一种3D打印装置及方法与流程

一种3d打印装置及方法
技术领域
1.本发明属于一种3d打印领域，具体是涉及到一种3d打印装置及方法。


背景技术：

2.3d打印作为一种前沿技术科技，其工作原理，将一种三维零件，按照设定层厚，切成不同的二维模型，然后通过激光或者加热粘接的方式，生产出平面模型，3d打印的优势能够实现结构的轻量化，一体化打印，目前，已经发展出多种打印技术，在非金属方面有：sla、fdm、sls等，在金属方面有：slm(铺粉技术)、电弧增材技术，同轴送粉技术等，但是这些技术都或多或少存在技术瓶颈，本发明针对铺粉技术，铺粉技术是目前比较流行，技术应用范围比较广泛，也比较成熟，此技术生产的产品，精度高，力学性能好，在航空航天、汽车、模具等有着广泛地应用前景，但是此技术仅能满足一种材料的打印，对于不同金属材料的打印，因为技术限制没有办法实现。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种可实现多种打印模式以及不同材料复合打印的3d打印装置及方法。
4.本发明提供一种3d打印装置，包括激光组件、打印平台和送粉组件，所述打印平台由若干个可独立升降的方格构成，若干个方格在同一高度时形成一个完整平面，所述送粉组件可对每个方格输送不同材质的料粉。
5.更进一步地，若干个方格呈矩形阵列排布。
6.更进一步地，所述方格包括升降机构和设置在升降机构端部的方格面。
7.更进一步地，所述送粉组件包括移动机构ⅰ和设置在移动机构ⅰ输出端的送粉喷管，所述移动机构ⅰ具有沿打印平台平面方向移动以及沿方格升降行程内移动的移动行程。
8.更进一步地，所述激光组件包括移动机构ⅱ和设置在移动机构ⅱ输出端的激光部件，所述激光部件包括激光器和设置在激光器激光光路上的动态聚光调节部件，所述移动机构ⅱ用于调节激光部件在打印平台上的位置，所述动态聚光调节部件用于根据不同粉料调节激光的对应的光斑大小。
9.更进一步地，所述激光部件还包括设置在激光光路且动态聚光调节部件下游的至少一个角度调节镜面。
10.更进一步地，所述激光部件还包括设置在角度调节镜面与动态聚光调节部件之间的激光检测器。
11.更进一步地，还包括喷气组件，所述喷气组件包括移动机构ⅲ和设置在移动机构ⅲ输出端的喷气管，喷气组件可以控制喷出气体的喷出量、喷出速度和喷出的气体成份。
12.更进一步地，还包括吸粉组件，所述吸粉组件包括移动机构ⅳ和设置在移动机构ⅳ输出端的吸气管。
13.本发明还提供一种3d打印方法，使用3d打印装置，包括如下步骤：
14.s1、送粉组件对所需打印的一个或多个方格内铺设粉料，此时不同方格内粉料材质根据需要进行选择；
15.s2、激光组件根据待打印模型截面对一个或多个方格表面的粉料进行n次截面打印，第n次截面打印后的待打印模型截面可以是一个整体，也可以是多个独立截面；
16.s3、将第n次截面打印后的模型截面所覆盖的所有方格同步进行下降；
17.送粉组件对下降后的模型表面铺设粉料，或者，送粉组件对下降后的模型表面以及未下降的其他方格表面铺设粉料，此时送粉组件对不同方格内粉料材质根据需要进行选择；
18.s4、对下降的方格进行上升，上升距离根据需要进行选择，激光组件对新铺粉料进行第n+1次截面打印；
19.s5、重复步骤s1-s4，直至模型打印完成。
20.本发明的有益效果是，本发明所提供的3d打印装置，将常规的正面烧结板改进为若干个可独立升降的方格结构，具有以下功能：
21.一，若干个方格可以控制同时升降，同时升降时打印平台的整体平面具备升降调节功能，此时送粉组件无需上下升降行程即可对打印平台进行逐步的铺粉工作，而且可以调节烧结打印部分与激光组件的距离，进而便于进行激光打印的调节；
22.二，若干个方格可以独立升降，一方面通过将待打印模型截面所在的多个方格升降成整体倾斜状态，能够实现不同角度的打印工作；另一方面在打印过程中通过控制方格的升降来实现曲面的打印造型；另外，还可以通过控制截面打印顺序，先打印相互独立的截面再将相互独立的截面进行连接；具有多种打印模式，满足不同的打印需求；
