一种可变台面范围的工作缸体以及台面变化方法与流程

本发明属于slm3d打印技术领域，具体涉及一种可变台面范围的工作缸体以及台面变化方法。

背景技术：

1995年，德国fraunhofer激光器研究所(fraunhoferinstituteforlasertechnology，ilt)最早提出了选择性激光熔融技术(selectivelasermelting，slm)。slm是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术，slm能直接成型出接近完全致密度的金属零件。目前，国外应用slm技术可制造模具、工具、生物移植物等金属零件，但是，现有的slm装置，普遍具有以下问题：其工作台面大小固定，如果为小工作台面，则只能打印小零件，无法打印大零件；而如果为大工作台面，虽然能够同时打印小零件和大零件，但是，当采用大工作台面打印小零件时，会浪费大量铺粉。因此，开发一种可同时打印大零件和小零件，并且，当打印小零件时，不会浪费铺粉的缸体，是目前迫切需要解决的事情。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种可变台面范围的工作缸体以及台面变化方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种可变台面范围的工作缸体，包括缸体(1)、大台面工作单元(2)、小台面工作单元(3)和固定底板座(4)；

其中，所述大台面工作单元(2)包括：第一升降机构(2.1)、第一升降机构基板(2.2)、第一升降机构中间层板(2.3)、第一升降机构上安装底板(2.4)和第一升降机构下安装底板(2.5)；其中，所述第一升降机构(2.1)为双丝杠多导柱式传动机构，包括左侧丝杠传动机构、右侧丝杠传动机构和第一升降机构导柱(2.6)；

所述固定底板座(4)的上方设置所述第一升降机构基板(2.2)，所述第一升降机构基板(2.2)的底面通过所述第一升降机构中间层板(2.3)与所述第一升降机构上安装底板(2.4)固定到一起；并且，固定到一起的所述第一升降机构基板(2.2)、所述第一升降机构中间层板(2.3)和所述第一升降机构上安装底板(2.4)的中心开设有通孔(2.7)；

所述第一升降机构下安装底板(2.5)设置于所述固定底板座(4)的下方；所述第一升降机构导柱(2.6)的底端与所述第一升降机构下安装底板(2.5)固定安装，所述第一升降机构导柱(2.6)的顶端贯穿所述固定底板座(4)并与所述第一升降机构上安装底板(2.4)固定到一起；

所述固定底板座(4)的左右两侧对称安装所述左侧丝杠传动机构和所述右侧丝杠传动机构；所述左侧丝杠传动机构和所述右侧丝杠传动机构同时用于带动所述第一升降机构下安装底板(2.5)进行上下直线移动；当所述第一升降机构下安装底板(2.5)上下移动时，带动所述第一升降机构导柱(2.6)上下移动；当所述第一升降机构导柱(2.6)上下移动时，带动所述第一升降机构上安装底板(2.4)在缸体(1)的内部上下移动，当所述第一升降机构上安装底板(2.4)在所述缸体(1)的内部上下移动时，带动所述第一升降机构基板(2.2)在所述缸体(1)的内部上下移动；

所述小台面工作单元(3)包括第二升降机构(3.1)、第二升降机构基板(3.2)、第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)、第二升降机构安装侧板(3.4)、第二升降机构安装座(3.5)；其中，所述第二升降机构(3.1)为单丝杠多导柱式传动机构，包括单丝杠传动机构和第二升降机构导柱(3.6)；

所述第二升降机构安装座(3.5)的四周固定安装所述第二升降机构安装侧板(3.4)；所述第二升降机构安装座(3.5)位于所述大台面工作单元(2)的内部，并且，所述第二升降机构安装侧板(3.4)与所述大台面工作单元(2)的第一升降机构上安装底板(2.4)固定连接；因此，当所述大台面工作单元(2)的第一升降机构基板(2.2)进行升降运动时，通过所述第二升降机构安装侧板(3.4)而带动所述第二升降机构安装座(3.5)进行同步运动；

