片转化为机床运动轨迹，机床带动3D打印头按照轨迹逐层打印。

对于大型工件，由于对参数的要求一致性高，打印机床工作时间长，因此对机床稳定性要求极高。由于机床工作时间长，不排除各种因素致使打印工件的质量不够稳定，如机床结构不稳定，控制系统不稳定。另外，大型工件的上、下料也是一件非常不方便的工作，特别装载有气氛系统体。所以3D打印机床的稳定性和上、下料方便是很重要的考量因素。

另外，3D打印大型工件时，打印成本高，在打印工作中，由于各种原因致使工艺参数不稳定，打印时间长，很难被察觉，致使工件不合格，或者完全报废。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种大型3D激光打印设备，它的稳定性高，适合长时间稳定工作，并且方便上下料。

本实用新型的目的是这样实现的：一种大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床、气氛箱体、激光打印头、送粉机、机床数控系统、打印质量监控系统和激光发生器，其中，

所述机床包括底座和悬臂梁，其中，所述底座的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座；该底座上设有X轴滑动机构，所述X轴滑动机构上安装一工作平台，该工作平台的中部设有Z轴滑动机构，该Z轴滑动机构上设有铺 粉底板；所述悬臂梁包括一体化结构且呈倒L形的立柱和横梁，并且立柱的下端固定安装在所述悬臂梁支撑座上，所述横梁上设有Y轴滑动机构；

所述气氛箱体安装在所述工作平台的中部，该气氛箱体将所述铺粉底板封闭在内；

所述激光打印头安装在所述Y轴滑动机构上并向下伸进所述气氛箱体内；

所述机床数控系统安装在悬臂梁支撑座上或立柱上；

所述送粉机、打印质量监控系统和激光发生器均安装在所述底座的一旁并与所述悬臂梁支撑座位于同一侧；所述激光发生器通过光钎与激光打印头光路连接；所述打印质量监控系统分别与送粉机、机床数控系统和激光发生器通信连接。

上述的大型3D激光打印设备，其中，所述底座与悬臂梁支撑座可以采用铸造或焊接形成一体化结构，也可以采用整体大理石结构。

上述的大型3D激光打印设备，其中，所述横梁与立柱的连接处设有加强筋板。

上述的大型3D激光打印设备，其中，所述气氛箱体的四周均开有手套孔。

本实用新型的大型3D激光打印设备具有以下优点：1)采用稳定、可靠的开放结构的悬臂式机床，非常适合金属3D打印大型工件的需要；2)悬臂式机床非常方便上、下料，特别是有气氛箱体安装的机床上，并且在气氛箱体的四周均开设手套孔；3)布局合理、结构紧凑、节省空间。

附图说明

图1是本实用新型的大型3D激光打印设备的立体图；

图2是本实用新型的大型3D激光打印设备中的底座的立体图；

图3是本实用新型的大型3D激光打印设备中的悬臂梁的立体图；

图4是本实用新型的大型3D激光打印设备的打印流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1至图3，本实用新型的大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床1、气氛箱体2、激光打印头3、送粉机4、机床数控系统5、打印质量监 控系统6和激光发生器7，还包括水路系统和气路系统。

机床1包括底座11和悬臂梁14，其中：该底座11的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座12；底座11与悬臂梁支撑座12可以采用铸造或焊接形成一体化结构，也可以采用整体大理石结构；悬臂梁支撑座12一般位于底座11的中间位置，也可位于底座11的前部或后部。一体化底座结构，能保证底座的高刚性与结构紧凑，并且可以平衡悬臂梁14的支撑力矩，结构合理。

底座11上设有X轴滑动机构110；

X轴滑动机构110上安装一工作平台13，该工作平台13的中部设有Z轴滑动机构(图中未示)，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板(图中未示)；

悬臂梁14包括一体化结构且呈倒L形的立柱141和横梁142，并且立柱141的下端固定安装在悬臂梁支撑座12上；横梁142与立柱141采用高钢性连接，可采用铸造或焊接，并且在连接处设有加强筋板143，保证了悬臂梁14的高刚性及高稳定性；横梁142上设有Y轴滑动机构140；