23.三，若干个可独立升降的方格结合可对每个方格输送不同材料料粉的送粉组件，可以实现在模型截面纵向和截面横向上具有不同材料的复合打印的需求，解决行业一次只能打印一种材料的共性问题。而且不同材料的铺粉可以与上述不同打印模式进行结合，实现模型截面倾斜方向具有不同材料的复合打印需求。
附图说明
24.附图1为本发明的结构示意图；
25.附图2为本发明中打印平台的俯视图；
26.附图3为本发明中激光组件的结构示意图。
27.在图中，1-激光组件；11-激光器；12-动态聚光调节部件；13-角度调节镜面；14-激光检测器；2-打印平台；21-方格；211-方格面；212-升降机构；3-送粉组件；4-喷气组件；5-吸粉组件。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用
于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.如附图1-3所示，本发明提供一种3d打印装置，包括激光组件1、打印平台2和送粉组件3，即本发明应用slm(铺粉技术)进行3d打印，所述打印平台2由若干个可独立升降的方格21构成，若干个方格21在同一高度时形成一个完整平面，所述送粉组件3可对每个方格21输送不同材质的料粉，其中，方格21的上端面即方格面211作为烧结板使用。
34.本发明所提供的3d打印装置，将常规的正面烧结板改进为若干个可独立升降的方格21结构，具有以下功能：
35.一，若干个方格21可以控制同时升降，同时升降时打印平台2的整体平面具备升降调节功能，此时送粉组件3无需上下升降行程即可对打印平台2进行逐步的铺粉工作，而且可以调节烧结打印部分与激光组件1的距离，进而便于进行激光打印的调节；
36.二，若干个方格21可以独立升降，一方面通过将待打印模型截面所在的多个方格21升降成整体倾斜状态，能够实现不同角度的打印工作；另一方面在打印过程中通过控制方格21的升降来实现曲面的打印造型；另外，还可以通过控制截面打印顺序，先打印相互独立的截面再将相互独立的截面进行连接；具有多种打印模式，满足不同的打印需求；
37.三，若干个可独立升降的方格21结合可对每个方格21输送不同材料料粉的送粉组件3，可以实现在模型截面纵向和截面横向上具有不同材料的复合打印的需求，解决行业一次只能打印一种材料的共性问题。而且不同材料的铺粉可以与上述不同打印模式进行结合，实现模型截面倾斜方向具有不同材料的复合打印需求。
38.其中，通过控制截面打印顺序，先打印相互独立的截面再将相互独立的截面进行连接的方式以打印“凵”字型结构的模型为例，本3d打印装置对“凵”字型结构的模型整体从上至下进行打印，即可以在相互远离的两个方格21上先打印“凵”两侧的“丨”字型竖直部，此时对应的方格21在每打一个截面之后均下降一定距离，并重新进行铺粉，以此堆叠直至将竖直部打印完成，此时，打印好的竖直部位于整个打印平台2的下方，最后在该两个方格21以及其连线上的方格21铺设料粉打印横向的“一”字型连接部既可以完成。
39.在其中一个实施例中，若干个方格21呈矩形阵列排布，本实施例中，便于控制上升下降的面积，同时方格21优选采用正方形。
40.在其中一个实施例中，所述方格21包括升降机构212和设置在升降机构212端部的方格面211，其中，升降机构212可以是气缸、液压缸或者电动缸，也可以采用高精度直线模组等构件，而方格面211优选采用陶瓷材质，具有良好的耐高温性能。
41.在其中一个实施例中，所述送粉组件3包括移动机构ⅰ和设置在移动机构ⅰ输出端的送粉喷管，所述移动机构ⅰ具有沿打印平台2平面方向移动以及沿方格21升降行程内移动的移动行程，其中，移动机构ⅰ可以是多轴机械手，也可以是xyz三轴移动机构，可以对不同高度，不同位置的方格21进行铺设粉料，进而实现不用材料的复合打印。
42.在其中一个实施例中，所述激光组件1包括移动机构ⅱ和设置在移动机构ⅱ输出端的激光部件，所述激光部件包括激光器11和设置在激光器11激光光路上的动态聚光调节部件12，所述移动机构ⅱ优选采用xy两轴移动组件，用于调节激光部件在打印平台2上的位置，所述动态聚光调节部件12用于根据不同粉料调节激光的对应的光斑大小，以适应不同材料的最优光源的光斑大小的选择，提高打印效果，其中动态聚光调节部件12包括动态轴和设置在动态轴上的聚焦镜片，动态轴可以沿激光光路方向进行移动，进而进行焦距调节。本实施例针对每一种粉末对于激光光斑大小要求不一样，引入动态聚焦技术，从而达到在不同材料位置改变激光光斑大小，最后达到不同材料的打印效果。