所述第二升降机构安装座(3.5)的上面设置所述第二升降机构基板(3.2)，所述第二升降机构基板(3.2)的形状与所述大台面工作单元(2)的所述通孔(2.7)的形状相适配，所述第二升降机构基板(3.2)的底面固定所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)；所述第二升降机构导柱(3.6)的顶部与所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)的下表面固定连接；所述第二升降机构导柱(3.6)的底部穿设所述第二升降机构安装座(3.5)；

所述单丝杠传动机构用于带动所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)沿所述第二升降机构导柱(3.6)进行上下直线移动；当所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)进行上下直线移动时，带动所述第二升降机构基板(3.2)进行上下直线移动。

优选的，所述左侧丝杠传动机构和所述右侧丝杠传动机构的结构相同，均包括：第一升降机构丝杠(2.7)、第一升降机构丝杠螺母(2.8)、第一升降机构丝杠支撑座(2.9)、第一升降机构电机座(2.10)、第一升降机构减速器(2.11)和第一升降机构电机(2.12)；

所述第一升降机构丝杠支撑座(2.9)固定安装于所述固定底板座(4)上；所述第一升降机构丝杠(2.7)设置在所述第一升降机构丝杠支撑座(2.9)中；所述第一升降机构丝杠支撑座(2.9)上固定安装第一升降机构电机座(2.10)；所述第一升降机构电机(2.12)通过所述第一升降机构减速器(2.11)设置于所述第一升降机构电机座(2.10)中；所述第一升降机构丝杠(2.7)的顶部通过所述第一升降机构减速器(2.11)与所述第一升降机构电机(2.12)连接；所述第一升降机构丝杠(2.7)的底部穿过所述第一升降机构下安装底板(2.5)，并在所述第一升降机构丝杠(2.7)的底部安装所述第一升降机构丝杠螺母(2.8)；因此，所述第一升降机构电机(2.12)通过所述第一升降机构减速器(2.11)驱动所述第一升降机构丝杠(2.7)转动，所述第一升降机构丝杠(2.7)转动时，带动所述第一升降机构丝杠螺母(2.8)沿所述第一升降机构丝杠(2.7)上下移动；又由于所述第一升降机构丝杠螺母(2.8)和所述第一升降机构下安装底板(2.5)固定连接，因此，所述第一升降机构下安装底板(2.5)随着所述第一升降机构丝杠螺母(2.8)的上下移动而实现上下移动。

优选的，所述大台面工作单元(2)还包括光栅尺(2.13)；所述光栅尺(2.13)垂直设置，所述光栅尺(2.13)的顶部与所述固定底板座(4)的下表面固定连接。

优选的，所述第二升降机构(3.1)的所述单丝杠传动机构包括：第二升降机构丝杠(3.7)、第二升降机构电机(3.8)、第二升降机构丝杠螺母(3.9)和第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)；

所述第二升降机构丝杠(3.7)通过丝杠轴承固定在所述第二升降机构安装座(3.5)上；所述第二升降机构电机(3.8)设置于所述第二升降机构丝杠(3.7)的下面并与所述第二升降机构丝杠(3.7)的底端联动；所述第二升降机构丝杠(3.7)的外部套设所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)；所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)与所述第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)固定连接；所述第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)还与所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)固定；

因此，所述第二升降机构电机(3.8)带动所述第二升降机构丝杠(3.7)运转，从而带动所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)沿着所述第二升降机构丝杠(3.7)上下移动；当所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)上下移动时，由于所述第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)与所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)固定，因此，所述第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)随着所述第二升降机构丝杠螺母(3.9)的上下移动而上下移动；当所述第二升降机构丝杠螺母套筒(3.10)上下移动时，带动所述第二升降机构基板上顶安装平板(3.3)上下移动。

