一种减少成型零件缺陷的金属3D打印设备
技术领域
本发明涉及3D打印设备，尤其涉及一种减少成型零件缺陷的金属3D打印设备。
背景技术
SLM,是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件，现有设备在打印时，为了减少成型部件上的残余应力，一般会通过程序设定在从一个加工层移至下一个加工层时旋转扫描矢量的方向，而在实际应用时现有的设备无法根据成型部件的结构和各部分的温度旋转合适的扫描方向，从而还是会导致成型后的部件具有较大的残余应力，而且现有的设备在激光扫描时为了避免扫描部位的金属粉末被氧化一般会通入大量的保护气体，而由于3D打印持续时间长，长时间通入保护气体导致气体浪费严重，且在激光在扫描大面积的结构时需要更多的保护气体以避免烧结后的金属氧化以及烧结时产生的烟雾覆盖在激光射出的镜头上，而通入的保护气体流速较大时会导致成型缸内形成飞沫，从而导致成型零件在成型后出现缺陷，而现有的设备中无法根据激光烧结的多少来调节通入保护气体的量和流速，从而导致在成型时部件中部分被氧化，导致成型零件存在缺陷。
发明内容
本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种减少成型零件缺陷的金属3D打印设备，该装置结构设计合理，使用方便，可以通过激光烧结后成型零件各部分的温度来选择合适的扫描矢量，减少成型部件上的残余应力，通入打印设备的保护气体的流量和流速可以根据激光烧结时烧结区域大小进行调节，从而避免保护气体的浪费和避免成型零件时部分区域被氧化产生缺陷。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种减少成型零件缺陷的金属3D打印设备，包括壳体和安装在壳体内的激光发生器、成型缸、供粉缸、集粉缸以及铺粉装置，所述壳体内侧中心位置密封连接有工作平台，所述成型缸固定安装在所述工作平台内侧，所述成型缸四周设有密封连接在所述工作平台下端的第一支撑板，左右所述工作平台上端分别固定连接有第二支撑板，左右所述第二支撑板、成型缸、工作平台和壳体形成一个密封的工作腔室，所述铺粉装置滑动连接在左右所述第二支撑板之间，所述第二支撑板上端固定连接有顶板，所述顶板密封连接在所述壳体内侧，所述顶板内侧中心位置开有安装孔，所述安装孔内安装有第一保护镜片，所述激光发生器位于所述安装孔上端，所述激光发生器固定连接在所述顶板上，所述安装孔左右两端分别设有开在所述顶板上的测量孔，所述测量孔内安装有第二保护镜片，第一保护镜片和第二保护镜片均由耐高温透明材料制成，左端所述测量孔上端设有固定连接在所述顶板上的红外线测距仪，右端所述测量孔上端设有热探测器，所述成型缸后端设有位于所述工作平台下端的供粉缸，供粉缸上端设有开在所述工作平台上的出粉槽，所述成型缸前端设有位于所述工作平台下端的集粉缸，所述集粉缸上端设有开在所述工作平台上的落料槽，左端所述第二支撑板下端开有与所述工作腔室连接的第一充气孔，所述第一充气孔上端设有开在所述第二支撑板上的第二充气孔，所述第一充气孔右端固定连接有第一导向嘴，所述第二充气孔右端固定连接有第二导向嘴，所述第一充气孔和第二充气孔左端分别通过第一管路密封连接有第一抽气泵的出气端，所述第一抽气泵的进气端通过第二管路密封连接有进气罐，所述进气罐固定安装在所述成型缸左端壳体内侧，所述成型缸右端设有固定安装在所述壳体内侧的集气罐，所述集气罐上端通过第三管路连接有固定连接在所述工作平台上的第二抽气泵的出气端，右端所述第二支撑板下端开有与所述工作腔室连接的出气孔，所述出气孔右端通过第四管路与所述