一种增材制造装置及方法与流程

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造装置及方法。

背景技术：

增材制造(3d打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来制造三维实体零件的制造技术。

在铺粉式的增材制造技术中，增加制造零件尺寸的方法是设置两个或多个的射线束，通过射线束对粉床表面进行扫描。由于一个射线束的偏转扫描范围是有限的，如果要制造的零件尺寸超出该射线束的偏转扫描范围，则无法制造。因此会采用多个射线束进行扫描，将多个射线束的偏转扫描范围拼接在一起，形成更大的扫描范围，这样就可以制造更大尺寸的零件。

但是上述多射线束的增材制造设备存在着以下问题：

由于多个射线束的增材制造设备的成形缸尺寸很大，填满整个成形缸需要的粉末材料的量很大。如果需要打印的零件尺寸足够大，则不会浪费铺设的粉末材料。但如果要打印的零件尺寸较小，由于上述多个射线束的增材制造设备的成形缸尺寸很大，仍然需要铺设大量的粉末材料，但是产出的却是小型零件，导致大部分粉末材料用不到，造成粉末材料的浪费。

因此，如何设计一种兼顾大尺寸零件打印能力和小尺寸零件打印的经济性的多射线束增材制造设备，是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种增材制造装置及方法，以达到兼具大尺寸零件打印能力和小尺寸零件打印的经济的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种增材制造装置，包括：

成形室，顶部设有至少一个射线发生器；

成形缸，可拆卸的位于成形室内，且内部设有活塞；

铺粉平台，可拆卸的安装在成形室内，与所述成形缸配套使用且设置在成形缸的两侧；

驱动轴，动密封且可移动的穿设于成形室上，并可拆卸的连接于所述活塞，所述驱动轴设置有至少一个，以连接支撑不同尺寸的成形缸的活塞。

作为优选，至少一个射线发生器的最大扫描范围至少覆盖所述成形缸的上表面。

作为优选，所述驱动轴设置为多个时，多个驱动轴同步移动。

作为优选，所述驱动轴设置为多个时，所述驱动轴等间距的穿设在成形室上。

作为优选，所述驱动轴设置为多个时，多个驱动轴中的一个或多个连接于所述活塞。

作为优选，所述射线发生器设置为多个时，多个射线发生器呈m×n排列布置，其中，m为射线发生器布置的排数，n为射线发生器布置的列数。

作为优选，所述射线发生器发射的射线束为电子束或者激光束，当所述射线束为电子束时，所述成形室内部为真空环境。

作为优选，还包括至少一个料斗，所述料斗可拆卸的安装在成形室内，且置于铺粉平台上方。

作为优选，还包括刮刀，所述刮刀可拆卸的安装在铺粉平台上方，用于将铺粉平台上的粉末材料刮至成形缸内。

作为优选，所述成形缸、铺粉平台、料斗以及刮刀成套设置。

本发明还提供一种增材制造方法，根据所要制造的零件的尺寸大小，将与所述零件尺寸大小相匹配的成形缸以及与成形缸配套使用的铺粉平台可拆卸的安装在成形室内，并将所述成形缸可拆卸的连接在至少一个驱动轴上。

本发明通过设置至少一个射线发生器，并将成形缸、铺粉平台可拆卸的安装在成形室内，通过驱动轴可拆卸连接成形缸的活塞，当需要制造不同尺寸的零件时，可以直接更换不同尺寸的成形缸以及与其配套的铺粉平台，进而满足对不同尺寸的零件的制造，能够兼具大尺寸零件的打印能力和小尺寸零件打印的经济性。

附图说明

图1是本发明增材制造装置具有某一尺寸成形缸的的结构示意图；

图2是本发明增材制造装置具有另一尺寸成形缸的结构示意图；

图3是本发明增材制造装置两个射线发生器的扫描范围示意图；

图4是本发明增材制造装置四个射线发生器的扫描范围示意图。

图中：

1、成形室；2、成形缸；3、铺粉平台；4、驱动轴；5、射线发生器；6、料斗；7、刮刀；21、活塞；61、粉末输送板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供一种增材制造装置，如图1和图2所示，该增材制造装置包括成形室1、成形缸2、铺粉平台3、驱动轴4、射线发生器5、料斗6以及刮刀7，其中：

