本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增材制造裝置及方法。

背景技術(shù)：

增材制造(3d打印)是一種通過連續(xù)熔合一個以上薄層的材料來制造三維實體零件的制造技術(shù)。

在鋪粉式的增材制造技術(shù)中，增加制造零件尺寸的方法是設(shè)置兩個或多個的射線束，通過射線束對粉床表面進(jìn)行掃描。由于一個射線束的偏轉(zhuǎn)掃描范圍是有限的，如果要制造的零件尺寸超出該射線束的偏轉(zhuǎn)掃描范圍，則無法制造。因此會采用多個射線束進(jìn)行掃描，將多個射線束的偏轉(zhuǎn)掃描范圍拼接在一起，形成更大的掃描范圍，這樣就可以制造更大尺寸的零件。

但是上述多射線束的增材制造設(shè)備存在著以下問題：

由于多個射線束的增材制造設(shè)備的成形缸尺寸很大，填滿整個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夠大，則不會浪費鋪設(shè)的粉末材料。但如果要打印的零件尺寸較小，由于上述多個射線束的增材制造設(shè)備的成形缸尺寸很大，仍然需要鋪設(shè)大量的粉末材料，但是產(chǎn)出的卻是小型零件，導(dǎo)致大部分粉末材料用不到，造成粉末材料的浪費。

因此，如何設(shè)計一種兼顧大尺寸零件打印能力和小尺寸零件打印的經(jīng)濟(jì)性的多射線束增材制造設(shè)備，是目前需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種增材制造裝置及方法，以達(dá)到兼具大尺寸零件打印能力和小尺寸零件打印的經(jīng)濟(jì)的目的。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種增材制造裝置，包括：

成形室，頂部設(shè)有至少一個射線發(fā)生器；

成形缸，可拆卸的位于成形室內(nèi)，且內(nèi)部設(shè)有活塞；

鋪粉平臺，可拆卸的安裝在成形室內(nèi)，與所述成形缸配套使用且設(shè)置在成形缸的兩側(cè)；

驅(qū)動軸，動密封且可移動的穿設(shè)于成形室上，并可拆卸的連接于所述活塞，所述驅(qū)動軸設(shè)置有至少一個，以連接支撐不同尺寸的成形缸的活塞。

作為優(yōu)選，至少一個射線發(fā)生器的最大掃描范圍至少覆蓋所述成形缸的上表面。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動軸設(shè)置為多個時，多個驅(qū)動軸同步移動。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動軸設(shè)置為多個時，所述驅(qū)動軸等間距的穿設(shè)在成形室上。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動軸設(shè)置為多個時，多個驅(qū)動軸中的一個或多個連接于所述活塞。

作為優(yōu)選，所述射線發(fā)生器設(shè)置為多個時，多個射線發(fā)生器呈m×n排列布置，其中，m為射線發(fā)生器布置的排數(shù)，n為射線發(fā)生器布置的列數(shù)。

作為優(yōu)選，所述射線發(fā)生器發(fā)射的射線束為電子束或者激光束，當(dāng)所述射線束為電子束時，所述成形室內(nèi)部為真空環(huán)境。

作為優(yōu)選，還包括至少一個料斗，所述料斗可拆卸的安裝在成形室內(nèi)，且置于鋪粉平臺上方。

作為優(yōu)選，還包括刮刀，所述刮刀可拆卸的安裝在鋪粉平臺上方，用于將鋪粉平臺上的粉末材料刮至成形缸內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述成形缸、鋪粉平臺、料斗以及刮刀成套設(shè)置。

本發(fā)明還提供一種增材制造方法，根據(jù)所要制造的零件的尺寸大小，將與所述零件尺寸大小相匹配的成形缸以及與成形缸配套使用的鋪粉平臺可拆卸的安裝在成形室內(nèi)，并將所述成形缸可拆卸的連接在至少一個驅(qū)動軸上。

本發(fā)明通過設(shè)置至少一個射線發(fā)生器，并將成形缸、鋪粉平臺可拆卸的安裝在成形室內(nèi)，通過驅(qū)動軸可拆卸連接成形缸的活塞，當(dāng)需要制造不同尺寸的零件時，可以直接更換不同尺寸的成形缸以及與其配套的鋪粉平臺，進(jìn)而滿足對不同尺寸的零件的制造，能夠兼具大尺寸零件的打印能力和小尺寸零件打印的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明增材制造裝置具有某一尺寸成形缸的的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明增材制造裝置具有另一尺寸成形缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明增材制造裝置兩個射線發(fā)生器的掃描范圍示意圖；

圖4是本發(fā)明增材制造裝置四個射線發(fā)生器的掃描范圍示意圖。

圖中：

1、成形室；2、成形缸；3、鋪粉平臺；4、驅(qū)動軸；5、射線發(fā)生器；6、料斗；7、刮刀；21、活塞；61、粉末輸送板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供一種增材制造裝置，如圖1和圖2所示，該增材制造裝置包括成形室1、成形缸2、鋪粉平臺3、驅(qū)動軸4、射線發(fā)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內(nèi)，在成形缸2內(nèi)部設(shè)有可移動的活塞21，用于放置鋪設(shè)的粉末材料，具體的，粉末材料會鋪滿活塞21與成形缸2缸體之間的空間，并形成粉末薄層。本實施例中，上述粉末材料可以是鈦、鈦合金、銅合金、鈦鋁金屬間化合物、鉭合金、鋼等，且粉末材料的粒徑范圍為45μm-105μm。

