本发明涉及一种3D打印机，特别涉及一种SLM3D打印机。
背景技术：
选择性激光熔融技术（Selective Laser Melting，SLM），是一种基于增材制造原理，采用逐层叠加的方式，通过高功率密度的激光器选择性的熔化预置金属粉末的技术。具体为，首先在计算机上利用三维造型软件设计出零件的三维实体模型，并转化为切片软件可以识别的数据格式；其次通过切片软件对获取的三维模型进行支持添加和切片分层处理，得到三维模型的截面轮廓数据；然后路径规划软件对轮廓数据进行扫描路径处理；最后将获取的路径规划后的数据导入激光选区熔化设备，工控机将按照每层轮廓的扫描路径，控制激光束选区逐层熔化金属粉末材料，逐步堆叠成型致密的三维金属零件实体。其属于无模制造，即无需制造模具，直接一次性成型，大大减少了开模制模所耗费的时间。激光选区熔化成型技术不会受到零件复杂形貌的影响，具有高度的自由成型能力。
现有的SLM3D打印机具有微区熔融与凝固的特点，由于激光束扫描速度快，熔化的金属熔池小，所以冷却凝固速度极快，具有极大的过冷度，易导致金属凝固的过程中产生裂纹，从而降低成品率；同时，现有的SLM3D打印完成时间较长，不适于大规模生产，其打印速度较慢，有待改进。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种SLM3D打印机，以解决上述背景技术中所提出的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种SLM3D打印机，包括气体保护箱以及设置在气体保护箱外壁的计算机，所述气体保护箱内设置铺粉成型工作台，所述铺粉成型工作台的上方设置有两组X轴运动机构，两组所述X轴运动机构均连接有同一个Y轴运动机构，所述铺粉成型工作台上依次插装有送粉缸、铺粉成型缸以及粉末回收缸，所述铺粉成型缸内设置有打印基板，所述打印基板的一侧设置有可驱动打印基板在铺粉成型缸内Z向移动的Z向运动机构，每一组所述X轴运动机构上均设置有可在打印基板上进行激光选区融化的激光熔覆装置以及改善金属组织与力学性能的激光热处理装置；
所述送粉缸内设置有用以将送粉缸内的原材料粉末送到铺粉成型工作台表面的送粉装置，所述铺粉成型工作台上设置有铺粉装置，溢出的原材料粉末在所述铺粉装置带动下进入铺粉成型缸，并均匀平铺在所述成型工作台表面，多余的原材料粉末在所述铺粉装置带动下进入粉末回收缸，所述粉末回收缸内设置有粉末筛分装置，所述送粉缸的上方设置有可对送粉缸进行定量供粉操作的供粉装置。
本发明进一步设置为：所述铺粉装置包括有设置在气体保护箱外壁上的铺粉驱动电机，所述铺粉驱动电机的输出轴穿入气体保护箱内固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮的一侧设置有啮合的齿轮带，所述齿轮带的另一侧设置有啮合的从动齿轮，所述齿轮带的一侧固定连接有铺粉移动块，所述铺粉移动块滑移连接有回型框，所述回型框的一侧固定连接有铺粉刮板，所述铺粉刮板的底部与铺粉成型工作台表面相抵接，所述铺粉刮板可分别驱动供粉装置进行自动供粉操作以及驱动粉末筛分装置进行超声波筛选。
本发明进一步设置为：所述供粉装置包括有内置有原材料粉末的进料斗，所述进料斗的一端设置有环绕进料斗出料口处的密封圈，所述密封圈的一侧抵接有转盘，所述转盘的一侧设置有可与进料斗进料口相配合的凹槽，所述转盘的轴心处设置有可驱动转盘进行转动的步进电机，所述步进电机的一端电连接有第一点动开关。
本发明进一步设置为：所述粉末筛分装置包括在粉末回收缸内从上至下依次设置的收集料斗、一级筛板、二级筛板、回收料斗以及集料箱，所述一级筛板以及二级筛板的一侧均设置有换能器，所述换能器的一侧均电连接有超声波电源，所述超声波电源的一侧连接有第二点动开关。
