一种自适应3D打印设备及方法与流程

本发明涉及3d打印设备，尤其涉及一种自适应3d打印设备。

背景技术：

1、现有技术中，激光选区熔化成形(slm)技术作为3d打印方向的重要分支，其采用专用切片软件将三维数字模型离散为二维平面几何图形,通过层层铺粉、烧结，循环往复直至零件成形。该技术可以有效实现复杂精密结构的近精成形，其作为一种加工制造方式，也存在一定的工艺局限性,通常对与水平面夹角小于45°区域(小角度区域)需要添加支撑进行成形，否则小角度区域或悬空区域无法直接在粉末上成形。该技术通常适用于3d打印的零件结构较为复杂的场合，各结构之间相互制约，使得在工艺设计时，无法完全照顾到每个结构实现无支撑或少支撑打印。此外，传统的3d打印设备，打印基板只能沿着成形设备缸体做上下运动，无法自适应零件复杂的内部结构关系，严重制约了3d打印工艺及装备的发展。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种适用于小角度区域成形的自适应3d打印设备及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

3、一种自适应3d打印设备，其包括有圆筒形的缸体、内凹型平台和半球形载物台，所述半球形载物台的球面与所述内凹型平台顶端的凹面转动配合，所述半球形载物台的顶部形成有成型平台，所述缸体的底部均布有至少三个丝杠驱动机构，所述缸体内设有至少三个竖直丝杠，所述丝杠驱动机构用于驱使所述竖直丝杠执行竖直伸缩运动，所述半球形载物台的球面开设有至少三个均布的容纳孔，所述竖直丝杠与所述容纳孔一一对应，所述容纳孔内设有铰接构件，且所述竖直丝杠的上端通过所述铰接构件铰链连接于所述半球形载物台，通过控制每个丝杠驱动机构的运动速度而调节所述半球形载物台的倾斜角度。

4、优选地，所述铰接构件可拆卸连接于所述容纳孔。

5、优选地，所述半球形载物台内设有用于注入冷却液的冷却流道，所述冷却流道连通有冷却液接头，所述冷却液接头穿过所述内凹型平台。

6、优选地，所述半球形载物台内设有加热丝。

7、优选地，所述铰接构件包括有横向铰接杆和竖向铰接杆，所述横向铰接杆穿过所述竖向铰接杆且二者转动配合，所述横向铰接杆的两端用于连接所述半球形载物台，所述竖向铰接杆的下端用于连接所述竖直丝杠。

8、优选地，所述内凹型平台的外侧套设有防漏毛毡，所述防漏毛毡夹设于所述内凹型平台与所述缸体的内壁之间。

9、优选地，所述内凹型平台的凹面开设有至少一个储粉凹槽。

10、优选地，所述丝杠驱动机构和所述竖直丝杠的数量均是三个，三个竖直丝杠之一与所述内凹型平台固定连接，另外两个竖直丝杠与所述内凹型平台滑动配合。

11、一种自适应3d打印方法，该方法基于一设备实现，所述设备包括有圆筒形的缸体、内凹型平台和半球形载物台，所述半球形载物台的球面与所述内凹型平台顶端的凹面转动配合，所述半球形载物台的顶部形成有成型平台，所述缸体的底部均布有至少三个丝杠驱动机构，所述缸体内设有至少三个竖直丝杠，所述丝杠驱动机构用于驱使所述竖直丝杠执行竖直伸缩运动，所述半球形载物台的球面开设有至少三个均布的容纳孔，所述竖直丝杠与所述容纳孔一一对应，所述容纳孔内设有铰接构件，且所述竖直丝杠的上端通过所述铰接构件铰链连接于所述半球形载物台，通过控制每个丝杠驱动机构的运动速度而调节所述半球形载物台的倾斜角度，所述方法包括：步骤s1，将零件a的三维数字模型导入3d打印专用切片软件中，在进行切片时保持零件在切片软件中的空间位置不动，设定所述半球形载物台在打印过程中每层旋转的小倾角β1，按照特定的层厚d1对零件进行切片，生成切片文件；步骤s2，将所述切片文件导入激光选区熔化成形加工软件，设定参数后形成打印程序；步骤s3，控制所述半球形载物台下降直至所述成型平台到达预设高度位置；步骤s4，将粉末原料装填于所述成型平台并且压实，安装刮刀后进行铺粉，之后关闭打印设备舱门，充保护气体；步骤s5，当成形仓室内氧含量降至50ppm时，打开打印程序，激光器出光进行打印，当激光器扫描完当前第n层后，控制所述半球形载物台下降预设分层厚度d1，由计算机识别并计算零件a第n+1层切片悬空区域与当前层切片水平面夹角，根据零件a在所述半球形载物台上的摆放位置及坐标关系，启动对应的丝杠驱动机构，由所述丝杠驱动机构驱使所述竖直丝杠伸缩运动，并通过所述铰接构件带动所述半球形载物台旋转一定的角度β1，随后刮刀铺粉，将倾斜的载物台平面铺满粉末；步骤s6，激光器沿着当前层零件截面进行扫描，依次循环往复直至零件所有分层打印完毕。

12、优选地，所述半球形载物台内设有用于注入冷却液的冷却流道，所述冷却流道连通有冷却液接头，所述冷却液接头穿过所述内凹型平台，所述半球形载物台内设有加热丝；所述方法包括结束步骤：打印结束后，关闭加热丝和冷却液，待半球形载物台温度降至室温后打开舱门，上升打印平台，将包围零件的金属粉末收集到粉筒内，再控制所述半球形载物台上升至最高位置，拆卸所述铰接构件，将零件a与所述半球形载物台从成形仓内一并取出。

