长方体形3D打印装备及3D打印机的制作方法

本发明涉及激光选区熔化金属3d打印技术领域，尤其是涉及一种长方体形3d打印装备及3d打印机。

背景技术：

增材制造3d打印技术是一种以数字模型文件(cad)为基础，运用粉末状金属、pvc、树脂、纤维等材料，通过熔融沉积、激光烧结、激光熔化、激光固化、激光熔覆的方式，通过专用软件对cad三维构型物体，进行切片降维，然后按片逐层打印物体的构造技术，是制造业中正在迅速发展的一项新兴技术，在英国《经济学人》杂志《第三次工业革命》一文中被称为第三次工业革命的重要标志之一。

激光选区熔化金属3d打印技术是在计算机程序的控制下利用高能量密度激光束进行扫描，将预先铺设好的金属粉末层进行选择性熔化并与基体冶金结合，然后不断逐层铺粉、扫描、熔化，最终完成三维金属零部件的制造过程，是目前增材制造领域应用较多的一种金属3d打印技术。该技术可制造复杂形状的金属零件，其成型件力学性能好、精度高，致密度达传统冶金制成件99％以上，在医疗、航空航天、军工、核电建设、产品研发等领域均有重要应用。

现有技术中的激光选区熔化3d打印机的粉末供应系统和构建室及作业室均为一体化箱式机体设计，作业面边长无论是150mm、还是500mm都是呈方形设计形态，没有呈长方形设计的装备形态。构建室内设置有活塞和活塞板，活塞板上活动放置作业基板，当活塞板推动作业基板升起至与作业室底部差一个金属粉末层作业面厚度时，由供粉装置铺平一个作业面厚度的金属粉末层，即形成作业面，然后由安装在3d打印机顶部的激光系统，通过激光振镜反射激光光束到当前作业面上的金属粉末层，并通过控制系统对激光振镜偏转角度的调节，按当前层切片图形的形态选择性熔化当前金属粉末层，从而完成对构成件当前层的加工作业。当完成当前切片图形金属粉末层作业后，作业台下降一个预设层的高度，粉末供应系统再向作业台铺设一个预设层厚度的金属粉末，然后再由激光系统按当前层切片图形形态进行选择性熔化，按此方法反复加工，层层叠加作业，最终得到完整的成型构件。

但是，现有技术中的金属粉末床激光选区熔化工艺3d打印机由于一体化箱式机体方型作业面的设计，没有大型长方体作业面的装备形态，无法满足利用该技术加工制造大尺寸长方体型构件的需求；而其所采用的供粉系统都是一个单一铺粉辊或一个独立铺粉刷，在大尺寸作业面作业时其工作效率非常低下。而且现有技术生产制造的金属粉末床激光选区熔化工艺3d打印机装备，都是由作业室处吸出剩余粉末，再升起构建室活塞板而后取出作业基板与成型件，机械装备设计单一，取出成型件方法单一，也不具备成型长度超过≥600mm大尺寸长方体型构成件的条件，这已经成为制约该工艺技术加工制造大型长方体型构件的重大技术壁垒。并且，相关技术中的3d打印机在铺粉辊将金属粉末铺送到作业台后，作业台上的金属粉末层平实度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种长方体形3d打印装备及3d打印机，以解决现有技术中存在的作业台上的金属粉末层平实度较低的技术问题。

本发明提供的一种长方体形3d打印装备，所述长方体形3d打印装备包括：构建成型装置和粉末供应系统；所述构建成型装置包括作业台；所述粉末供应系统包括铺粉装置、送粉装置以及平粉装置；所述铺粉装置用于将所述送粉装置内的金属粉末以碾压式的铺粉方式铺设在所述作业台上；所述平粉装置包括平粉件以及平粉件驱动机构；所述平粉件驱动机构与所述平粉件连接，用于驱动所述平粉件在所述作业台上方往复移动，以将所述作业台上的金属粉末抹平；所述平粉件驱动机构用于与3d打印机的控制系统电连接。

进一步地，所述平粉装置包括两个集粉缸；两个所述集粉缸相对地设置在所述作业台的两端；所述平粉件驱动机构用于驱动所述平粉件在两个所述集粉缸之间往复移动。

进一步地，所述平粉件驱动机构包括平粉电机、齿轮以及与齿轮相配合的齿条；所述齿轮设置在所述平粉电机的动力输出轴上；所述平粉件固定在所述齿条上；所述平粉电机用于通过所述齿轮带动所述齿条往复移动。

进一步地，所述送粉装置包括送粉缸、收粉缸、送粉活塞以及送粉活塞板；所述作业台为长方形；所述送粉缸与所述收粉缸分别设置在所述作业台相对的第一端和第二端；两个集粉缸分别设置在所述作业台相对的第三端和第四端；