第二抽气泵的进气端密封连接，所述第一导向嘴朝向成型缸设置，所述第二导向嘴水平设置，所述工作平台左端上侧设有位于所述第一管路外侧的调节装置，所述调节装置包括前后设置的固定管，所述第一管路分别位于所述固定管内侧，所述固定管下端固定连接在所述工作平台上，前端所述固定管中端上侧开有第一按压槽，后端所述固定管中端下侧开有第二按压槽，第一按压槽和第二按压槽之间设有挤压杆，所述挤压杆左端固定连接有第二步进电机的传动轴端，所述第二步进电机下端设有固定连接在所述工作平台上的安装座，热探测器、激光发生器和红外线测距仪与设备的主控系统连接，设有热探测器，可以在从一个加工层移至下一个加工层时，先通过热探测器扫描成型零件各部分的温度，从而选择出合适的激光扫描矢量方向，优化零件能量的分布，从而减少集中应力变形，实现更优的力学性能、表面粗糙度等，通过红外线测距仪可以实时监测激光发生器与成型缸上端粉末平面的距离，从而使得激光发生器射出的激光可以更好的聚焦在成型缸上需要加工的平面上，设有调节装置，可以使得通过第一充气孔和第二出气孔进入工作腔室内的保护气体的流速得到相应的调节，以满足不同零件在扫描时的不同需求，从而避免成型零件被氧化，减少成型零件的缺陷。
为了进一步完善，成型缸包括升降板、成型箱、导向杆、丝杆、丝杆螺母和步进电机，所述成型箱卡接在所述工作平台内侧，所述升降板滑动连接在所述成型箱内侧，所述成型箱底部开有通道孔，所述导向杆位于所述升降板下端左右两侧，左右所述导向杆下端穿过所述通道孔固定连接有抬升板，左右所述导向杆下端外侧滑动连接有滑动套，左右所述滑动套外侧固定连接有固定板，所述固定板下端左右两侧固定连接有第三支撑板，左右所述第三支撑板下端固定连接有安装板，所述安装板下端左右两侧固定连接有第四支撑板，所述第四支撑板下端固定连接在所述壳体内侧，所述固定板上端四周固定连接有支撑块，支撑块上端设有支撑在位于所述成型箱下端的放置板，所述放置板内侧开有工艺孔，所述固定板下端中心位置转动连接有丝杆，所述丝杆螺母安装在所述丝杆上端外侧，所述丝杆螺母固定安装在所述抬升板内侧中心位置，所述丝杆下端通过联轴器与步进电机的传动轴传动连接，所述步进电机通过螺钉固定连接在所述放置板下端平面上，导向杆的上下移动带动成型箱内升降板的上下移动，在打印完成后，成型箱可与打印设备完全脱离，只需将成型箱整个取出即可，方便对成型零件的清理，同时可以使得打印设备可以再一次进行打印工作，从而提高工作效率。
进一步完善，供粉缸包括位于成型缸后端的储存箱、滑动连接在所述储存箱下端内侧的推动板、安装在推动板下端的电动推杆，所述储存箱下端密封连接有限位板，所述限位板前端固定连接在后端所述第一支撑板外侧平面上，所述限位板后端固定连接在所述壳体内侧平面上，所述限位板内侧中心位置开有第二通道孔，所述电动推杆的活塞端位于所述第二通道孔内侧，所述储存箱上端设有与所述出粉槽连接的压缩通道，所述压缩通道后端设有位于所述储存箱上端的加料口，设有通道逐渐缩小的压缩通道，使得金属粉末在上升过程中被压实，保证铺粉辊在铺粉后金属粉末紧密的相互贴合平铺在成型缸上端，从而减小成型零件的内部缺陷。
进一步完善，铺粉装置包括铺粉辊、定位板、导轨、滑块、传动轮、传动带、连接板、连接杆、传动轴和电机，所述定位板通过螺钉分别固定连接在左右所述第二支撑板中端内侧，所述导轨固定连接在左右所述定位板下端内侧，所述滑块滑动连接在所述导轨外侧，所述连接板分别固定连接在所述滑块上，所述导轨上端前后两侧设有通过旋转轴转动连接在左右所述定位板上的传动轮，前后所述传动轮之间设有传动带，所述传动轴左右两端分别固定连接有后端左右两侧的传动轮，所述传动轴右端穿过所述定位板和第二支撑板传动连接有电机，所述电机固定连接在所述第二支撑板右端平面上，左右所述连接板内侧分别固定连接有连接块，左右所述连接块分别与左右所述传送带上端固定连接。
