本發(fā)明屬于3d打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3d打印設(shè)備及控制方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以三維模型為基礎(chǔ)，運用金屬粉末或者塑料等可粘合材料，通過逐層掃描，層層堆垛的方式來構(gòu)造出立體三維零件的技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了cad/cam、光學(xué)、數(shù)控及材料科學(xué)等各類學(xué)科，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在珠寶、醫(yī)療、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、航空航天、汽車、教育等都有應(yīng)用前景。

目前針對金屬材料3d打印工藝，slm是主流工藝，slm技術(shù)是在sls基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，二者的基本原理類似。slm技術(shù)需要使金屬粉末完全熔化，直接成型金屬件，因此需要高功率密度激光器激光束開始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，然后激光束將按當(dāng)前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層的輪廓，然后可升降系統(tǒng)下降一個圖層厚度的距離，滾動鋪粉輥再在已加工好的當(dāng)前層上鋪金屬粉末，設(shè)備調(diào)入下一圖層進(jìn)行加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。

在slm增材制造過程中，鋪粉過程是增材制造工藝的關(guān)鍵過程。金屬粉末材料的可鋪展性能對打印工藝及其重要。但目前對增材制造用金屬粉末的性能檢測仍然停留在傳統(tǒng)的參數(shù)檢測水平，利用傳統(tǒng)粉末材料的檢測手段進(jìn)行表征，準(zhǔn)確度不高，常導(dǎo)致實際打印出的制品的質(zhì)量達(dá)不到預(yù)想標(biāo)準(zhǔn)。

申請人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，在制品的打印過程中，每一層粉末的表面形貌對打印制品的性能影響巨大，某一層鋪粉時造成的不均勻、缺陷會造成一個產(chǎn)品缺陷，而缺陷會進(jìn)一步造成應(yīng)力集中等影響，進(jìn)而大幅度降低制品的性能。而現(xiàn)有的3d打印設(shè)備運行時，當(dāng)某一層鋪粉出現(xiàn)缺陷時，由于無法判斷出鋪粉層質(zhì)量情況，一般會繼續(xù)打印，影響產(chǎn)品的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可監(jiān)測打印過程中鋪粉層平整度情況的3d打印設(shè)備及控制方法，以提高打印制品質(zhì)量，實現(xiàn)更精細(xì)化的打印。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種3d打印設(shè)備控制方法，包括如下步驟：

（1）鋪一層粉末，獲得粉末層；

（2）用表面形貌測量裝置對步驟（1）中的粉末層進(jìn)行表征，獲取粉末層表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin；

（3）分別比較最高處高度hmax與設(shè)定值h0、最低處深度hmin與設(shè)定值h0（設(shè)定值h0即為粉末層表面不平整處的最高處高度和最低處深度的允許值）的大小；

（4）當(dāng)最高處高度hmax和最低處深度hmin的絕對值均小于設(shè)定值h0的絕對值時，進(jìn)行打??；當(dāng)最高處高度hmax和最低處深度hmin的絕對值中有一個不小于設(shè)定值h0的絕對值時，停止打印，并反饋信息。

其中，hmax為最高高度與鋪粉面平均高度的差值的絕對值。最低深度hmin為平均深度與最低深度差值的絕對值。

進(jìn)一步地，步驟（4）中打印方法為sls、slm中的一種。

進(jìn)一步地，步驟（4）中反饋的信息在3d打印設(shè)備的操作界面上顯示，或者為聲和/或光報警信號。

采用這樣的控制方法，操作人員可以根據(jù)實際需要設(shè)定h0的值后，進(jìn)行打印，當(dāng)鋪粉層的平整度不符合要求時，停止打印，停止打印后可以進(jìn)行后續(xù)的補(bǔ)救措施，然后繼續(xù)打印，或者操作人員可以對打印工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后繼續(xù)打印，以獲得性能優(yōu)異的制品。

本發(fā)明還提供一種3d打印設(shè)備，該3d打印設(shè)備包括密封的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置，所述殼體內(nèi)還設(shè)有表面形貌測量裝置；

還包括數(shù)據(jù)處理裝置，用于對表面形貌測量裝置獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得粉末層表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin，并與設(shè)定值h0比較；

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理裝置與表面形貌測量裝置電連接；

還包括數(shù)據(jù)反饋裝置，用于接收數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)處理結(jié)果并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋給操作人員；