所述送粉活塞板设置在所述送粉缸内，所述送粉活塞与所述送粉活塞板连接，用于驱动所述送粉活塞板上下移动；所述送粉活塞板上用于放置作业所需金属粉末；所述收粉缸用于收纳所述铺粉装置铺粉后的多余粉末。

进一步地，所述第一端与所述第二端均为所述作业台的长边；所述第三端与所述第四端均为所述作业台的短边。

进一步地，所述构建成型装置包括构建室以及构建室活塞；所述作业台设置在所述构建室内；所述构建室活塞与所述作业台连接，用于驱动所述作业台上下移动；所述构建室的外壁上设置有取件口；所述取件口处设置有取件开关；所述取件开关用于打开或者关闭所述取件口。

进一步地，所述构建室活塞包括多个升降器；多个所述升降器均与所述作业台连接，用于驱动所述作业台上下移动。

进一步地，所述构建成型装置包括主体平台以及安装在所述主体平台上方的3d打印机作业室；

所述主体平台上设置有安装口；所述作业台设置在所述安装口处；所述3d打印机作业室上，位于所述安装口的上方，设置有粉末注入口和剩余粉末吸出口；所述粉末注入口处设置有用于打开或者关闭所述粉末注入口的注粉开关；所述剩余粉末吸出口处设置有用于打开或者关闭所述剩余粉末吸出口的吸粉开关；

所述构建成型装置安装在所述主体平台的下方；所述粉末供应系统安装在所述主体平台上。

进一步地，所述作业台包括由上至下依次设置的基板和构建室活塞板；所述安装口、所述基板与所述构建室活塞板均呈长方形；所述构建室活塞板与所述构建室活塞连接；所述基板的长度和宽度均小于所述构建室活塞板的长度和宽度；所述构建室活塞板的长度和宽度均与所述安装口的长度和宽度相同。

进一步地，本发明还提供一种3d打印机，所述3d打印机包括控制系统以及如本发明所述的长方体形3d打印装备；所述平粉件驱动机构与所述控制系统电连接。

本发明提供的长方体形3d打印装备，包括构建成型装置和粉末供应系统，构建成型装置包括作业台；粉末供应系统包括铺粉装置、送粉装置以及平粉装置；平粉装置包括平粉件以及平粉件驱动机构。在工作时，铺粉装置将送粉装置内的金属粉末铺设在作业台上后，平粉件驱动机构驱动平粉件在作业台上方往复移动，并作用于作业台上的金属粉末，以将作业台上的金属粉末抹平。

本发明提供的长方体形3d打印装备，铺粉装置以碾压式的方式进行铺粉，也即，铺粉装置在将金属粉末铺设在作业台上时，对金属粉末进行碾压，并通过设置平粉装置，平粉装置将作业台上的金属粉末抹平，从而提高了作业台上的金属粉末层的平实度，可有效提高构成件的致密度和外表光洁度，满足成型长度≥3m的大尺寸长方体形构成件的加工条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备中铺粉装置和送粉装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备的另一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备中主体平台的结构示意图。

附图标记：

1-构建成型装置；2-粉末供应系统；3-主体平台；4-3d打印机作业室；5-剩余粉末吸出口；6-粉末注入口；7-安装口；11-作业台；12-构建室；13-构建室活塞；21-铺粉装置；22-送粉装置；23-平粉装置；111-基板；112-构建室活塞板；131-升降器；211-铺粉辊；221-送粉缸；222-收粉缸；223-送粉活塞板；224-送粉活塞；231-平粉件；232-集粉缸；233-平粉件驱动机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备的结构示意图；图2为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备中铺粉装置和送粉装置的结构示意图；如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种长方体形3d打印装备，该长方体形3d打印装备包括：构建成型装置1和粉末供应系统2；构建成型装置1包括作业台11；粉末供应系统2包括铺粉装置21、送粉装置22以及平粉装置23；铺粉装置21用于将送粉装置22内的金属粉末以碾压式铺设在作业台11上；平粉装置23包括平粉件231以及平粉件驱动机构233；平粉件驱动机构233与平粉件231连接，用于驱动平粉件231在作业台11上方往复移动，以将作业台11上的金属粉末抹平；平粉件驱动机构233用于与3d打印机的控制系统电连接。

其中，碾压式的铺粉方式是指在将送粉装置22内的金属粉末推送至作业台11的同时，对金属粉末施加向下的作用力，以对作业台11上的金属粉末层进行碾压。

本发明实施例提供的长方体形3d打印装备，包括构建成型装置1和粉末供应系统2，构建成型装置1包括作业台11；粉末供应系统2包括铺粉装置21、送粉装置22以及平粉装置23；平粉装置23包括平粉件231以及平粉件驱动机构233。在工作时，铺粉装置21将送粉装置22内的金属粉末以碾压式铺设在作业台11上后，平粉件驱动机构233驱动平粉件231在作业台11上方往复移动，并作用于作业台11上的金属粉末，以将作业台11上的金属粉末抹平。