优选的，所述小台面工作单元(3)还包括第二升降机构限位开关(3.11)；所述第二升降机构限位开关(3.11)安装于所述第二升降机构安装座(3.5)的下表面，用于实现所述第二升降机构(3.1)的限位。

本发明还提供一种基于可变台面范围的工作缸体的台面变化方法，包括以下步骤：

当需要打印小零件时，首先通过第一升降机构(2.1)驱动第一升降机构基板(2.2)进行上升运动，使第一升降机构基板(2.2)与外部工作台面平齐；然后，通过第二升降机构(3.1)驱动第二升降机构基板(3.2)进行升降，使第二升降机构基板(3.2)作为铺粉平台进行激化融化成形工艺；

当需要打印大零件时，首先通过第二升降机构(3.1)驱动第二升降机构基板(3.2)进行升降运动，调整第二升降机构基板(3.2)的高度，使第二升降机构基板(3.2)与第一升降机构基板(2.2)平齐；此时，由于第二升降机构基板(3.2)位于第一升降机构基板(2.2)所开设的通孔(2.7)中，因此，第二升降机构基板(3.2)和第一升降机构基板(2.2)共同形成一个平面，该平面作为铺粉平台；然后，由于包括第一升降机构基板(2.2)的小台面工作单元(3)固定安装于大台面工作单元(2)上，因此，后续过程中，只通过第一升降机构(2.1)驱动第一升降机构基板(2.2)进行升降运动时，可同步带动第二升降机构基板(3.2)进行升降运动，由此实现第二升降机构基板(3.2)和第一升降机构基板(2.2)形成的整体铺粉平台进行升降运动，从而实现激化融化成形工艺。

本发明提供的一种可变台面范围的工作缸体以及台面变化方法具有以下优点：

通过设计两套升降机构，即第一升降机构和第二升降机构，从而实现可改变工作台面，其中，第一升降机构实现大台面工作，第二升降机构实现小台面工作，当打印小零件时，采用第二升降机构驱动小台面实现粉末和基板的下降；当打印大零件时，首先使第二升降机构驱动小台面升降，使小台面和外围的大台面平齐，小台面和外围的大台面共同形成大工作台面；然后，使第一升降机构驱动大工作台面实现粉末和基板的下降。因此，可灵活调整工作台面的面积大小，灵活适应高效的打印小零件和大零件的需求，适用范围广，尤其当打印小零件时，可有效节约粉末。

附图说明

图1为本发明提供的可变台面范围的工作缸体的整体结构示意图；

图2为图1去掉缸体后的结构示意图；

图3为大台面工作单元和小台面工作单元之间的相对运动示意图；

图4为大台面工作单元的结构示意图；

图5为小台面工作单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种可变台面范围的工作缸体，如图1-5所示，包括缸体1、大台面工作单元2、小台面工作单元3和固定底板座4。下面对大台面工作单元2和小台面工作单元3分别详细介绍：

(一)大台面工作单元

参考图4，大台面工作单元2包括：第一升降机构2.1、第一升降机构基板2.2、第一升降机构中间层板2.3、第一升降机构上安装底板2.4和第一升降机构下安装底板2.5；其中，第一升降机构2.1为双丝杠多导柱式传动机构，包括左侧丝杠传动机构、右侧丝杠传动机构和第一升降机构导柱2.6；

固定底板座4的上方设置第一升降机构基板2.2，第一升降机构基板2.2的底面通过第一升降机构中间层板2.3与第一升降机构上安装底板2.4固定到一起；并且，固定到一起的第一升降机构基板2.2、第一升降机构中间层板2.3和第一升降机构上安装底板2.4的中心开设有通孔2.7；

第一升降机构下安装底板2.5设置于固定底板座4的下方；第一升降机构导柱2.6的底端与第一升降机构下安装底板2.5固定安装，第一升降机构导柱2.6的顶端贯穿固定底板座4并与第一升降机构上安装底板2.4固定到一起；