上述成形缸2可拆卸的位于成形室1内，在成形缸2内部设有可移动的活塞21，用于放置铺设的粉末材料，具体的，粉末材料会铺满活塞21与成形缸2缸体之间的空间，并形成粉末薄层。本实施例中，上述粉末材料可以是钛、钛合金、铜合金、钛铝金属间化合物、钽合金、钢等，且粉末材料的粒径范围为45μm-105μm。

本实施例中，上述成形缸2可以根据不同的零件尺寸进行拆卸更换，进而避免使用单一尺寸成形缸2时，存在大尺寸零件无法制造以及小尺寸零件浪费粉末材料的问题。

在成形缸2的两侧密封连接有铺粉平台3，该铺粉平台3可拆卸的安装在成形室1内，用于承接粉末材料，并使粉末材料置于成形缸2内。上述铺粉平台3的尺寸可以和成形缸2的尺寸相配套，以满足两者能够放置在成形室1内为准。

在铺粉平台3的上方可拆卸的安装有上述刮刀7，该刮刀7至少具有水平移动的功能，即沿铺粉平台3可水平移动，其用于将铺粉平台3上的粉末材料铺设在成形缸2的活塞21上，以形成粉末薄层。本实施例中，上述刮刀7可以双向刮粉，即可以从左到右刮粉，也可以从右到左刮粉。

料斗6设置有至少一个，其可拆卸的安装在成形室1内且位于铺粉平台3的上方，本实施例中，将料斗6设置为两个，分别设置在铺粉平台3两侧的上方，在料斗6内放有粉末材料，料斗6的下方开口设置，且设置有粉末输送板61，通过粉末输送板61将其内的粉末材料输送至铺粉平台3上。本实施例中，优选的，上述两个料斗6对称设置。

本实施例中，由于上述成形缸2、铺粉平台3、料斗6以及刮刀7均为可拆卸的设置在成形室1内，因此在进行不同尺寸的零件制造时，可以单独将成形缸2以及与其配套的铺粉平台3更换为符合零件尺寸的成形缸2和铺粉平台3，也可以将上述成形缸2、铺粉平台3、料斗6以及刮刀7作为一套装置，同时更换为与零件尺寸相匹配的装置，通过一整套的装置更换，其更换速度更快，且配套效果更好，能够进一步增加增材制造效率。

本实施例中，上述驱动轴4动密封的穿设在成形室1下部，且其可拆卸的连接于上述成形缸2的活塞21。通过上述驱动轴4，能够支撑带动活塞21相对于成形缸2缸体上下移动，以便进行多层的粉末铺设。当需要更换不同尺寸的成形缸2时，可将成形缸2的活塞21从驱动轴4上拆卸下来，随后在将成形缸2从成形室1内拆卸下来，即可进行成形缸2的更换。

本实施例中，上述驱动轴4可以为一个，此时驱动轴4可拆卸连接在活塞21上。驱动轴4也可以为多个，当为多个时，可以是一个连接于成形缸2的活塞21(适用于成形缸2尺寸很小的情况)，也可以多个均连接于成形缸2的活塞21(适用于成形缸2尺寸很大的情况)，只需满足能够对成形缸2的活塞21平稳的支撑以及驱动即可。需要说明的是，当驱动轴4为多个时，多个驱动轴4同步运行，以便于多个驱动轴4均连接于活塞21时，能够保证活塞21的水平度不变，进而能够铺设符合要求的粉末薄层。

进一步的，当驱动轴4设置为多个时，多个驱动轴4等间距的穿设在成形室1上，以达到对活塞21的平稳支撑以及驱动，进一步保持活塞21的水平度不变。

本实施例中，上述射线发生器5设置有至少一个，且均设置在成形室1的顶部，其用于发射射线束，并由射线束对成形缸2上的粉末薄层进行扫描加工。上述射线束可以为电子束或者激光束，当射线束为电子束时，成形室1内部为真空环境。本实施例中优选选用为电子束，此时电子加速电压45-60kv，最大功率3kw以上。成形室1与真空获得装置(例如真空泵等)连接，以使得成形室1内的气压符合要求。在成形室1上还有辅助气体充入口，通过向成形室1内充入辅助气体，以调节成形室1内的气压达到设定值。上述辅助气体可以是惰性气体或者氮气，以避免与粉末材料发生物理或化学反应。