13、本发明公开的自适应3d打印设备中，所述缸体整体呈圆形筒体，用于容纳所述半球形载物台、内凹型平台及成形零件，所述丝杠驱动机构可以是伺服电机，伺服电机通过所述竖直丝杠驱使所述半球形载物台及内凹型平台及连带成形零件沿所述缸体内壁上下运动，进而实现零件的打印成形，具体工作过程中，所述半球形载物台可沿水平面法向量向任意位置自由旋转一定的角度，其自由旋转通过与其相连的三个丝杠的差速运动实现，通过控制伺服电机的差速运动而实现差速运动。当零件存在多个干涉结构或存在小角度区域时，可以通过控制所述半球形载物台多角度旋转，使各个干涉结构的悬空区域夹角不同程度的变大，从而减少每个干涉结构的小角度区域，实现少支撑甚至无支撑打印，较好地满足了应用需求。

技术特征：

1.一种自适应3d打印设备，其特征在于，包括有圆筒形的缸体(1)、内凹型平台(6)和半球形载物台(3)，所述半球形载物台(3)的球面与所述内凹型平台(6)顶端的凹面转动配合，所述半球形载物台(3)的顶部形成有成型平台，所述缸体(1)的底部均布有至少三个丝杠驱动机构(9)，所述缸体(1)内设有至少三个竖直丝杠(8)，所述丝杠驱动机构(9)用于驱使所述竖直丝杠(8)执行竖直伸缩运动，所述半球形载物台(3)的球面开设有至少三个均布的容纳孔(30)，所述竖直丝杠(8)与所述容纳孔(30)一一对应，所述容纳孔(30)内设有铰接构件(31)，且所述竖直丝杠(8)的上端通过所述铰接构件(31)铰链连接于所述半球形载物台(3)，通过控制每个丝杠驱动机构(9)的运动速度而调节所述半球形载物台(3)的倾斜角度。

2.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述铰接构件(31)可拆卸连接于所述容纳孔(30)。

3.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述半球形载物台(3)内设有用于注入冷却液的冷却流道(4)，所述冷却流道(4)连通有冷却液接头(40)，所述冷却液接头(40)穿过所述内凹型平台(6)。

4.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述半球形载物台(3)内设有加热丝(5)。

5.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述铰接构件(31)包括有横向铰接杆(310)和竖向铰接杆(311)，所述横向铰接杆(310)穿过所述竖向铰接杆(311)且二者转动配合，所述横向铰接杆(310)的两端用于连接所述半球形载物台(3)，所述竖向铰接杆(311)的下端用于连接所述竖直丝杠(8)。

6.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述内凹型平台(6)的外侧套设有防漏毛毡(7)，所述防漏毛毡(7)夹设于所述内凹型平台(6)与所述缸体(1)的内壁之间。

7.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述内凹型平台(6)的凹面开设有至少一个储粉凹槽(60)。

8.如权利要求1所述的自适应3d打印设备，其特征在于，所述丝杠驱动机构(9)和所述竖直丝杠(8)的数量均是三个，三个竖直丝杠(8)之一与所述内凹型平台(6)固定连接，另外两个竖直丝杠(8)与所述内凹型平台(6)滑动配合。

9.一种自适应3d打印方法，其特征在于，该方法基于一设备实现，所述设备包括有圆筒形的缸体(1)、内凹型平台(6)和半球形载物台(3)，所述半球形载物台(3)的球面与所述内凹型平台(6)顶端的凹面转动配合，所述半球形载物台(3)的顶部形成有成型平台，所述缸体(1)的底部均布有至少三个丝杠驱动机构(9)，所述缸体(1)内设有至少三个竖直丝杠(8)，所述丝杠驱动机构(9)用于驱使所述竖直丝杠(8)执行竖直伸缩运动，所述半球形载物台(3)的球面开设有至少三个均布的容纳孔(30)，所述竖直丝杠(8)与所述容纳孔(30)一一对应，所述容纳孔(30)内设有铰接构件(31)，且所述竖直丝杠(8)的上端通过所述铰接构件(31)铰链连接于所述半球形载物台(3)，通过控制每个丝杠驱动机构(9)的运动速度而调节所述半球形载物台(3)的倾斜角度，所述方法包括：

10.如权利要求9所述的自适应3d打印方法，其特征在于，所述半球形载物台(3)内设有用于注入冷却液的冷却流道(4)，所述冷却流道(4)连通有冷却液接头(40)，所述冷却液接头(40)穿过所述内凹型平台(6)，所述半球形载物台(3)内设有加热丝(5)；

技术总结
本发明公开了一种自适应3D打印设备及方法，其包括有圆筒形的缸体、内凹型平台和半球形载物台，半球形载物台的球面与内凹型平台顶端的凹面转动配合，半球形载物台的顶部形成有成型平台，缸体的底部均布有至少三个丝杠驱动机构，缸体内设有至少三个竖直丝杠，丝杠驱动机构用于驱使竖直丝杠执行竖直伸缩运动，半球形载物台的球面开设有至少三个均布的容纳孔，竖直丝杠与容纳孔一一对应，容纳孔内设有铰接构件，且竖直丝杠的上端通过铰接构件铰链连接于半球形载物台，通过控制每个丝杠驱动机构的运动速度而调节半球形载物台的倾斜角度。本发明适用于小角度区域成形，较好地满足了应用需求。

技术研发人员：韩向阳,刘普祥
受保护的技术使用者：深圳市华阳新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15