固定底板座4的左右两侧对称安装左侧丝杠传动机构和右侧丝杠传动机构；左侧丝杠传动机构和右侧丝杠传动机构同时用于带动第一升降机构下安装底板2.5进行上下直线移动；当第一升降机构下安装底板2.5上下移动时，带动第一升降机构导柱2.6上下移动；当第一升降机构导柱2.6上下移动时，带动第一升降机构上安装底板2.4在缸体1的内部上下移动，当第一升降机构上安装底板2.4在缸体1的内部上下移动时，带动第一升降机构基板2.2在缸体1的内部上下移动。

其中，左侧丝杠传动机构和右侧丝杠传动机构的结构相同，均包括：第一升降机构丝杠2.7、第一升降机构丝杠螺母2.8、第一升降机构丝杠支撑座2.9、第一升降机构电机座2.10、第一升降机构减速器2.11和第一升降机构电机2.12；

第一升降机构丝杠支撑座2.9固定安装于固定底板座4上；第一升降机构丝杠2.7设置在第一升降机构丝杠支撑座2.9中；第一升降机构丝杠支撑座2.9上固定安装第一升降机构电机座2.10；第一升降机构电机2.12通过第一升降机构减速器2.11设置于第一升降机构电机座2.10中；第一升降机构丝杠2.7的顶部通过第一升降机构减速器2.11与第一升降机构电机2.12连接；第一升降机构丝杠2.7的底部穿过第一升降机构下安装底板2.5，并在第一升降机构丝杠2.7的底部安装第一升降机构丝杠螺母2.8；因此，第一升降机构电机2.12通过第一升降机构减速器2.11驱动第一升降机构丝杠2.7转动，第一升降机构丝杠2.7转动时，带动第一升降机构丝杠螺母2.8沿第一升降机构丝杠2.7上下移动；又由于第一升降机构丝杠螺母2.8和第一升降机构下安装底板2.5固定连接，因此，第一升降机构下安装底板2.5随着第一升降机构丝杠螺母2.8的上下移动而实现上下移动。

大台面工作单元2还包括光栅尺2.13；光栅尺2.13垂直设置，光栅尺2.13的顶部与固定底板座4的下表面固定连接，通过安装光栅尺，可实现对第一升降机构的升降长度的测量，实现自动铺粉过程。

(二)小台面工作单元

参考图5，小台面工作单元3包括第二升降机构3.1、第二升降机构基板3.2、第二升降机构基板上顶安装平板3.3、第二升降机构安装侧板3.4、第二升降机构安装座3.5；其中，第二升降机构3.1为单丝杠多导柱式传动机构，包括单丝杠传动机构和第二升降机构导柱3.6；

第二升降机构安装座3.5的四周固定安装第二升降机构安装侧板3.4；第二升降机构安装座3.5位于大台面工作单元2的内部，并且，第二升降机构安装侧板3.4与大台面工作单元2的第一升降机构上安装底板2.4固定连接；因此，当大台面工作单元2的第一升降机构基板2.2进行升降运动时，通过第二升降机构安装侧板3.4而带动第二升降机构安装座3.5进行同步运动；

第二升降机构安装座3.5的上面设置第二升降机构基板3.2，第二升降机构基板3.2的形状与大台面工作单元2的通孔2.7的形状相适配，第二升降机构基板3.2的底面固定第二升降机构基板上顶安装平板3.3；第二升降机构导柱3.6的顶部与第二升降机构基板上顶安装平板3.3的下表面固定连接；第二升降机构导柱3.6的底部穿设第二升降机构安装座3.5；

单丝杠传动机构用于带动第二升降机构基板上顶安装平板3.3沿第二升降机构导柱3.6进行上下直线移动；当第二升降机构基板上顶安装平板3.3进行上下直线移动时，带动第二升降机构基板3.2进行上下直线移动。