进一步完善，集粉缸下端设有第五支撑板，所述第五支撑板固定连接在所述第一支撑板和壳体内侧之间，通过第五支撑板对集粉缸进行支撑固定，使得集粉缸在需要取出更换时更加方便、快捷。
进一步完善，右端所述第二支撑板上端固定连接有位于所述工作腔室内的温度传感器，所述进气罐和集气罐上端外侧螺纹连接有密封盖，所述进气罐内侧设有第一限位环，所述第一限位环上端设有横纵交错的第一电加热丝，右端所述集气罐内侧设有第二限位环，所述第二限位环上端放置有过滤层，所述进气罐和集气罐下端通过循环管道相互连接，设有温度传感器，实时监测工作腔室内的温度，通过进气罐内的第一电加热丝对保护气体进行升温加热，再将升温后的保护气体通入工作腔室，温度传感器和第一电加热丝均与设备的主控系统连接，避免工作腔室内的温度过高或者过低，温度过高则会影响各部件的使用寿命，温度过低则会使得激光烧结后的金属粉末快速冷却，导致成型零件凝固过程中产生裂纹，从而使得成型后零件存在缺陷，设有过滤层，将保护气体中带有的部分金属粉末和大颗粒物质过滤。
进一步完善，第二限位环下端设有固定连接在集气罐内侧的第三限位环，所述第三限位环上端设有蓄水棉，将保护气体中带有的小颗粒物质吸收过滤。
进一步完善，成型箱上端内侧设有若干个第二电加热丝，设有第二电加热丝，保证成型箱上端内的金属粉末和成型后的部分零件的温度，避免成型后的部分与刚成型的部分存在巨大的温度差，从而减少成型零件的残余应力。
进一步完善，工作腔室前端设有开在所述壳体上的放置口，所述放置口外侧设有通过铰链转动连接在所述壳体外侧平面上的第一密封门，所述集粉缸前端设有开在所述壳体上的安装口，所述安装口外侧设有通过铰链转动连接在所述壳体外侧平面上的第二密封门，所述第一密封门和第二密封门的另一端通过锁紧扣与壳体卡接，所述第一密封门上设有观察窗，设有第一密封门，使得工作腔室的密封性良好，保护气体不易泄出，保温效果好，设有第二密封门，则便于集粉缸的拿取和更换。
本发明有益的效果是：本发明结构设计合理，使用方便，设有与设备的主控系统连接的热探测器、激光发生器和红外线测距仪，可以在从一个加工层移至下一个加工层时，先通过热探测器扫描成型零件各部分的温度，从而选择出合适的激光扫描矢量方向，优化零件能量的分布，从而减少集中应力变形，实现更优的力学性能、表面粗糙度等，通过红外线测距仪可以实时监测激光发生器与成型缸上端粉末平面的距离，从而使得激光发生器射出的激光可以更好的聚焦在成型缸上需要加工的平面上，设有调节装置，可以使得通过第一充气孔和第二出气孔进入工作腔室内的保护气体的流速得到相应的调节，以满足不同零件在扫描时的不同需求，通入打印设备的保护气体的流量和流速可以根据激光烧结时烧结区域大小进行调节，从而避免保护气体的浪费和避免成型零件时部分区域被氧化产生缺陷。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的截面图；
图3为本发明中A部分的放大图；
图4为本发明中B部分的放大图；
图5为本发明的左视图；
图6为成型缸的结构示意图；
图7为调节装置的右视图。