本发明进一步设置为：当所述铺粉移动块随着齿轮带的转动在主动齿轮一侧进行竖直方向上的移动时，所述铺粉刮板的一端可对第一点动开关进行按压；当所述铺粉移动块随着齿轮带的转动在从动齿轮一侧进行竖直方向上的移动时，所述铺粉刮板的一端可对第二点动开关进行按压。
本发明进一步设置为：所述激光熔覆装置与激光热处理装置均包括有振镜系统，聚焦系统，扩束系统以及光纤激光器；所述激光熔覆装置中的光纤激光器最大功率为1000W，所述激光热处理装置中的激光器最大功率为700W。
本发明进一步设置为：所述打印基板的底部设置有可对位于打印基板上方的粉末进行预热的电磁加热装置，所述电磁加热装置包括有若干个相互独立设置的磁力感应加热模块，每个所述磁力感应加热模块由绝缘耐高温的壳体、磁力线圈以及磁力感应加热环盘组成，所述磁力线圈置于壳体内，所述壳体顶壁对应磁力线圈的位置处开设有通孔，所述磁力感应加热环盘架设于通孔上方，所述通孔使得磁力感应加热环盘与磁力线圈之间形成无阻碍的磁力传播区。
本发明进一步设置为：所述通孔的直径大于磁力感应加热环盘的内圆直径。
本发明进一步设置为：所述铺粉刮板的一侧设置有半圆形弧形槽。
本发明进一步设置为：所述一级筛板的孔径大于二级筛板的孔径。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
（1）激光熔覆装置中的光纤激光器最大功率为1000W，激光热处理装置中的激光器最大功率为700W。在使用过程中，先用激光熔覆装置中的激光束融化金属粉末材料，以成型致密的三维金属零件实体。由于激光束扫描速度快，熔化的金属熔池小，所以冷却凝固速度极快；此时，再通过激光热处理装置中的激光束选择性的再一次扫描刚堆积成型的三维金属零件实体，使得3000℃的三维金属零件实体降低至室温的这一过程进行延长，进而延长冷却时间，以达到去除三维金属零件实体内部裂痕的目的;
（2）当铺粉移动块随着齿轮带的转动在主动齿轮一侧进行竖直方向上的移动时，其铺粉刮板的一端可对第一点动开关进行按压，使得步进电机进行启动，并促使步进电机带动转盘转动一周。位于凹槽内的原材料粉末会由于重力的原因掉落至送粉缸内，并在送粉装置的作用下将由转盘处掉落至送粉缸内的原材料粉末送至铺粉成型工作台表面，使得原材料粉末在送粉缸上移动一定距离。当铺粉移动块随着齿轮带的传动而进行水平方向上的移动时，其溢出的原材料粉末在铺粉刮板的带动下进入铺粉成型缸，并均匀的平铺在成型工作台表面。多余的原材料粉末在铺粉刮板的带动下进入粉末回收缸并由粉末筛分装置进行筛分收集，以进行二次利用。当铺粉移动块随着齿轮带的转动在从动齿轮一侧进行竖直方向上移动时，其铺粉刮板的一端可对第二点动开关进行按压，使得超声波电源启动；
（3）通过铺粉刮板分别按压第一点动开关以及第二点动开关，即可同步驱动供粉装置进行自动供粉操作，以及驱动粉末筛分装置进行超声波筛选。使得本发明出的SLM3D打印机具备自动送料，自动铺粉，自动对多余的粉末进行分级筛选回收，其自动化程度高，可提高3D打印效率；
（4）通过在同一个Y轴运动机构上设置有两组相互独立的X轴运动机构，每组X轴运动机构上均设置有可在打印基板上进行激光选区融化的激光熔覆装置以及改善金属组织与力学性能的激光热处理装置，使得多个激光头同时打印可以提高3D打印效率，并可以在打印的同时进行激光热处理。
附图说明
图1为本实施例的结构示意图；
图2为图1去除气体保护箱以及计算机后的结构示意图；
图3为图2的主示意图；
图4为图2去除X轴运动机构、Y轴运动机构、激光熔覆装置以及激光热处理装置后的结构示意图；
图5为图2中X轴运动机构、Y轴运动机构、激光熔覆装置以及激光热处理装置的结构示意图；
图6为图4中的铺粉装置以及供粉装置的结构示意图；
