一种构建仓水平移动和定位机构及金属增材制造设备的制作方法

1.本发明涉及金属3d打印技术领域，具体涉及一种构建仓水平移动和定位机构及金属增材制造设备。


背景技术：

2.选区激光熔化(selective laser melting，slm)是现今金属3d打印行业最主流的工艺手段，具有材料利用率高、适用材料范围广、可制造复杂形状零件等优点，是一种极具发展前景的快速成型技术。其主要工作原理是将三维建模切片后的文件导入3d打印设备，基于送粉铺粉的方式采用刮刀平铺金属粉末，通过计算机控制高能激光逐层扫描轮廓堆积成形工件。
3.构建仓(也被称作成形缸或打印缸)作为slm技术装备中必要的硬件部分,其结构类似活塞机构，主要包括构建仓体，内部上下运动的打印平台和打印平台驱动，构建舱体和打印平台间具有粉末密封机构。当前国内外构建仓整体现有方案主要分为三类，第一类为构建舱体与打印仓固连，打印平台和驱动固连，打印平台只能在构建舱体内做上下往复运动；第二类为构建舱体可上下和水平运动或转动，打印平台跟驱动可分离，并跟随构建舱一起移动，但打印平台驱动只能做上下往复运动，如德国eos公司的m400系列，slm solution的slm 500,华曙高科的fs421m；第三类为构建舱体只能水平运动或转动，打印平台和驱动固连，两者跟随构建舱体一起做水平运动或转动，如铂力特的blt s500。
4.采用第一类方案设计的金属3d打印设备，因为零件需要从构建仓顶部的打印仓取出，故只能打印小尺寸零件。而且，设备每次打印完任务后，需等待工件自热冷却后才能取出并清理现有构建仓，然后才能重新装夹新的打印基板(也叫基材)开始新的打印，所以设备利用率低；
5.采用第二类方案设计的金属3d打印设备，因为零件随构建仓体和打印平台移动到其它工位进行取件，故可整体更换新的备用构建仓体和打印平台立即进行新任务打印，如slm 800，但是设备取件需要一套单独的顶升机构以驱动打印平台上升进行取件，故系统结构复杂，而且构建仓体和打印平台并不固连，打印平台需和多套打印平台驱动多次定位和夹装，对重复精度要求非常高。
6.采用第三类方案设计的金属3d打印设备，因为构建仓整体(构建仓体，打印平台和打印平台驱动)脱离，所以无需设计打印平台驱动和打印平台的断开和重新装夹，所以系统稳定性好，特别是打印平台相对焦平面(激光聚焦平面)的平行度。另外，因为打印过程和取件过程采用同一套驱动机构，所以系统结构简单，仅需进行构建仓整体移动和定位，重复定位精度高，便于控制。
7.基于第三种类型构建仓，现有技术方案采用双导轨组合单丝杆方式驱动构建仓整体移动，但该技术方案防尘性能不足，金属粉尘颗粒度非常小(10微米级)，即使带有防护罩，粉尘也非常容易进入导轨滑块以及丝杠螺母内，上述元件本身需要定期添加固态润滑剂进行润滑，而金属粉末和固体润滑剂接触会充分混合，这不仅降低了润滑剂本身的作用，
而且会造成金属颗粒进入高精度配合间隙内，这会大大降低硬件运动寿命，进而影响整机寿命。
8.其次，现有技术方案结构稳定性受导轨和丝杠长度限制。众所周知，直线导轨和丝杠长度越长精度越差，故其最大运动行程受结构限制。
9.再次，采用丝杆配套直线导轨的驱动方式，构建仓运动速度受丝杠导程和减速机减速比限制。
10.最后，丝杆螺母结构现有技术只能做到直线运动不能转向。