本发明实施例提供的长方体形3d打印装备，铺粉装置21以碾压式的方式进行铺粉，也即，铺粉装置21在将金属粉末铺设在作业台11上时，对金属粉末进行碾压，并通过设置平粉装置23，平粉装置23将作业台11上的金属粉末抹平，两者配合使用从而提高了作业台11上的金属粉末层的平实度，避免了作业台11上的金属粉末层不平整，进而使得激光选区熔化机构对金属粉末层选择性熔化后形成的构成件更加精细和标准，可有效提高构成件的致密度和外表光洁度，满足成型长度≥3m的大尺寸长方体形构成件的加工条件。本发明实施例提供的长方体形3d打印装备适用于长方体形的作业台11，可用于成型长度≥3m大尺寸构成件，解决了30几年来严重制约该工艺技术在世界范围内推广与应用的世界性难题。作业台11的长度可设置为4m，宽度可设置为300mm，可成型的构成件的长度为≥3m，宽度≤300mm，高度≤500mm。

其中，平粉件231可以为平粉板、平粉块，也可以为平粉刷。优选地，平粉件231为平粉刷，平粉刷均匀地作用于金属粉末层上，从而可将金属粉末层抹平的效果最好。

如图1所示，铺粉装置21包括铺粉辊211和铺粉辊驱动机构。铺粉辊驱动机构与铺粉辊211连接，用于驱动铺粉辊211在作业台11上方往复移动，以将送粉装置22内的金属粉末以碾压式铺设在作业台11上。也即，铺粉辊211向作业台11移动，并将送粉装置22内的金属粉末推送至作业台11上的同时对金属粉末进行碾压，从而将金属粉末以碾压式铺设在作业台11上。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，平粉装置23包括两个集粉缸232；两个集粉缸232相对地设置在作业台11的两端；平粉件驱动机构233用于驱动平粉件231在两个集粉缸232之间往复移动。

本实施例中，本实施例中，当铺粉装置21将送粉装置22内的金属粉末铺设在作业台11预设高度后，平粉件驱动机构233驱动平粉件231在两个集粉缸232之间往复移动，平粉件231将作业台11上的金属粉末抹平，多余的金属粉末随平粉件231移动，最终落入集粉缸232内收集。也即，当平粉件231从作业台11的一端向另一端移动时，多余的金属粉末落入位于另一端处的集粉缸232内。当平粉件231从另一端向该端移动时，多余的金属粉末落入位于该端处的集粉缸232内。

本实施例中，在作业台11的相对的两端分别设置一个集粉缸232，可充分接收平粉件231工作时多余的金属粉末，避免金属粉末落入外部。

在上述实施例的基础上，进一步地，平粉件驱动机构233包括平粉电机、齿轮以及与齿轮相配合的齿条；齿轮设置在平粉电机的动力输出轴上；平粉件231固定在齿条上；平粉电机用于通过齿轮带动齿条往复移动。

本实施例中，将平粉件驱动机构233设置为平粉电机、齿轮和齿条。平粉驱动电机带动齿轮正反和反转，齿轮带动齿条正向移动和反向移动，从而带动平粉件231往复移动。结构简单，方便操作。

如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，送粉装置22包括送粉缸221、收粉缸222、送粉活塞224以及送粉活塞板223；作业台11为长方形；送粉缸221与收粉缸222分别设置在作业台11相对的第一端和第二端；两个集粉缸232分别设置在作业台11相对的第三端和第四端；送粉活塞板223设置在送粉缸221内，送粉活塞224与送粉活塞板223连接，用于驱动送粉活塞板223上下移动；送粉活塞板223上用于放置作业所需金属粉末；收粉缸222用于收纳铺粉装置21铺粉后的多余粉末。

本实施例中，铺粉装置21的铺粉辊211将送粉缸221内的金属粉末推送至作业台11上，从而将金属粉末铺设在作业台11上，铺粉辊211上多余的粉末推送至收粉缸222内进行收集。送粉活塞224驱动送粉活塞板223向上移动，铺粉辊211继续将送粉缸221内的金属粉末铺设在作业台11上。当作业台11上的金属粉末层达到预设高度后，平粉件驱动机构233驱动平粉件231移动，平粉件231将作业台11上的金属粉末层抹平。然后激光选区熔化机构进行选择性熔化。

本实施例中，将送粉缸221和收粉缸222分别设置在作业台11的第一端和第二端，两个集粉缸232分别设置在作业台11的第三端和第四端，结构紧凑，减小占用的空间。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，第一端与第二端均为作业台11的长边；第三端与第四端均为作业台11的短边。