气氛箱体2安装在工作平台13的中部，该气氛箱体2将铺粉底板封闭在内；该气氛箱体2的四周均开有手套孔，由于气氛箱体是全封闭，因此在每个手套孔中均用橡胶手套塞在手套孔中，既能将手套孔密封，又能方便操作工将手伸入气氛箱体拿取打印工件，因此能在气氛箱体2的四周进行上、下料，同时，也能保证机床在在工作平台区域内都可以加工；

激光打印头3安装在Y轴滑动机构140上并向下伸进气氛箱体2内；

送粉机4、打印质量监控系统6和激光发生器7均安装在底座11的一旁并与悬臂梁支撑座12位于同一侧；

送粉机4进行送粉控制；

机床数控系统5安装在悬臂梁支撑座12上或立柱141上，非常方便操作并节约空间；

打印质量监控系统6与送粉机4、机床数控系统5和激光发生器7通信连接；

打印质量监控系统6能实时监控打印品的质量，并通过与机床数控系统5通信，将监测的结果实时反馈给机床数控系统，由机床控制系统控制机床打印的进程；

激光发生器7通过光钎与激光打印头3光路连接；

本实用新型的大型3D激光打印设备，采用开放性结构的机床，不仅非常方便上、下料，适合大型零件的打印，而且采用组合式一体化结构的底座，悬臂梁也采用L型的一体化整体结构，这种结构刚性高，稳定性好，悬臂梁不会受力产生微小变形，从结构上很好地保证了3D打印效果的稳定。本实用新型的大型3D激光打印设备，由X轴滑动机构带动工作平台与气氛箱体在底座上移动，Y轴滑动机构在悬臂梁的横梁上运动，Z轴滑动机构根据工件的大小上下运动。由于3D打印时稳定性要求高的特点，本实用新型的机床结构能很好地满足该特点。

再请参阅图4，本实用新型的大型3D激光设备的打印方法包括以下步骤：

S001，在激光打印头上或者是光纤光路中安装光敏传感器和光电传感器，将光敏传感器搜集到的激光打印工件时的反射光通过光电传感器转换为电信号，不同的反射光曲线对应不同的电信号曲线，并将这些电信号存储在工控机的数据库里；

S002，根据不同的打印材料、激光功率、激光焦点进行反复打印试验，在数据库中设定不同的打印材料的打印质量合格品的激光打印参数的范围；

S0031，根据不同的打印材料，选用各种打印材料的正常激光参数，进行打印试验，然后在数据库里确定与各种打印材料对应的特性光电曲线；

S0032，选取各种打印材料的正常激光打印参数，再逐个改变激光打印参数进行打印试验，激光打印参数包括激光离焦量、激光功率、氩气气压、速度和气氛箱体内的含氧量，然后在数据库里确定打印质量合格品的激光打印参数的范围；

S0033，选取各种打印材料的正常激光打印参数，改变送粉量进行打印试验，然后在数据库里确定打印质量合格品的送粉量参数的范围；

S004，根据S0031确定的特性光电曲线、S0032确定的激光打印参数的范围和S0033确定的送粉量参数的范围拟合最优光电曲线，该最优光电曲线对应打印质量合格品的最优激光打印参数；

S005，在数据库里确定不同的打印材料的打印质量合格品的光电曲线范围，这些光电曲线分布在最优光电曲线的两侧；

S006，开始打印工作，只要激光发出，根据激光打印参数和打印效果生成 实时光电曲线；

S007，将实时光电曲线与数据库里拟合的最优光电曲线进行比较；

S008，判断实时光电曲线如果在最优光电曲线之内，即认为产品打印合格，进入S0010；判断实时光电曲线如果在最优光电曲线之外，即认为产品打印不合格，打印质量监控系统报警，即进入S009；

S009，先人工干预或机床数控系统自动调整X轴滑动机构、Y轴滑动机构和Z轴滑动机构的运动参数，再重新回到S006开始打印；机床数控系统也可以连续调整机床的运动参数并打印，若打印产品还是不合格，即一定要人工干预，并在检查设备后再重新回到S006开始打印；

S0010，继续打印，完成产品。

本实用新型的大型3D激光设备的打印方法，采用在3D激光打印设备安装打印质量监控系统，不仅能实时监控打印品的质量，并通过与机床数控系统通信，将监测的结果实时反馈给机床数控系统，由机床控制系统控制机床打印的进程；从而控制3D打印工件的质量，因此能减少大型工件打印的不合率，减少生产损失。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。