圆柱体形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，尤其是涉及一种圆柱体形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、激光选区熔化、激光固化、激光熔覆等方式，通过专用软件对cad三维图形构建成型物体，进行切片降维，然后按片逐层打印构造物体的高端制造技术，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。

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，没有外延式主体平台。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，工作台下降一个预设层的高度，粉末供应系统再向工作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。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。

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，都是一体化箱式机体形态的设计，没有外延式主体平台的设计，没有圆形作业面的形态和圆形装备样式的设计，在成型空心圆柱体形构件时，工作台上的金属粉末都是呈方形作业面，且工作面面积长、宽都在600mm×600mm以下，无法成型更大尺寸直径的空心圆柱体构件，激光光束也无法按圆形轨迹选择性熔化金属粉末层，利用该工艺技术装备构建成型直径超过2m的空心圆柱体型构件，在世界范围内尚属空白。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种圆柱体形3d打印装备及3d打印机，以解决现有技术中存在的工作台面都是呈方形设计，成型构件尺寸有限，无法成型较大尺寸直径的空心圆柱体形构件的技术问题。

本发明提供的一种圆柱体形3d打印装备，所述圆柱体形3d打印装备包括：粉末供应系统以及构建成型装置；所述构建成型装置包括呈圆环形的作业台；所述粉末供应系统包括铺粉装置和送粉装置；述铺粉装置包括铺粉件和铺粉驱动机构；所述铺粉件呈圆形；所述铺粉件的直径能够变化；

所述送粉装置包括送粉缸；所述送粉缸的截面呈环形；所述送粉缸围设在所述作业台外；所述铺粉驱动机构与所述铺粉件连接，用于驱动所述铺粉件在所述作业台的上方往复移动，以将所述送粉缸内的金属粉末铺设在所述作业台上；所述铺粉驱动机构用于与3d打印机的控制系统电连接。

进一步地，所述构建成型装置包括截面呈圆环形的集粉缸；所述作业台围设在所述集粉缸外。

进一步地，所述铺粉件包括多个呈弧形的铺粉板；多个所述铺粉板依次连接形成所述铺粉件；每个所述铺粉板的一端的外壁与相邻的所述铺粉板的内壁抵接，另一端的内壁与相邻的所述铺粉板的外壁抵接；所述铺粉驱动机构包括多个驱动器；多个所述驱动器与多个所述铺粉板一一对应连接。

进一步地，所述圆柱体形3d打印装备还包括平粉装置；所述平粉装置包括平粉件、固定件以及平粉件驱动机构；所述平粉件与所述固定件滑动连接；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的上方做圆周运动，以将所述作业台上的金属粉末抹平。

进一步地，所述固定件的截面呈圆形；所述集粉缸围设在所述固定件外；所述平粉件的一端与所述固定件滑动连接，另一端朝向所述作业台。

进一步地，所述平粉件为平粉刷；所述平粉刷的一端覆盖部分所述送粉缸。

进一步地，所述平粉刷与所述平粉件驱动机构连接的一端具有弯折。

进一步地，所述平粉件驱动机构包括移动电机、驱动结构以及移动件；所述移动件与所述固定件滑动连接；所述平粉刷与所述移动件转动连接；所述移动电机与所述移动件连接，用于驱动所述移动件圆周移动；所述驱动结构设置在所述移动件上，所述驱动结构与所述平粉刷连接，用于驱动所述平粉刷相对所述移动件转动，以使所述平粉刷从所述作业台上方移开。

进一步地，所述构建成型装置包括构建室活塞、主体平台和截面呈环形的构建室；所述主体平台上设置有呈圆环形的安装口；所述作业台设置在所述构建室内，且位于所述安装口处；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。

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圆柱体形3d打印装备；所述铺粉驱动机构与所述控制系统电连接。

本发明提供的圆柱体形3d打印装备，包括粉末供应系统和构建成型装置，构建成型装置包括呈圆环形的作业台，粉末供应系统包括铺粉装置和送粉装置，铺粉装置包括铺粉件和铺粉驱动机构。在使用时，铺粉驱动机构驱动铺粉件在作业台的上方往复移动，也即，沿作业台的径向往复移动，以将送粉缸内的金属粉末推送至作业台上，从而将金属粉末铺设在作业台。然后3d打印机的激光选区熔化机构将作业台上的金属粉末选择性熔化，最终成型构件。

本发明提供的圆柱体形3d打印装备，作业台设置为圆环形，作业台上的金属粉末形成圆环形的作业面，使用者可根据成型构件的直径大小选择作业台直径尺寸适合的装备，解决了成型尺寸有限的问题，可成型尺寸较大直径的空心圆柱体构件，尤其是能够成型直径超过2m的空心圆柱体型构件。