技术实现要素：

11.本发明的发明目的是提供一种构建仓水平移动和定位机构及金属增材制造设备。
12.为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种新型构建仓水平移动和定位机构，包括机架和定位机构，机架上固定有两条平行设置的导轨和位于导轨上方的伸缩机构；所述导轨上设有驱动装置，驱动装置的驱动端固定有固定板，固定板的上表面安装有构建仓，驱动装置沿所述导轨带动构建仓水平移动；所述定位机构包括对应设置的定位槽和定位柱，所述定位槽固定在所述固定板或者所述构建仓上，所述定位柱固定在所述伸缩机构的伸缩端。
13.上述技术方案中，所述驱动装置包括电机、固定在所述固定板下表面的减速机以及与导轨滚动连接的滚轮；所述滚轮对应两条所述导轨由成对设置的驱动轮以及辅助轮组成；每对所述驱动轮之间均通过所述电机配合所述减速机实现同步驱动。
14.上述技术方案中，所述电机为伺服电机，三相异步电动机和变频电机中的一种。
15.上述技术方案中，所述滚轮径向的一侧设有导向装置，导向装置由若干组成对设置并贴着导轨滚动的导向轮以及滚轮固定板组成，每对导向轮均通过滚轮固定板固定在滚轮上；每对所述导向轮均夹设在每条所述导轨两侧并紧贴导轨设置；所述导向轮均为可拆卸连接，便于后期的更换与维修；且导向轮内部为艳色材料，无需对比可以直接通过观察其颜色变化来判断其磨损程度，从而实现及时更换。
16.上述技术方案中，至少有一组所述驱动轮以及辅助轮安装有导向装置。
17.上述技术方案中，所述滚轮的径向两侧均设有可拆卸的防撞块，所述机架上对应防撞块设有防撞柱；所述防撞块为较大一面固定在滚轮上的圆台结构的橡胶材料。
18.上述技术方案中，所述定位柱为转动或非转动的限位结构；优选的，所述定位柱可以是多组滚动轴承，也可是带有轴承的滚轮，也可是非转动圆柱。
19.上述技术方案中，所述定位槽为顶部开设有限位槽的定位结构；优选的，所述定位槽为v型结构。
20.上述技术方案中，所述伸缩机构为电缸、电机和气缸中的一种；所述伸缩机构由电缸、电机或气缸进行直接或者间接驱动。
21.本发明还请求保护一种采用上述结构型的金属增材设备。
22.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
23.1.本发明的一种构建仓水平移动和定位机构及金属增材制造设备，采用四组滚轮和双导轨方式进行驱动，解决了金属颗粒易进入高精度配合间隙内的问题，无需润滑维修；
24.2.本发明构建仓的运动方向取决于导轨的结构，可做非直线运动实现平面转向；
25.3.本发明滚轮驱动构建仓的结构，保证了其运动精度，使其构建仓可以全程处于高速且稳定的运动状态，且最大运动行程不受限制；
26.4.本发明增加导向装置，增加了装置的稳定性，使得结构更加稳定
27.5.本发明的方法简单易行，成本较低，适于推广应用。
附图说明
28.图1是本发明实施例1的结构示意图；
29.图2是本发明驱动装置与固定板的组合结构示意图；
30.图3是本发明定位槽与定位柱处于卡合状态时的结构示意图
31.其中：1、机架；2、导轨；3、伸缩机构；4、驱动装置；5、固定板；6、构建仓；7、定位槽；8、定位柱；9、驱动轮；10、辅助轮；11、导向轮；12、滚轮固定架；13、防撞块；14、防撞柱。
具体实施方式
32.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
33.实施例1
34.请参照图1和图2，一种构建仓水平移动和定位机构，包括机架1和定位机构，机架1上固定有两条平行设置的导轨2和伸缩机构3；所述导轨2上可设有转弯角，转弯角为l型或者c型，可实现平面转向操作。