图7为激光熔覆装置以及激光热处理装置的原理图；
图8为图4中的磁力感应加热模块的结构剖视图。
附图标记：1、气体保护箱；2、计算机；3、铺粉成型工作台；4、X轴运动机构；5、Y轴运动机构；6、送粉缸；7、铺粉成型缸；8、粉末回收缸；9、打印基板；10、Z向运动机构；11、激光熔覆装置；12、激光热处理装置；13、送粉装置；14、铺粉装置；15、粉末筛分装置；16、供粉装置；17、铺粉驱动电机；18、主动齿轮；19、齿轮带；20、从动齿轮；21、铺粉移动块；22、回型框；23、铺粉刮板；24、进料斗；25、密封圈；26、转盘；27、凹槽；28、步进电机；29、第一点动开关；30、收集料斗；31、一级筛板；32、二级筛板；33、回收料斗；34、集料箱；35、换能器；36、导线；37、超声波电源；38、第二点动开关；39、Y向直线导轨；40、Y向移动丝杆；41、Y向移动电机；42、支撑板；43、第一移动板；44、第二移动板；45、连接板；46、X向移动丝杆；47、X向平移电机；48、X向移动块；49、振镜系统；50、聚焦系统；51、扩束系统；52、光纤激光器； 53、电磁加热装置；54、磁力感应加热模块；55、壳体；56、磁力线圈；57、磁力感应加热环盘；58、通孔；59、无阻碍的磁力传播区；60、转动门板；61、把手；62、输料门板；63、弧形槽；64、PLC组件；65、收集门板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1和图2所示，一种SLM3D打印机，包括气体保护箱1以及设置在气体保护箱1外壁的计算机2。气体保护箱1内设置铺粉成型工作台3，铺粉成型工作台3的上方设置有两组X轴运动机构4，两组X轴运动机构4均连接有同一个Y轴运动机构5；铺粉成型工作台3上依次插装有送粉缸6、铺粉成型缸7以及粉末回收缸8。铺粉成型缸7内设置有打印基板9，打印基板9的一侧设置有可驱动打印基板9在铺粉成型缸7内Z向移动的Z向运动机构10，每一组X轴运动机构4上均设置有可在打印基板9上进行激光选区融化的激光熔覆装置11以及改善金属组织与力学性能的激光热处理装置12。
如图2和图3所示，送粉缸6内设置有用以将送粉缸6内的原材料粉末送到铺粉成型工作台3表面的送粉装置13，铺粉成型工作台3上设置有铺粉装置14，溢出的原材料粉末在铺粉装置14带动下进入铺粉成型缸7，并均匀平铺在成型工作台表面，多余的原材料粉末在铺粉装置14带动下进入粉末回收缸8，粉末回收缸8内设置有粉末筛分装置15。送粉缸6的上方设置有可对送粉缸6进行定量供粉操作的供粉装置16。
如图4和图6所示，铺粉装置14包括有设置在气体保护箱1外壁上的铺粉驱动电机17，铺粉驱动电机17的输出轴穿入气体保护箱1内固定连接有主动齿轮18，主动齿轮18的一侧设置有啮合的齿轮带19，齿轮带19的另一侧设置有啮合的从动齿轮20。齿轮带19的一侧固定连接有铺粉移动块21，铺粉移动块21滑移连接有回型框22，回型框22的一侧固定连接有铺粉刮板23，铺粉刮板23的底部与铺粉成型工作台3表面相抵接。
当铺粉驱动电机17进行启动时，主动齿轮18发生转动进而通过齿轮带19带动从动齿轮20发生转动。由于齿轮带19的一侧固定连接有铺粉移动块21，铺粉移动块21会跟随齿轮带19的转动而进行移动。当与齿轮带19固定连接的铺粉移动块21跟随齿轮带19的转动朝向靠近从动齿轮20方向水平移动时。此时，由于铺粉移动块21的水平两侧与回型框22相互抵接，进而铺粉移动块21在沿齿轮带19水平方向移动时会带动回型框22进行水平移动，从而带动与回型框22固定连接的铺粉刮板23在成型工作台表面进行水平移动。溢出的原材料粉末在铺粉刮板23带动下进入铺粉成型缸7，并均匀平铺在成型工作台表面，多余的原材料粉末在铺粉刮板23带动下进入粉末回收缸8。