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圆柱体形3d打印装备的结构示意图；

图2为图1所示的圆柱体形3d打印装备局部放大图；

图3为图1所示的圆柱体形3d打印装备另一局部放大图；

图4为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备的另一结构示意图；

图5为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备的又一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备中平粉件的结构示意图。

附图标记：

1-铺粉装置；11-铺粉件；12-铺粉驱动机构；121-驱动器；111-铺粉板；2-送粉装置；21-送粉缸；22-集粉缸；3-平粉装置；31-固定件；32-平粉件；4-作业台；5-主体平台；6-3d打印机作业室；7-构建室；8-构建室活塞；9-高度升降机构；10-移动机构；101-移动电机；102-移动轮；41-基板；42-构建室活塞板。

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圆柱体形3d打印装备的结构示意图；如图1所示，本发明实施例提供的一种圆柱体形3d打印装备，该圆柱体形3d打印装备包括：粉末供应系统以及构建成型装置；构建成型装置包括呈圆环形的作业台4；粉末供应系统包括铺粉装置1和送粉装置2；铺粉装置1包括铺粉件11和铺粉驱动机构12；铺粉件11呈圆形；铺粉件11的直径能够变化；送粉装置2包括送粉缸21；送粉缸21的截面呈环形；送粉缸21围设在作业台4外；铺粉驱动机构12与铺粉件11连接，用于驱动铺粉件11在作业台4的上方往复移动，以将送粉缸21内的金属粉末铺设在作业台4上；铺粉驱动机构12用于与3d打印机的控制系统电连接。

本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备，包括粉末供应系统和构建成型装置，构建成型装置包括呈圆环形的作业台4，粉末供应系统包括铺粉装置1和送粉装置2，铺粉装置1包括铺粉件11和铺粉驱动机构12。在使用时，铺粉驱动机构12驱动铺粉件11在作业台4的上方往复移动，也即，沿作业台4的径向往复移动，以将送粉缸21内的金属粉末推送至作业台4上，从而将金属粉末铺设在作业台4。然后3d打印机的激光选区熔化机构将作业台4上的金属粉末选择性熔化，最终成型构件。

本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备，作业台4设置为圆环形，作业台4上的金属粉末形成圆环形的作业面，使用者可根据成型构件的直径大小选择作业台4的直径，解决了成型尺寸有限的问题，可成型尺寸较大直径的空心圆柱体构件，尤其是能够成型直径超过2m的空心圆柱体型构件。

其中，铺粉件11的结构形式可以为多种，例如，铺粉件11的材质为弹性材质，比如橡胶等，铺粉驱动机构12驱动铺粉件11向作业台4的中心移动时，铺粉件11在移动的同时压缩直径逐渐变小。铺粉驱动机构12驱动铺粉件11向远离作业台4的中心移动时，铺粉件11在移动的同时拉伸直径逐渐增大。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，构建成型装置包括截面呈圆环形的集粉缸22；作业台4围设在集粉缸22外。

本实施例中，在作业台4内设置呈圆环形的集粉缸22，当铺粉件11向作业台4的中心移动至集粉缸22时，铺粉件11上多余的金属粉末落入至集粉缸22内进行收集，从而避免金属粉末落入外部。同时，这种设置减少了集粉缸22体积，缩小了圆柱体形3d打印装备的体积。

图2为图1所示的圆柱体形3d打印装备局部放大图；图3为图1所示的圆柱体形3d打印装备另一局部放大图；如图1至图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，铺粉件11包括多个呈弧形的铺粉板111；多个铺粉板111依次连接形成铺粉件11；每个铺粉板111的一端的外壁与相邻的铺粉板111的内壁抵接，另一端的内壁与相邻的铺粉板111的外壁抵接；铺粉驱动机构12包括多个驱动器121；多个驱动器121与多个铺粉板111一一对应连接。

本实施例中，将铺粉件11设置为多个铺粉板111，每个驱动器121连接一个铺粉板111。在工作时，当每个驱动器121驱动铺粉板111由作业台4的边沿向其中心移动时，多个铺粉板111之间沿周向产生相对位移，使得相邻两个铺粉板111重合的部分增加，铺粉件11的直径缩小，直至移动至集粉缸22处，集粉缸22将铺粉板111上多余的金属粉末收集。然后每个驱动器121驱动铺粉板111向作业台4的边沿移动，返回至原来位置，在移动的过程中，多个铺粉板111之间再次沿周向产生相对位移，使得相邻两个铺粉板111重合的部分减小，铺粉件11的直径增大，直至移动至送粉缸21处。依次循环，以将作业台4上铺设预设厚度的金属粉末。

本实施例中，将铺粉件11设置为多个铺粉板111，每个铺粉板111连接一个驱动器121，可保证铺粉件11始终以圆形的形状围设在作业台4上，使作业台4在周向同时铺设金属粉末，提高铺粉效率。铺粉板111的结构简单，方便操作。