附图标记说明：1、壳体，2、激光发生器，3、成型缸，4、供粉缸，5、集粉缸，7、工作平台，8、第一支撑板，9、第二支撑板，10、工作腔室，11、顶板，12、安装孔，13、第一保护镜片，14、测量孔，15、第二保护镜片，16、红外线测距仪，17、热探测器，18、出粉槽，19、落料槽，20、第一充气孔，21、第二充气孔，22、第一导向嘴，23、第二导向嘴，24、第一管路，25、第一抽气泵，26、第二管路，27、进气罐，28、集气罐，29、第三管路，30、第二抽气泵，31、出气孔，32、第四管路，33、固定管，34、第一按压槽，35、第二按压槽，36、挤压杆，37、第二步进电机，38、安装座，39、升降板，40、成型箱，41、导向杆，42、丝杆，43、丝杆螺母，44、步进电机，45、通道孔，46、抬升板，47、滑动套，48、固定板，49、第三支撑板，50、安装板，51、第四支撑板，52、支撑块，53、放置板，54、工艺孔，55、储存箱，56、推动板，57、电动推杆，58、限位板，59、第二通道孔，60、压缩通道，61、加料口，62、铺粉辊，63、定位板，64、导轨，65、滑块，66、传动轮，67、传动带，68、连接板，69、连接杆，70、传动轴，71、电机，72、连接块，73、第五支撑板，74、温度传感器，75、密封盖，76、第一限位环，77、第一电加热丝，78、第二限位环，79、过滤层，80、循环管道，81、第三限位环，82、蓄水棉，83、第二电加热丝，84、放置口，85、第一密封门，86、安装口，87、第二密封门，88、锁紧扣，89、观察窗。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照附图：本实施例中一种减少成型零件缺陷的金属3D打印设备，包括壳体1和安装在壳体1内的激光发生器2、成型缸3、供粉缸4、集粉缸5以及铺粉装置，所述壳体1内侧中心位置密封连接有工作平台7，所述成型缸3固定安装在所述工作平台7内侧，所述成型缸3四周设有密封连接在所述工作平台7下端的第一支撑板8，左右所述工作平台7上端分别固定连接有第二支撑板9，左右所述第二支撑板9、成型缸3、工作平台7和壳体1形成一个密封的工作腔室10，所述铺粉装置滑动连接在左右所述第二支撑板9之间，所述第二支撑板9上端固定连接有顶板11，所述顶板11密封连接在所述壳体1内侧，所述顶板11内侧中心位置开有安装孔12，所述安装孔12内安装有第一保护镜片13，所述激光发生器2位于所述安装孔12上端，所述激光发生器2固定连接在所述顶板11上，所述安装孔12左右两端分别设有开在所述顶板11上的测量孔14，所述测量孔14内安装有第二保护镜片15，左端所述测量孔14上端设有固定连接在所述顶板11上的红外线测距仪16，右端所述测量孔14上端设有热探测器17，所述成型缸3后端设有位于所述工作平台7下端的供粉缸4，供粉缸4上端设有开在所述工作平台上的出粉槽18，所述成型缸3前端设有位于所述工作平台7下端的集粉缸5，所述集粉缸5上端设有开在所述工作平台7上的落料槽19，左端所述第二支撑板9下端开有与所述工作腔室10连接的第一充气孔20，所述第一充气孔20上端设有开在所述第二支撑板9上的第二充气孔21，所述第一充气孔20右端固定连接有第一导向嘴22，所述第二充气孔21右端固定连接有第二导向嘴23，所述第一充气孔20和第二充气孔21左端分别通过第一管路24密封连接有第一抽气泵25的出气端，所述第一抽气泵25的进气端通过第二管路26密封连接有进气罐27，所述进气罐27固定安装在所述成型缸3左端壳体1内侧，所述成型缸3右端设有固定安装在所述壳体1内侧的集气罐28，所述集气罐28上端通过第三管路29连接有固定连接在所述工作平台7上的第二抽气泵30的出气端，右端所述第二支撑板9下端开有与所述工作腔室10连接的出气孔31，所述出气孔31右端通过第四管路32与所述第二抽气泵30的进气端密封连接，所述第一导向嘴22朝向成