当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在主动齿轮18或从动齿轮20一侧进行竖直方向上的移动时，由于铺粉移动块21与回型框22滑移连接，此时铺粉移动块21可滑移至与回型框22的上或下内表面相抵接，进而保证铺粉移动块21在竖直方向移动时不会带动与回型框22固定连接的铺粉刮板23上下移动，保证铺粉刮板23的底部与铺粉成型工作台3表面相抵接。上述运动过程随着移动块的往复移动而往复进行。
如图4和图6所示，供粉装置16包括有内置有原材料粉末的进料斗24，进料斗24的一侧与气体保护箱1内壁固定连接。进料斗24的一端设置有环绕进料斗24出料口处的密封圈25，密封圈25的一侧抵接有转盘26，转盘26的一侧设置有可与进料斗24进料口相配合的凹槽27。转盘26的轴心处设置有可驱动转盘26进行转动的步进电机28，步进电机28的一侧与气体保护箱1内壁固定连接。步进电机28的一端电连接有第一点动开关29。当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在主动齿轮18一侧进行竖直方向上的移动时，其铺粉刮板23的一端可对第一点动开关29进行按压，使得步进电机28进行启动，并促使步进电机28带动转盘26转动一周。由于转盘26的一侧与进料斗24进料口处相互抵接，且位于进料斗24一侧的密封圈25提高了进料斗24与转盘26之间的密封效果。
当转盘26转动时，位于凹槽27内的原材料粉末会由于重力的原因掉落至送粉缸6内，并在送粉装置13的作用下降由转盘26处掉落至送粉缸6内的原材料粉末送至铺粉成型工作台3表面。最终由铺粉装置14进行铺粉操作。当转盘26继续转动时，转盘26上的凹槽27转动至进料斗24进料口处时，其位于进料斗24内的原材料粉末进入凹槽27内。上述为步进电机28控制转盘26转动一周的运动过程。
如图4所示，粉末筛分装置15包括在粉末回收缸8内从上至下依次设置的收集料斗30、一级筛板31、二级筛板32、回收料斗33以及集料箱34。具体的，一级筛板31的孔径大于二级筛板32的孔径，通过分级过筛以提高筛分效率。一级筛板31以及二级筛板32的一侧均设置有换能器35，换能器35可带动一级筛板31、二级筛板32进行振动，依次分离出符合标准的原材料粉末。每个换能器35上连接设置有导线36，每根导线36穿出气体保护箱1连接设置有超声波电源37，超声波电源37能够控制启动换能器35，以超声波分别附加在一级筛板31、二级筛板32上，使得微细粉体接受巨大的超声加速度，从而能够抑制黏附、摩擦等堵塞因素，能够大幅度提高筛分效率和清网效率。特别的，超声波电源37的一侧电连接有第二点动开关38。当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在从动齿轮20一侧进行竖直方向上的移动时，其铺粉刮板23的一端可对第二点动开关38进行按压，使得超声波电源37进行启动，并通过换能器35的作用以带动第一筛板以及第二筛板进行超声波振动。
当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在主动齿轮18一侧进行竖直方向上的移动时，其铺粉刮板23的一端可对第一点动开关29进行按压，使得步进电机28进行启动，并促使步进电机28带动转盘26转动一周。位于凹槽27内的原材料粉末会由于重力的原因掉落至送粉缸6内，并在送粉装置13的作用下将由转盘26处掉落至送粉缸6内的原材料粉末送至铺粉成型工作台3表面，使得原材料粉末在送粉缸6上移动一定距离。当铺粉移动块21随着齿轮带19的传动而进行水平方向上的移动时，其溢出的原材料粉末在铺粉刮板23的带动下进入铺粉成型缸7，并均匀的平铺在成型工作台表面。