其中，驱动器121可以为液压缸、气缸等等。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，该圆柱体形3d打印装备还包括平粉装置3；平粉装置3包括平粉件32、固定件31以及平粉件驱动机构；平粉件32与固定件31滑动连接；平粉件驱动机构与平粉件32连接，用于驱动平粉件32在作业台4的上方做圆周运动，以将作业台4上的金属粉末抹平。

本实施例中，当铺粉件11将作业台4上铺设预设厚度的金属粉末后，平粉件驱动机构驱动平粉件32相对固定件31滑动，以使平粉件32在作业台4的上方，也即，沿作业台4的周向做圆周运动，并作用于作业台4上的金属粉末，以将金属粉末抹平，从而使得作业台4上的金属粉末层更加平整，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。

其中，平粉件32可以为平粉板、平粉块，也可以为平粉刷。优选地，平粉件32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，在上述实施例的基础上，进一步地，固定件31的截面呈圆形；集粉缸22围设在固定件31外；平粉件32的一端与固定件31滑动连接，另一端朝向作业台4。

本实施例中，将固定件31的截面设置为圆形，集粉缸22围设在固定件31外，也即，送粉缸21、作业台4、集粉缸22以及固定件31依次套设，结构简单且紧凑。

其中，平粉件驱动机构的结构形式可以为多种，例如，平粉件驱动机构包括平粉电机和转盘。转盘的中心与平粉电机的动力输出轴连接。平粉件32的一端与转盘的边沿固定连接。平粉电机带动转盘转动，转盘带动平粉件32沿转盘的中心周向运动。

其中，平粉刷和平粉驱动机构可以均为多个，多个平粉刷沿所述固定件31的周向依次间隔设置，多个平粉驱动机构与多个平粉刷一一对应连接。多个平粉刷同时工作可提高平粉效率。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，平粉件32为平粉刷；平粉刷的一端覆盖部分送粉缸21。

本实施例中，将平粉件32设置为平粉刷，且平粉刷覆盖部分送粉缸21，也即，平粉刷的长度大于作业台4的宽度。平粉刷在作业台4上移动时，平粉刷可充分覆盖作业台4，将作业台4上的金属粉末充分抹平，避免作业台4的边沿处没被平粉刷作用到而出现不平整的情况。

在上述实施例的基础上，进一步地，平粉件驱动机构包括移动电机、驱动结构以及移动件；移动件与固定件31滑动连接；平粉刷与移动件转动连接；移动电机101与移动件连接，用于驱动移动件圆周移动；驱动结构设置在移动件上，驱动结构与平粉刷连接，用于驱动平粉刷相对移动件转动，以使平粉刷从作业台4上方移开。

本实施例中，移动电机101驱动移动件圆周移动，移动件带动平粉刷在作业台4上圆周运动，从而将作业台4上的金属粉末抹平，此时，平粉刷位于作业台4上的上方。然后驱动结构带动平粉刷转动，使得平粉刷从作业台4上方移开，避免平粉刷影响激光选区熔化机构对金属粉末进行熔化。

其中，移动件可以为如上所述的转盘。驱动结构可以包括电机、主动齿轮以及与主动齿轮相啮合的从动齿轮。电机设置在移动件上，主动齿轮设置在电机的动力输出轴上，平粉刷与从动齿轮固定连接。电机带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮带动平粉刷相对移动件转动。优选地，在平粉时，平粉刷的两端与作业台4的圆心位于同一条直线上，也即，平粉刷位于作业台4的直径的延长线上。平粉完成后，平粉刷转动90°，折叠收起。

图6为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备中平粉件的结构示意图，如图6所示，在上述实施例的基础上，进一步地，平粉刷与平粉件驱动机构连接的一端具有弯折。

本实施例中，将平粉刷连接平粉件驱动机构的一端设置为弯折形，也即，平粉刷的该端向一侧弯折，这样的设置可使平粉刷相对移动件转动时，可刚好从作业台4上方移开，方便激光选区熔化机构对金属粉末选择性熔化。

优选地，弯折角度为45°。

图4为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备的另一结构示意图；图5为本发明实施例提供的圆柱体形3d打印装备的又一结构示意图；如图1至图5所示，在上述实施例的基础上，进一步地，构建成型装置包括构建室活塞8、主体平台5和截面呈环形的构建室7；主体平台5上设置有呈圆环形的安装口；作业台4设置在构建室7内，且位于安装口处；构建室活塞8与作业台4连接，用于驱动作业台4上下移动。送粉装置2还包括送粉活塞板以及送粉活塞，送粉活塞板设置在送粉缸21内，送粉活塞与送粉活塞板连接，用于驱动送粉活塞板上下移动；送粉活塞板上用于放置作业所需金属粉末。