43.在其中一个实施例中，所述激光部件还包括设置在激光光路且动态聚光调节部件12下游的至少一个角度调节镜面13，优选依次设置两个角度调节镜面13，且角度调节镜面13可以进行转动，进而调整激光光路作用于工作平台的角度，实现倾斜的激光烧结打印。
44.在其中一个实施例中，所述激光部件还包括设置在角度调节镜面13与动态聚光调节部件12之间的激光检测器14，进而检测光源质量，保证激光的聚焦稳定性和角度的正确性。本实施例中，因为增设了动态聚光调节部件12，在不同角度调节镜面13的反射位置增加一个光学数据采集点，根据采集点反馈的数据，对动态聚光调节部件12进行校准，以便保证光源质量的稳定性。
45.在其中一个实施例中，本3d打印装置还包括喷气组件4，所述喷气组件4包括移动机构ⅲ和设置在移动机构ⅲ输出端的喷气管，喷气组件4可以控制喷出气体的喷出量、喷出速度和喷出的气体成份。本实施例中，通过喷气组件4替换常规的刮刀组件，能够更好地保护粉床的均匀性，传统采用刮刀式的铺粉，但是刮刀式的铺粉装置打印零件时候容易损坏，造成刮刀反复更换，基准面也容易变化，造成打印件性能问题，采用喷气装置能够保证持续可用，不用随时更换，减少工作量与误差度，其中气体优选采用惰性气体，喷气管上设置有流量阀门调节流速。
46.在其中一个实施例中，本3d打印装置还包括吸粉组件5，所述吸粉组件5包括移动机构ⅳ和设置在移动机构ⅳ输出端的吸气管，其中移动机构ⅳ优选采用xyz三轴移动机构，对打印后的模型截面上残留的料粉吸收，避免残留的粉料影响下一截面的加工。
47.本发明还提供一种3d打印方法，使用3d打印装置，包括如下步骤：
48.s1、送粉组件3对所需打印的一个或多个方格21内铺设粉料，此时不同方格21内粉料材质根据需要进行选择；
49.s2、激光组件1根据待打印模型截面对一个或多个方格21表面的粉料进行n次截面打印，第n次截面打印后的待打印模型截面可以是一个整体，也可以是多个独立截面；
50.s3、将第n次截面打印后的模型截面所覆盖的所有方格21同步进行下降；
51.送粉组件3对下降后的模型表面铺设粉料，或者，送粉组件3对下降后的模型表面以及未下降的其他方格21表面铺设粉料，此时送粉组件3对不同方格21内粉料材质根据需要进行选择；
52.s4、对下降的方格21进行上升，上升距离根据需要进行选择，激光组件1对新铺粉料进行n+1次截面打印；
53.s5、重复步骤s2-s4，直至模型打印完成。
54.以打印“凵”字型结构模型为例，“凵”字型结构模型整体从上至下打印，即先打印“丨”字型竖直部的上端，并依次往“丨”字型竖直部的下端打印，最后在打印“一”字型连接部将两个“丨”字型竖直部的下端连接起来，具体包括如下步骤：
55.s1、送粉组件3对两个相隔的方格21内铺设粉料，此时不同方格21内粉料材质根据需要进行选择；
56.s2、激光组件1根据待打印模型截面对两个相隔的方格21表面的粉料进行第1次截面打印，第1次截面打印后的待打印模型截面是两个独立截面；
57.s3、将第1次截面打印后的模型截面所覆盖的两个相隔的方格21同步进行下降；
58.送粉组件3对下降后的模型表面铺设粉料，此时送粉组件3对不同方格21内粉料材质根据需要进行选择；
59.s4、对下降的方格21进行上升，上升距离根据需要进行选择，激光组件1对新铺粉料进行第2次截面打印；
60.s5、重复步骤s1-s4,直至完成两个“丨”字型竖直部的打印；
61.s6、再次重复步骤s1-s4，此时s1中，送粉组件3需对两个相隔的方格21及其连线上的所有方格21铺设粉料；s2中，激光组件1根据待打印模型截面对所有具有粉料的方格21表面的粉料进行第n次截面打印，第n次截面打印后的待打印模型截面是一个整体截面；s3中，将第n次截面打印后的模型截面所覆盖的所有方格21同步进行下降；送粉组件3对下降后的模型表面铺设粉料；s4中，对下降的方格21进行上升，上升距离根据需要进行选择，激光组件1对新铺粉料进行第n+1次截面打印，进行“一”字型连接部的打印，以此重复步骤s6,直至完成“一”字型连接部的打印。