多余的原材料粉末在铺粉刮板23的带动下进入粉末回收缸8并由粉末筛分装置15进行筛分收集，以进行二次利用。当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在从动齿轮20一侧进行竖直方向上移动时，其铺粉刮板23的一端可对第二点动开关38进行按压，使得超声波电源37启动。上述通过铺粉刮板23分别按压第一点动开关29以及第二点动开关38，即可同步驱动供粉装置16进行自动供粉操作，以及驱动粉末筛分装置15进行超声波筛选。使得本发明出的SLM3D打印机具备自动送料，自动铺粉，自动对多余的粉末进行分级筛选回收，其自动化程度高，可提高3D打印效率。
如图5所示，Y轴运动机构5包括Y向直线导轨39、Y向移动丝杆40以及Y向移动电机41。Y向直线导轨39与Y向移动丝杆40的底部均设置有支撑板42，每块支撑板42的两端均与气体保护箱1内壁固定连接。Y向直线导轨39与Y向移动丝杆40相互平行设置，其中Y向移动丝杆40的一端与Y向移动电机41的输出轴连接。两组X轴运动机构4均移动设置在同一个Y轴运动机构5上。
每组X轴运动机构4均包括有与Y向移动丝杆40螺纹连接的第一移动板43以及与Y向直线导轨39相套接的第二移动板44。第一移动板43与第二移动板44之间固定连接有同一个连接板45。第一移动板43与第二移动板44之间设置有X向移动丝杆46，X向移动丝杆46的两端分别与第一移动板43、第二移动板44转动连接，其中X向移动丝杆46的一端穿过第二移动板44设置有X向平移电机47，使得X向平移电机47可驱动X向移动丝杆46进行转动。
X向移动丝杆46的一侧螺纹连接有X向移动块48，X向移动块48的一侧与连接板45相抵接，使得X向移动块48不能随着X向移动丝杆46进行同步转动，以达到X向移动块48在X轴进行平移的效果。X轴固定块的一侧分别设置有可在打印基板9进行激光选区融化的激光熔覆装置11以及改善金属组织与力学性能的激光热处理装置12。
如图5和图7所示，激光熔覆装置11与激光热处理装置12均包括有振镜系统49，聚焦系统50，扩束系统51以及光纤激光器52；其中，激光熔覆装置11中的光纤激光器52最大功率为1000W，激光热处理装置12中的光纤激光器52最大功率为700W。在使用过程中，先用激光熔覆装置11中的激光束融化金属粉末材料，以成型致密的三维金属零件实体。由于激光束扫描速度快，熔化的金属熔池小，所以冷却凝固速度极快；此时，再通过激光热处理装置12中的激光束选择性的再一次扫描刚堆积成型的三维金属零件实体，以达到升温退火、去除金属内部应力的作用，进而可改善金属组织与力学性能。
经试验，刚通过激光熔覆装置11所烧结成型的三维金属零件实体温度可达3000℃，随后便快速冷却至室温。由于冷却凝固速度极快，具有极大的过冷度，易导致金属凝固的过程中产生裂纹；同时，在激光热处理的作用下，通过对三维金属零件实体再一次升温退火、慢慢冷却，使得3000℃的三维金属零件实体降低至室温的这一过程进行延长，进而延长冷却时间，以达到去除三维金属零件实体内部裂痕的目的。
如图4和图8所示，打印基板9的底部设置有可对位于打印基板9上方的粉末进行预热的电磁加热装置 53。电磁加热装置 53包括有若干个相互独立设置的磁力感应加热模块54，每个磁力感应加热模块54由绝缘耐高温的壳体55、磁力线圈56以及磁力感应加热环盘57组成。磁力线圈56置于壳体55内，壳体55顶壁对应磁力线圈56的位置处开设有通孔58，磁力感应加热环盘57架设于通孔58上方。通孔58的直径大于磁力感应加热环盘57的内圆直径，通孔58使得磁力感应加热环盘57与磁力线圈56之间形成无阻碍的磁力传播区59，以保证磁力传播效果。通电后，磁力线圈56产生磁力线，磁力感应加热环盘57感应磁力线并产生电磁感应热效应。磁力感应加热环盘57升温并对置于磁力感应加热环盘57上的打印基板9实施热传导或热辐射加热。特别的，每个磁力感应加热模块54中的磁力线圈56均通过计算机2控制以决定是否通电。