本实施例中，铺粉驱动机构12驱动铺粉件11将送粉缸21内的金属粉末推送至作业台4上，从而将金属粉末铺设在作业台4上。激光选区熔化机构对作业台4上的金属粉末层进行选择性熔化，然后，构件室活塞驱动作业台4向下移动预设高度，送粉缸21内的送粉活塞带动送粉活塞板向上移动，使得送粉活塞板上的金属粉末移动上升至预设高度，铺粉件11再次在作业台4上方移动，再次将送粉缸21内的金属粉末推送至作业台4上，激光选区熔化机构再次对作业台4上的金属粉末层进行选择性熔化。然后，作业台4再次下降，送粉活塞板再次上升，以此循环，最终将作业台4上铺设的预设厚度的金属粉末。

进一步地，还包括移动机构10，移动机构10与构建室7连接，用于移动构建室7；构建室7与主体平台5可拆卸地固定连接。在使用时，构建室7与3d打印机的主体平台5可拆卸地固定连接，当构建室7内的构成件成型后，使用者将构建室7从主体平台5上拆下，然后通过移动机构10使得构建室7从主体平台5处移开至预设位置，最后将构成件从构建室7内取出即可。本实施例中通过移动机构10将构建室7移动至预设位置，然后再将构成件从构建室7内取出，与现有技术中的从作业室的上方取出成型构件相比，方便使用者取出，节省人力和时间，提高了取件效率。

其中，移动机构10的结构形式可以为多种，例如，移动机构10包括电机、齿轮、齿条、滑轨和与滑轨配合的滑块；齿轮设置在电机的动力输出轴上，齿条与构建室7固定连接，且齿条与齿轮啮合。滑块固定设置在构建室7上。电机带动齿轮转动，齿轮带动齿条移动，齿条带动构建室7沿着滑轨移动。

在上述实施例的基础上，进一步地，移动机构10包括移动轮102和移动电机101；移动轮102与构建室7转动连接，移动电机101与移动轮102连接，用于驱动移动轮102转动。

本实施例中，将移动机构10设置为移动轮102和移动电机101，移动电机101带动移动轮102转动，从而将构建室7移动至预设位置。

本实施例中，移动轮102的设置可在移动构建室7的同时减小了构建室7与地面的摩擦力，从而减小了移动构建室7所需的动力，减少了能源消耗，节省了资源。

进一步，包括高度升降机构9，用于使构建室7上升或下降。当需要将构建室7移动至主体平台5下方后，利用高度升降机构9将构建室7上升，以方便将构建室7与主体平台5固定。当构件成型后，将构建室7从主体平台5上拆下，然后利用高度升降机构9将构建室7降低，以方便将构建室7从主体平台5下移出。

进一步地，圆柱体形3d打印主体装备还包括安装在主体平台5上方的3d打印机作业室6；3d打印机作业室6上，位于安装口的上方，设置有粉末注入口；粉末注入口处设置有用于打开或者关闭注粉口的注粉开关；构建成型装置安装在主体平台5的下方；粉末供应系统安装在主体平台5上。

本实施例中，主体平台5固定在地面上，粉末供应系统安装在主体平台5上，构件成型装置安装在主体平台5的下方，3d打印机作业室6安装在主体平台5的上方。3d打印机作业室6的外壁上设置粉末注入口以及注粉开关。使用者通过注粉开关打开粉末注入口，然后通过粉末注入口向送粉缸21内注入金属粉末，铺粉缸再将送粉缸21内的金属粉末铺设在作业台4上。

进一步地，3d打印机作业室6上，位于安装口的上方，设置为剩余粉末吸出口以及用于打开或关闭剩余粉末吸出口的吸粉开关。

当构件成型后，使用者通过吸粉开关打开剩余粉末吸出口，通过剩余粉末吸出口将构建室7内的剩余粉末吸出，然后再拆下构建室7，将构建室7从主体平台5下方移开，最后将成型构件取出即可。

在上述实施例的基础上，进一步地，作业台4包括由上至下依次设置的均呈圆环形的基板41和构建室活塞板42；构建室活塞板42与构建室活塞8连接；基板41宽度均小于构建室活塞板42的宽度；构建室活塞板42的宽度与安装口的宽度相同。

本实施例中，基板41的尺寸小于构建活塞板，构建活塞板的尺寸等于安装口的尺寸，当铺粉辊将送粉缸21内的金属粉末铺设在基板41上后，由于基板41尺寸小于构建活塞板，多余的金属粉末会向下滑落在构建室活塞板42上，这样设计的有益效果是：在最大作业面既基板41面积与主体平台5安装口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5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，该3d打印机包括控制系统以及如本发明的圆柱体形3d打印装备；铺粉驱动机构12与控制系统电连接。圆柱体形3d打印装备的原理同上，在此不再赘述。

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。