62.在打印过程中，“丨”字型竖直部的不同截面可以采用不同材质、两个“丨”字型竖直部可以采用不同材质、“一”字型连接部的截面深度方向和不同的横向方向均可以具有不同材质。
63.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种3d打印装置，其特征是，包括激光组件(1)、打印平台(2)和送粉组件(3)，所述打印平台(2)由若干个可独立升降的方格(21)构成，若干个方格(21)在同一高度时形成一个完整平面，所述送粉组件(3)可对每个方格(21)输送不同材质的料粉。2.如权利要求1所述的3d打印装置，其特征是，若干个方格(21)呈矩形阵列排布。3.如权利要求1所述的3d打印装置，其特征是，所述方格(21)包括升降机构(212)和设置在升降机构(212)端部的方格面(211)。4.如权利要求1所述的3d打印装置，其特征是，所述送粉组件(3)包括移动机构ⅰ和设置在移动机构ⅰ输出端的送粉喷管，所述移动机构ⅰ具有沿打印平台(2)平面方向移动以及沿方格(21)升降行程内移动的移动行程。5.如权利要求1-4任一项所述的3d打印装置，其特征是，所述激光组件(1)包括移动机构ⅱ和设置在移动机构ⅱ输出端的激光部件，所述激光部件包括激光器(11)和设置在激光器(11)激光光路上的动态聚光调节部件(12)，所述移动机构ⅱ用于调节激光部件在打印平台(2)上的位置，所述动态聚光调节部件(12)用于根据不同粉料调节激光的对应的光斑大小。6.如权利要求5所述的3d打印装置，其特征是，所述激光部件还包括设置在激光光路且动态聚光调节部件(12)下游的至少一个角度调节镜面(13)。7.如权利要求6所述的3d打印装置，其特征是，所述激光部件还包括设置在角度调节镜面(13)与动态聚光调节部件(12)之间的激光检测器(14)。8.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的3d打印装置，其特征是，还包括喷气组件(4)，所述喷气组件(4)包括移动机构ⅲ和设置在移动机构ⅲ输出端的喷气管，喷气组件(4)可以控制喷出气体的喷出量、喷出速度和喷出的气体成份。9.如权利要求1-4、6、7中任一项所述的3d打印装置，其特征是，还包括吸粉组件(5)，所述吸粉组件(5)包括移动机构ⅳ和设置在移动机构ⅳ输出端的吸气管。10.一种3d打印方法，其特征是，使用如权利要求1-9中任一项所述的3d打印装置，包括如下步骤：s1、送粉组件(3)对所需打印的一个或多个方格(21)内铺设粉料，此时不同方格(21)内粉料材质根据需要进行选择；s2、激光组件(1)根据待打印模型截面对一个或多个方格(21)表面的粉料进行n次截面打印，第n次截面打印后的待打印模型截面可以是一个整体，也可以是多个独立截面；s3、将第n次截面打印后的模型截面所覆盖的所有方格(21)同步进行下降；送粉组件(3)对下降后的模型表面铺设粉料，或者，送粉组件(3)对下降后的模型表面以及未下降的其他方格(21)表面铺设粉料，此时送粉组件(3)对不同方格(21)内粉料材质根据需要进行选择；s4、对下降的方格(21)进行上升，上升距离根据需要进行选择，激光组件(1)对新铺粉料进行第n+1次截面打印；s5、重复步骤s1-s4，直至模型打印完成。

技术总结
本发明属于一种3D打印领域，具体是涉及到一种3D打印装置及方法，包括激光组件、打印平台和送粉组件，所述打印平台由若干个可独立升降的方格构成，若干个方格在同一高度时形成一个完整平面，所述送粉组件可对每个方格输送不同材质的料粉，本发明具有以下功能：具有多种打印模式，满足不同的打印需求；若干个可独立升降的方格结合可对每个方格输送不同材料料粉的送粉组件，可以实现在模型截面纵向和截面横向上具有不同材料的复合打印的需求，解决行业一次只能打印一种材料的共性问题。而且不同材料的铺粉可以与上述不同打印模式进行结合，实现模型截面倾斜方向具有不同材料的复合打印需求。印需求。印需求。


技术研发人员：邹涛 颜铁林 严雷鸣
受保护的技术使用者：航天科工（长沙）新材料研究院有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/8