型缸设置，所述第二导向嘴23水平设置，所述工作平台7左端上侧设有位于所述第一管路24外侧的调节装置，所述调节装置包括前后设置的固定管33，所述第一管路24分别位于所述固定管33内侧，所述固定管33下端固定连接在所述工作平台7上，前端所述固定管33中端上侧开有第一按压槽34，后端所述固定管33中端下侧开有第二按压槽35，第一按压槽34和第二按压槽35之间设有挤压杆36，所述挤压杆36左端固定连接有第二步进电机37的传动轴端，所述第二步进电机37下端设有固定连接在所述工作平台7上的安装座38，热探测器、激光发生器和红外线测距仪与设备的主控系统连接，设有热探测器，可以在从一个加工层移至下一个加工层时，先通过热探测器扫描成型零件各部分的温度，从而选择出合适的激光扫描矢量方向，优化零件能量的分布，从而减少集中应力变形，实现更优的力学性能、表面粗糙度等，通过红外线测距仪可以实时监测激光发生器与成型缸上端粉末平面的距离，从而使得激光发生器射出的激光可以更好的聚焦在成型缸上需要加工的平面上，设有调节装置，可以使得通过第一充气孔和第二出气孔进入工作腔室内的保护气体的流速得到相应的调节，以满足不同零件在扫描时的不同需求，从而避免成型零件被氧化，减少成型零件的缺陷。
成型缸3包括升降板39、成型箱40、导向杆41、丝杆42、丝杆螺母43和步进电机44，所述成型箱40固定连接在所述工作平台7内侧，所述升降板39滑动连接在所述成型箱40内侧，所述成型箱40底部开有通道孔45，所述导向杆41位于所述升降板39下端左右两侧，左右所述导向杆41下端穿过所述通道孔45固定连接有抬升板46，左右所述导向杆41下端外侧滑动连接有滑动套47，左右所述滑动套47外侧固定连接有固定板48，所述固定板48下端左右两侧固定连接有第三支撑板49，左右所述第三支撑板49下端固定连接有安装板50，所述安装板50下端左右两侧固定连接有第四支撑板51，所述第四支撑板51下端固定连接在所述壳体1内侧，所述固定板48上端四周固定连接有支撑块52，支撑块52上端设有支撑在所述成型箱3下端的放置板53，所述放置板53内侧开有工艺孔54，所述固定板48下端中心位置转动连接有丝杆42，所述丝杆螺母43安装在所述丝杆42上端外侧，所述丝杆螺母43固定安装在所述抬升板46内侧中心位置，所述丝杆42下端通过联轴器与步进电机44的传动轴传动连接，所述步进电机44通过螺钉固定连接在所述放置板53下端平面上，导向杆的上下移动带动成型箱内升降板的上下移动，在打印完成后，成型箱可与打印设备完全脱离，只需将成型箱整个取出即可，方便对成型零件的清理，同时可以使得打印设备可以再一次进行打印工作，从而提高工作效率。
供粉缸4包括位于成型缸3后端的储存箱55、滑动连接在所述储存箱55下端内侧的推动板56、安装在推动板56下端的电动推杆57，所述储存箱55下端密封连接有限位板58，所述限位板58前端固定连接在后端所述第一支撑板8外侧平面上，所述限位板58后端固定连接在所述壳体1内侧平面上，所述限位板58内侧中心位置开有第二通道孔59，所述电动推杆57的活塞端位于所述第二通道孔59内侧，所述储存箱55上端设有与所述出粉槽18连接的压缩通道60，所述压缩通道60后端设有位于所述储存箱55上端的加料口61，设有通道逐渐缩小的压缩通道，使得金属粉末在上升过程中被压实，保证铺粉辊在铺粉后金属粉末紧密的相互贴合平铺在成型缸上端，从而减小成型零件的内部缺陷。