进一步的，气体保护箱1外壁设置有转动门板60，转动门板60的一侧设置有把手61。通过打开转动门板60，使得即使人员可将位于粉末回收缸8内的第一筛板、第二筛板以及集料箱34进行取出，以实现可拆卸第一筛板以及第二筛板的目的。
进一步的，气体保护箱1的顶部开设有与进料斗24相配合的输料门板62。通过打开输料门板62，以对进料斗24进行输料操作。
进一步的，气体保护箱1内可储存有惰性气体。在3D打印过程中，需要惰性气体来保护打印过程时，可以向气体保护箱1内注入惰性气体。
进一步的，铺粉刮板23的一侧设置有半圆形弧形槽63，通过设置半圆形弧形槽63可增大铺粉刮板23与原材料粉末之间的接触面积，以提高刮粉效率。
进一步的，计算器分别与激光熔覆装置11、激光热处理装置12、送粉装置13、铺粉驱动电机17、Y向移动电机41、X向平移电机47以及磁力线圈56相连接。
进一步的，Z向运动机构10包括有Z向气缸以及控制气缸上升或下降固定距离的PLC组件64，PLC组件64与计算机2数据连接。
进一步的，气体保护箱1的一侧设置有便于操作人员刮取打印基板9上3D打印成品的收集门板65。操作人员只需打开收集门板65，进而将打印基板9取下或将3D打印成品直接在打印基板9上取出。
工作过程：
首先将原材料（金属粉末）放入进料斗24内，位于进料斗24内的原材料可进入转盘26的凹槽27内。同时调整打印基板9的位置，使得气体保护箱1内的激光束能照射在打印基板9上；同步开启电磁加热装置 53，以对出现打印基板9上方的粉末进行预热。
激光熔覆装置11内的激光束开始扫描前，通过启动铺粉驱动机构，进而带动铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在主动齿轮18一侧进行竖直方向上的移动，其铺粉刮板23的一端可对第一点动开关29进行按压，使得步进电机28进行启动，并促使步进电机28带动转盘26转动一周。位于凹槽27内的原材料粉末会由于重力的原因掉落至送粉缸6内，并在送粉装置13的作用下将由转盘26处掉落至送粉缸6内的原材料粉末送至铺粉成型工作台3表面。当铺粉移动块21随着齿轮带19的传动而进行水平方向上的移动时，其溢出的原材料粉末在铺粉刮板23的带动下进入铺粉成型缸7，并均匀的平铺在成型工作台表面。多余的原材料粉末在铺粉刮板23的带动下进入粉末回收缸8并由粉末筛分装置15进行筛分收集，以进行二次利用。当铺粉移动块21随着齿轮带19的转动在从动齿轮20一侧进行竖直方向上移动时，其铺粉刮板23的一端可对第二点动开关38进行按压，使得超声波电源37启动。
工作时，通过计算机2在已有的3D模型切片数据的轮廓数据基础上，生成填充扫描路径，设备将按照这些填充扫描线，控制激光熔覆装置11使用激光束按照当前层的填充轮廓线选区熔化打印基板9上的粉末，随后控制激光热处理装置12使用激光束再一扫描打印完的三维金属零件，以降低三维金属零件的冷却时间，避免急冷急热环境下所造成的零件裂痕。上述加工完后，退出当前层，然后打印基板9在铺粉成型缸7下降一个层厚的距离。当铺粉刮板23对第一点动开关29进行按压时，供粉装置16对送粉缸6内输送粉末，送粉缸6内的送粉装置13对位于送粉缸6内的粉末送至铺粉成型工作台3表面。计算机2调入下一层轮廓的数据进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。整个加工过程在通有保护气体的箱体内进行，以避免金属在高温下与其他气体发生反应。