35.所述导轨2设有驱动装置4，驱动装置4的上表面固定有固定板5，固定板5的上表面安装有构建仓6，驱动装置4沿所述导轨2带动构建仓6水平移动；所述驱动装置4包括电机、通过支架固定在所述固定板5下表面的减速机以及与导轨2滚动连接的滚轮，电机为伺服电机，三相异步电动机和变频电机中的一种；所述滚轮对应两条所述导轨2由成对设置的驱动轮9以及辅助轮10组成；所述驱动轮9为1对，辅助轮10至少为1对，即辅助轮10的个数不限于2，也可是4，6，8等偶数组合；所述驱动轮9之间均通过所述电机配合所述减速机实现同步驱动；所述驱动轮9和所述减速机通过传动轴和联轴器连接，且每对驱动轮9均为共轴心设置，使得驱动轮9与减速机之间的传动更加稳定，最大运动速度高；通过导轨2和滚轮的配合使用可以实现本装置在水平面上的万向移动。
36.所述定位机构包括对应设置的定位槽7和定位柱8，所述定位槽7固定在所述固定板5或者所述构建仓6上，所述定位柱8固定在伸缩机构3的伸缩端，所述定位槽7用于定位柱8的限位以便于确定构建仓6的位置信号；所述定位柱8可以是多组滚动轴承，也可是带有轴承的滚轮，也可是非转动圆柱；通过定位柱8与定位槽7的配合使用可以使得构建仓6在运动始末的位置限定更加精确；所述伸缩机构3为电缸、电机和气缸中的一种；所述伸缩机构3由电缸、电机或气缸进行直接或者间接驱动。
37.所述滚轮的径向一侧设有导向装置，优选的，滚轮中的一个驱动轮9和辅助轮10上设有驱动装置4，导向装置由若干成对设置并贴着导轨2滚动的导向轮11以及滚轮固定架12组成，每对导向轮11均通过滚轮固定架12固定在滚轮上；每对所述导向轮11均夹设在每条所述导轨2两侧并紧贴导轨2设置，以实现驱动装置4的实时导向，导向轮11的设计减少了与导轨2之间的摩擦；多个导向轮11的设计减缓了其磨损程度。
38.每个所述滚轮的径向两侧均设有防撞块13，所述机架1上对应防撞块13设有防撞
柱14，所述防撞柱14分别位于所述导轨2的首尾两侧；所述防撞块13通过滚轮固定架12固定在所述滚轮安装有导向装置的一侧，通过防撞固定板固定在滚轮没有安装导向装置的一侧；或者所述防撞块13均通过防撞固定板固定在滚轮上。
39.所述防撞块13与防撞柱14均位于所述机架1的下侧，避免构建仓在移动过程中，因限位失效进而发生硬性碰撞，损坏结构。
40.实施例2
41.本实施例是在上述实施例1的基础上进行的，与上述实施例相同之处不予赘述。
42.本实施例主要介绍本发明的另一种结构：
43.所述机架底部设有高度调节装置，用于调节装置的平衡。
44.所述导轨2上表面开设有齿形槽，所述滚轮为与齿形槽啮合的突齿结构。
45.所述滚轮对应所述两条导轨2划分为两条滚轮组，每条滚轮组均由驱动轮9和辅助轮10组成；每条所述滚轮组的首尾两端均固定有防撞块13和导向轮，首尾两端的导向轮设置使得装置在运动过程中更加稳定且更加节约材料。
46.所述定位机构包括对应设置的定位槽7和定位柱8，所述定位槽7固定在伸缩机构3的伸缩端，所述定位柱8固定在所述固定板5或者所述构建仓6上；应该理解，定位槽7和定位柱8其中一个固定在所述驱动装置4的驱动端，另一个固定的安装在设置在所述机架1上的移动端，即定位机构中的一个组件可布置于驱动端上任一位置。
47.所述定位槽7为v型结构或者u型结构，避免定位柱8从定位槽7中滑出。
48.实施例3
49.本实施例主要介绍本发明的工作流程：
50.操作人员下达启动指令，伸缩机构3缩回，定位柱8脱离定位槽7，驱动轮9通过电机配合减速机实现驱动并带动构建仓6运动；
51.驱动轮9根据导轨2方向实现直线或非直线运动，驱动过程导向装置的导向轮11通过与滑轨的接触，不断矫正了滚轮的行驶方向，避免构建仓6发生偏移；
52.构建仓6移动到设定位置，驱动轮9停止运动，伸缩机构3伸出，定位柱8卡进定位槽7，完成指令。
53.本发明的一种构建仓水平移动和定位机构及金属增材制造设备，采用四组滚轮和双导轨2方式进行驱动，解决了金属颗粒易进入高精度配合间隙内的问题，无需润滑维修；构建仓6的运动方向取决于导轨2的结构，可做非直线运动实现平面转向；滚轮驱动构建仓6的结构，保证了其运动精度，使其构建仓6可以全程处于高速且稳定的运动状态，且最大运动行程不受限制；增加导向装置，增加了装置的稳定性，使得结构更加稳定。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的上述实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。