其中，第二升降机构3.1的单丝杠传动机构包括：第二升降机构丝杠3.7、第二升降机构电机3.8、第二升降机构丝杠螺母3.9和第二升降机构丝杠螺母套筒3.10；

第二升降机构丝杠3.7通过丝杠轴承固定在第二升降机构安装座3.5上；第二升降机构电机3.8设置于第二升降机构丝杠3.7的下面并与第二升降机构丝杠3.7的底端联动；第二升降机构丝杠3.7的外部套设第二升降机构丝杠螺母3.9；第二升降机构丝杠螺母3.9与第二升降机构丝杠螺母套筒3.10固定连接；第二升降机构丝杠螺母套筒3.10还与第二升降机构基板上顶安装平板3.3固定；

因此，第二升降机构电机3.8带动第二升降机构丝杠3.7运转，从而带动第二升降机构丝杠螺母3.9沿着第二升降机构丝杠3.7上下移动；当第二升降机构丝杠螺母3.9上下移动时，由于第二升降机构丝杠螺母套筒3.10与第二升降机构丝杠螺母3.9固定，因此，第二升降机构丝杠螺母套筒3.10随着第二升降机构丝杠螺母3.9的上下移动而上下移动；当第二升降机构丝杠螺母套筒3.10上下移动时，带动第二升降机构基板上顶安装平板3.3上下移动。

小台面工作单元3还包括第二升降机构限位开关3.11；第二升降机构限位开关3.11安装于第二升降机构安装座3.5的下表面，用于实现第二升降机构3.1的限位。

本发明中，基板即铺粉台面，其中，第二升降机构基板为小台面；第一升降机构基板和第二升降机构基板平齐后共同组成大台面。

本发明还提供一种基于可变台面范围的工作缸体的台面变化方法，包括以下步骤：

当需要打印小零件时，首先通过第一升降机构2.1驱动第一升降机构基板2.2进行上升运动，使第一升降机构基板2.2与外部工作台面平齐；然后，通过第二升降机构3.1驱动第二升降机构基板3.2进行升降，使第二升降机构基板3.2作为铺粉平台进行激化融化成形工艺；

当需要打印大零件时，首先通过第二升降机构3.1驱动第二升降机构基板3.2进行升降运动，调整第二升降机构基板3.2的高度，使第二升降机构基板3.2与第一升降机构基板2.2平齐；此时，由于第二升降机构基板3.2位于第一升降机构基板2.2所开设的通孔2.7中，因此，第二升降机构基板3.2和第一升降机构基板2.2共同形成一个平面，该平面作为铺粉平台；然后，由于包括第一升降机构基板2.2的小台面工作单元3固定安装于大台面工作单元2上，因此，后续过程中，只通过第一升降机构2.1驱动第一升降机构基板2.2进行升降运动时，可同步带动第二升降机构基板3.2进行升降运动，由此实现第二升降机构基板3.2和第一升降机构基板2.2形成的整体铺粉平台进行升降运动，从而实现激化融化成形工艺。

本发明提供的一种可变台面范围的工作缸体以及台面变化方法具有以下优点：

通过设计两套升降机构，即第一升降机构和第二升降机构，从而实现可改变工作台面，其中，第一升降机构实现大台面工作，例如第一升降机构打印范围设计到500×500mm；第二升降机构实现小台面工作，例如，第二升降机构打印范围变小到250×250mm；当打印小零件时，小台面工作单元固定安装于大台面工作单元的安装板上，因此，首先使大台面工作单元的第一升降机构基板上升到与外部工作平台平齐的位置，然后，仅采用第二升降机构驱动小台面实现粉末和基板的下降，可以节约铺的粉末量；当打印大零件时，首先使第二升降机构驱动小台面升降，使小台面和外围的大台面平齐，小台面和外围的大台面共同形成大工作台面；然后，使第一升降机构驱动小台面和外围的大台面形成的大工作台面实现粉末和基板的下降。因此，可灵活调整工作台面的面积大小，灵活适应高效的打印小零件和大零件的需求，适用范围广，尤其当打印小零件时，可有效节约粉末。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。