铺粉装置包括铺粉辊62、定位板63、导轨64、滑块65、传动轮66、传动带67、连接板68、连接杆69、传动轴70和电机71，所述定位板63通过螺钉分别固定连接在左右所述第二支撑板9中端内侧，所述导轨64固定连接在左右所述定位板63下端内侧，所述滑块65滑动连接在所述导轨64外侧，所述连接板68分别固定连接在所述滑块65上，所述导轨64上端前后两侧设有通过旋转轴转动连接在左右所述定位板63上的传动轮66，前后所述传动轮66之间设有传动带67，所述传动轴70左右两端分别固定连接有后端左右两侧的传动轮66，所述传动轴70右端穿过所述定位板63和第二支撑板9传动连接有电机71，所述电机71固定连接在所述第二支撑板9右端平面上，左右所述连接板68内侧分别固定连接有连接块72，左右所述连接块72分别与左右所述传送带67上端固定连接。
集粉缸5下端设有第五支撑板73，所述第五支撑板73固定连接在所述第一支撑板8和壳体1内侧之间，通过第五支撑板对集粉缸进行支撑固定，使得集粉缸在需要取出更换时更加方便、快捷。
右端所述第二支撑板9上端固定连接有位于所述工作腔室10内的温度传感器74，所述进气罐27和集气罐28上端外侧螺纹连接有密封盖75，所述进气罐27内侧设有第一限位环76，所述第一限位环76上端设有横纵交错的第一电加热丝77，右端所述集气罐28内侧设有第二限位环78，所述第二限位环28上端放置有过滤层79，所述进气罐27和集气罐28下端通过循环管道80相互连接，设有温度传感器，实时监测工作腔室内的温度，通过进气罐内的第一电加热丝对保护气体进行升温加热，再将升温后的保护气体通入工作腔室，温度传感器和第一电加热丝均与设备的主控系统连接，避免工作腔室内的温度过高或者过低，温度过高则会影响各部件的使用寿命，温度过低则会使得激光烧结后的金属粉末快速冷却，导致成型零件凝固过程中产生裂纹，从而使得成型后零件存在缺陷，设有过滤层，将保护气体中带有的部分金属粉末和大颗粒物质过滤。
第二限位环78下端设有固定连接在集气罐28内侧的第三限位环81，所述第三限位环81上端设有蓄水棉82，将保护气体中带有的小颗粒物质吸收过滤。
工作腔室10前端设有开在所述壳体1上的放置口84，所述放置口84外侧设有通过铰链转动连接在所述壳体1外侧平面上的第一密封门85，所述集粉缸5前端设有开在所述壳体1上的安装口86，所述安装口86外侧设有通过铰链转动连接在所述壳体1外侧平面上的第二密封门87，所述第一密封门85和第二密封门87的另一端通过锁紧扣88与壳体1卡接，所述第一密封门85上设有观察窗89，设有第一密封门，使得工作腔室的密封性良好，保护气体不易泄出，保温效果好，设有第二密封门，则便于集粉缸的拿取和更换。
本发明在使用时，只需打开第一密封门85，将成型箱40放入工作平台7内即可，再关闭第一密封门85即可开始工作，工作时，通过电动推杆57推动储存箱55内的金属粉末从出粉槽18内挤压而出，再通过铺粉辊62平铺在成型箱40上端，多余的金属粉末则从落料槽19内掉入集粉缸5内，激光发生器2发射激光将一个加工层打印完成后通过热探测器17扫描加工后的零件平面，对加工后的零件平面的残余热量进行分析，调整激光发生器2的扫描矢量方向，从温度较低的一侧开始扫描打印，设备在正常工作时，与第一充气孔20连接的第一抽气泵25单独工作，如果遇到需要大面积扫描打印的区域时，与第二充气孔21连接的第一抽气泵25同时工作，同时调节装置中的第二步进电机37工作，带动挤压杆36转动挤压第一管路24，从而使得第一管路24内的保护气体流速加快，同时第二抽气泵30工作，加快工作腔室10内的保护气体的流动速度，从而避免激光烧结时产生的氧化烟雾吸附在第一保护镜片13上。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