上述至少一个射线发生器5的最大扫描范围至少覆盖所述成形缸2的上表面，以达到满足对粉末薄层扫描完全的目的。本实施例中，上述射线发生器5可以设置一个，但是需要保证其能够完全的扫描粉末薄层，也就是说成形缸2的尺寸比较小。当成形缸2的尺寸比较大，单个射线发生器5不足以完全扫描粉末薄层时，需要多个射线发生器5共同作用，此时多个射线发生器5的扫描范围相合形成一个更大的扫描范围，即可实现对大尺寸的成形缸2上的粉末薄层的扫描。

本实施中，当射线发生器5设置为多个时，多个射线发生器5呈m×n排列布置，其中，m为射线发生器5布置的排数，n为射线发生器5布置的列数。可参照图3，以射线发生器5为两个为例，此时射线发生器5发射的射线束的扫描范围为方形(不限于方形)，此时两个射线发生器5成排设置，且两者的扫描范围部分地重叠，重叠区域为条状。成形缸2的尺寸不大于两者的扫描范围叠加后的最大尺寸。本例中，当一个射线发生器5能够满足完全对成形缸2上的粉末薄层的扫描时，其中一个射线发生器5可以不开启，即仅用一个射线发生器5即可。

参照图4，当成形缸2尺寸较大需要多个射线发生器5时，以射线发生器5为四个为例，此时四个射线发生器5呈2×2排列设置，四个射线发生器5发射的射线束的扫描范围叠加后的最大扫描范围如图4所示，此时成形缸2的尺寸不大于上述最大扫描范围。

通过上述设置，能够保证成形缸2上的粉末薄层完全被扫描，进而不会出现部分未扫描导致成形失败。

本实施例中，在进行增材制造时，首先将制造的三维零件的模型存储在计算机中，模型在计算机中被分层，并得到每一层的加工信息。三维零件的制造在成形室1中进行，粉末输送板61将料斗6内的粉末材料输送至铺粉平台3，刮刀7将粉末材料铺设在成形缸2的活塞21上方并形成粉末薄层，至少一个射线发生器5发射射线束，对粉末薄层进行扫描加工；当第一层完成后，粉末输送板61再次将料斗6内的粉末材料输送至铺粉平台3，刮刀7将粉末材料铺设在成形缸2的活塞21上方并形成粉末薄层，至少一个射线发生器5发射射线束，对粉末薄层进行扫描加工……如此循环，通过连续加工两层以上的粉末薄层构建出三维零件。

当需要制造不同尺寸的零件时，可以更换不同尺寸的成形缸2，可以直接更换不同尺寸的成形缸2以及与其配套的铺粉平台3，也可以直接更换整套的成形缸2、铺粉平台3、料斗6以及刮刀7，以满足对不同尺寸的零件的制造，能够兼具大尺寸零件的打印能力和小尺寸零件打印的经济性。

本发明还提供一种增材制造方法，其通过上述的增材制造装置实现，具体的，该方法包括：根据所要制造的零件的尺寸大小，将与零件尺寸大小相匹配的成形缸以及与成形缸配套使用的铺粉平台可拆卸的安装在成形室内，并将成形缸可拆卸的连接在至少一个驱动轴上。随后，根据上述增材制造装置进行零件的制造，具体制造过程已在上述增材制造装置中阐述，不再赘述。

本发明通过上述增材制造方法，能够根据不同的零件尺寸更换不同的成形缸和铺粉平台，或者更换整套的成形缸、铺粉平台、料斗以及刮刀，即能够打印大尺寸零件，也能够在打印小尺寸零件时少浪费甚至不浪费粉末材料。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。