優(yōu)選地，所述反饋裝置與數(shù)據(jù)處理裝置電連接。

進(jìn)一步地，所述鋪粉裝置為刮刀鋪粉裝置或輥鋪粉裝置。

進(jìn)一步地，所述表面形貌測量裝置為三維成像裝置或測距裝置，三維成像裝置可以獲得三維圖像中峰、谷的高度、深度、面積信息。

進(jìn)一步地，所述表面形貌測量裝置為光學(xué)成像裝置、激光成像裝置、電子成像裝置中的一種。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理裝置為單片機(jī)或計算機(jī)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)反饋裝置為顯示裝置、聲和/或光報警裝置中的一種或多種。

其中，數(shù)據(jù)處理裝置可以為本領(lǐng)域常規(guī)的單片機(jī)、計算機(jī)等硬件及所包含的軟件，數(shù)據(jù)處理裝置對表面形貌表征數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，甄別粉末表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin，并將數(shù)據(jù)通過反饋裝置反饋給操作人員，操作人員根據(jù)反饋結(jié)果可對打印設(shè)備進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，如控制啟閉、調(diào)整打印參數(shù)等等。操作人員可以根據(jù)需要，進(jìn)行設(shè)定表面的形貌的最大的高、深值（h0），當(dāng)某一層的表面出現(xiàn)大于所述設(shè)定值h0的不平整地時，數(shù)據(jù)處理裝置控制反饋裝置進(jìn)行反饋。

本發(fā)明的3d打印設(shè)備及控制方法可以對打印過程中鋪粉層的平整度進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果實時反饋出來，方便操作人員對打印工藝參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，避免鋪粉不均勻所導(dǎo)致的產(chǎn)品缺陷，進(jìn)而大幅度提高制品的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一種實施方式的3d打印設(shè)備的俯視圖。

圖2是本發(fā)明第一種實施方式的3d打印設(shè)備的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現(xiàn)“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對結(jié)構(gòu)起限定作用。

本實施方式的3d打印設(shè)備，包括密封的殼體1，殼體1內(nèi)設(shè)有與水平面平行的工作平臺2，所述殼體1內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置，所述鋪粉裝置的周圍設(shè)置有表面形貌測量裝置；

還包括數(shù)據(jù)處理裝置，用于對表面形貌測量裝置獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得粉末層表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin，并與設(shè)定值h0比較，

所述數(shù)據(jù)處理裝置與表面形貌測量裝置電連接；

還包括數(shù)據(jù)反饋裝置，用于接收數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)處理結(jié)果并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋給操作人員，所述反饋裝置與數(shù)據(jù)處理裝置電連接。

其中，鋪粉裝置為刮刀鋪粉裝置，所述刮刀鋪粉裝置包括供粉平臺301和鋪粉平臺303，供粉平臺301和鋪粉平臺303均與工作平臺2平行，所述供粉平臺301和鋪粉平臺303的下方分別設(shè)置有供粉倉304和鋪粉倉305，供粉倉304和鋪粉倉305的頂部均開口，供粉倉304和鋪粉倉305均固定在工作平臺2上，供粉倉304和鋪粉倉305的頂端面與工作平臺2平齊，所述供粉平臺301可沿供粉倉304上升，所述鋪粉平臺303可沿鋪粉倉305上升或下降；所述供粉平臺301上設(shè)有可將粉末刮至鋪粉平臺303上的刮粉機(jī)構(gòu)302，所述刮粉機(jī)構(gòu)302完成一次刮刀后可上升并返回至供粉平臺301。工作平臺2處于惰性氣體保護(hù)狀態(tài)。

表面形貌測量裝置為激光成像裝置，該激光成像裝置包括激光器501和感應(yīng)器502，所述激光器501設(shè)置于鋪粉平臺303的左側(cè)，所述感應(yīng)器502設(shè)置于鋪粉平臺303的右側(cè)，且位于鋪粉平臺303與供粉平臺301之間，所述的成像裝置還包括計算機(jī)，以及相應(yīng)的計算成像軟件。數(shù)據(jù)處理裝置對獲得的三維圖像中峰、谷的高度、深度、面積信息進(jìn)行處理，分析獲得粉末表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin，并將數(shù)據(jù)通過反饋裝置反饋給操作人員。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得粉末表面不平整處的最高處高度hmax和最低處深度hmin，并將數(shù)據(jù)通過反饋裝置反饋給操作人員。

本實施方式的3d打印設(shè)備還包括用于測量鋪粉裝置鋪設(shè)的粉末層密度的密度測量裝置4，密度測量裝置4包括體積測量裝置和重量測量裝置，密度測量裝置4設(shè)置于鋪粉倉305的下方，密度測量裝置與數(shù)據(jù)處理裝置電連接。

所述數(shù)據(jù)處理裝置為單片機(jī)；數(shù)據(jù)反饋裝置主要由顯示裝置和聲光報警裝置組成，顯示裝置用于顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，供操作人員參考，聲光報警裝置給予操作人員提示或警示。

上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。