本实施例中，将作业台11设置为长方形，且送粉缸221和收粉粉分别位于作业台11的长边处，两个集粉缸232分别位于作业台11的短边处。铺粉装置21的铺粉辊211在第一端和第二端之间往复移动，其移动的距离为作业台11的宽度，也即，缩小了铺粉辊211移动的距离，提高了铺粉效率。

图3为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备的另一结构示意图；如图1和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，构建成型装置1包括构建室12以及构建室活塞13；作业台11设置在构建室12内；构建室活塞13与作业台11连接，用于驱动作业台11上下移动；构建室12的外壁上设置有取件口；取件口处设置有取件开关；取件开关用于打开或者关闭取件口。

本实施例中，当作业台11铺设一层金属粉末层后，激光选区熔化机构对作业台11上的金属粉末层进行选择性熔化，然后，构建室活塞13驱动作业台11向下移动预设高度。铺粉装置21的铺粉辊211继续向作业台11铺设该高度后的金属粉末层，激光选区熔化机构对作业台11上的金属粉末层进行选择性熔化，以此循环，最终形成构成件。然后，使用者打开构建室12外壁上的取件开关，使得取件口打开。最后将构成件从取件口取出，完成工作。

本实施例中，在构建室12的外壁上设置取件口和取件开关，使用者可将构成件从构建室12的取件口直接取出，与现有技术中通过升起构建室活塞板112而后从上方取出作业基板111与构成件的方向相比，本实施例的取出方法简单，操作便捷。尤其在构成件的体积较大时，从上方取出的方法难以实现，而本实施例的方法则可轻松取出较大体积的构成件，满足大尺寸构件的作业需求，具备成型长度≥3m大尺寸构成件的条件。

其中，取件开关可以为取件门。取件门转动连接在取件口处。使用者可通过转动取件门将取件口打开或者关闭。还可在取件门上设置把手，使用者手握把手转动取件门，方便使用者对取件门着力。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，构建室活塞13包括多个升降器131；多个升降器131均与作业台11连接，用于驱动作业台11上下移动。

本实施例中，通过多个升降器131同时驱动作业台11上下移动，可提高作业台11移动时的稳定性。

优选地，多个升降器131沿作业台11的周向依次均匀间隔地设置，这样可使作业台11受力均匀，进一步提高作业台11移动时的稳定性。

升降器131可以为液压缸或者气缸等等。

图4为本发明实施例提供的长方体形3d打印装备中主体平台的结构示意图，如图1至图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，构建成型装置1包括主体平台3以及安装在主体平台3上方的3d打印机作业室4；主体平台3上设置有安装口7；作业台11设置在安装口7处；3d打印机作业室4上，位于安装口7的上方，设置有粉末注入口6和剩余粉末吸出口5；粉末注入口6处设置有用于打开或者关闭粉末注入口6的注粉开关；剩余粉末吸出口5处设置有用于打开或者关闭剩余粉末吸出口5的吸粉开关；构建成型装置1安装在主体平台3的下方；粉末供应系统2安装在主体平台3上。

本实施例中，主体平台3固定在地面上，粉末供应系统2安装在主体平台3上，构建成型装置1安装在主体平台3的下方，3d打印机作业室4安装在主体平台3的上方。3d打印机作业室4的外壁上设置粉末注入口6以及注粉开关。使用者通过注粉开关打开粉末注入口6，然后通过粉末注入口6向送粉缸221内注入金属粉末，铺粉缸再将送粉缸221内的金属粉末铺设在作业台11上。

本实施例中，主体平台3的设置极大提高了3d打印机的尺寸规模，使得3d打印机的成型构件尺寸大大提高，满足成型长度≥3m大尺寸长方体型构成件的加工条件。

如图2和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，作业台11包括由上至下依次设置的基板111和构建室活塞板112；安装口7、基板111与构建室活塞板112均呈长方形；构建室活塞板112与构建室活塞13连接；基板111的长度和宽度均小于构建室活塞板112的长度和宽度；构建室活塞板112的长度和宽度均与安装口7的长度和宽度相同。

本实施例中，基板111的尺寸小于构建室活塞板112，构建室活塞板112的尺寸等于安装口7的尺寸，当铺粉辊211将送粉缸221内的金属粉末铺设在基板111上后，由于基板111尺寸小于构建室活塞板112，多余的金属粉末会向下滑落在构建室活塞板112上，这样设计的有益效果是：在最大作业面既基板111面积与主体平台3安装口7之间形成一道安全作业带，可避免金属粉末选择性熔化后的成型构件与主体平台3发生冶金连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，本发明实施例还提供一种3d打印机，3d打印机包括控制系统以及如本发明所述的长方体形3d打印装备；平粉件驱动机构233与控制系统电连接。3d打印装备的工作原理同上，在此不再赘述。

其中，3d打印机的选区熔化机构位于作业台11的上方。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。