本實施例中，上述成形缸2可以根據(jù)不同的零件尺寸進(jìn)行拆卸更換，進(jìn)而避免使用單一尺寸成形缸2時，存在大尺寸零件無法制造以及小尺寸零件浪費粉末材料的問題。

在成形缸2的兩側(cè)密封連接有鋪粉平臺3，該鋪粉平臺3可拆卸的安裝在成形室1內(nèi)，用于承接粉末材料，并使粉末材料置于成形缸2內(nèi)。上述鋪粉平臺3的尺寸可以和成形缸2的尺寸相配套，以滿足兩者能夠放置在成形室1內(nèi)為準(zhǔn)。

在鋪粉平臺3的上方可拆卸的安裝有上述刮刀7，該刮刀7至少具有水平移動的功能，即沿鋪粉平臺3可水平移動，其用于將鋪粉平臺3上的粉末材料鋪設(shè)在成形缸2的活塞21上，以形成粉末薄層。本實施例中，上述刮刀7可以雙向刮粉，即可以從左到右刮粉，也可以從右到左刮粉。

料斗6設(shè)置有至少一個，其可拆卸的安裝在成形室1內(nèi)且位于鋪粉平臺3的上方，本實施例中，將料斗6設(shè)置為兩個，分別設(shè)置在鋪粉平臺3兩側(cè)的上方，在料斗6內(nèi)放有粉末材料，料斗6的下方開口設(shè)置，且設(shè)置有粉末輸送板61，通過粉末輸送板61將其內(nèi)的粉末材料輸送至鋪粉平臺3上。本實施例中，優(yōu)選的，上述兩個料斗6對稱設(shè)置。

本實施例中，由于上述成形缸2、鋪粉平臺3、料斗6以及刮刀7均為可拆卸的設(shè)置在成形室1內(nèi)，因此在進(jìn)行不同尺寸的零件制造時，可以單獨將成形缸2以及與其配套的鋪粉平臺3更換為符合零件尺寸的成形缸2和鋪粉平臺3，也可以將上述成形缸2、鋪粉平臺3、料斗6以及刮刀7作為一套裝置，同時更換為與零件尺寸相匹配的裝置，通過一整套的裝置更換，其更換速度更快，且配套效果更好，能夠進(jìn)一步增加增材制造效率。

本實施例中，上述驅(qū)動軸4動密封的穿設(shè)在成形室1下部，且其可拆卸的連接于上述成形缸2的活塞21。通過上述驅(qū)動軸4，能夠支撐帶動活塞21相對于成形缸2缸體上下移動，以便進(jìn)行多層的粉末鋪設(shè)。當(dāng)需要更換不同尺寸的成形缸2時，可將成形缸2的活塞21從驅(qū)動軸4上拆卸下來，隨后在將成形缸2從成形室1內(nèi)拆卸下來，即可進(jìn)行成形缸2的更換。

本實施例中，上述驅(qū)動軸4可以為一個，此時驅(qū)動軸4可拆卸連接在活塞21上。驅(qū)動軸4也可以為多個，當(dāng)為多個時，可以是一個連接于成形缸2的活塞21(適用于成形缸2尺寸很小的情況)，也可以多個均連接于成形缸2的活塞21(適用于成形缸2尺寸很大的情況)，只需滿足能夠?qū)Τ尚胃?的活塞21平穩(wěn)的支撐以及驅(qū)動即可。需要說明的是，當(dāng)驅(qū)動軸4為多個時，多個驅(qū)動軸4同步運行，以便于多個驅(qū)動軸4均連接于活塞21時，能夠保證活塞21的水平度不變，進(jìn)而能夠鋪設(shè)符合要求的粉末薄層。

進(jìn)一步的，當(dāng)驅(qū)動軸4設(shè)置為多個時，多個驅(qū)動軸4等間距的穿設(shè)在成形室1上，以達(dá)到對活塞21的平穩(wěn)支撐以及驅(qū)動，進(jìn)一步保持活塞21的水平度不變。

本實施例中，上述射線發(fā)生器5設(shè)置有至少一個，且均設(shè)置在成形室1的頂部，其用于發(fā)射射線束，并由射線束對成形缸2上的粉末薄層進(jìn)行掃描加工。上述射線束可以為電子束或者激光束，當(dāng)射線束為電子束時，成形室1內(nèi)部為真空環(huán)境。本實施例中優(yōu)選選用為電子束，此時電子加速電壓45-60kv，最大功率3kw以上。成形室1與真空獲得裝置(例如真空泵等)連接，以使得成形室1內(nèi)的氣壓符合要求。在成形室1上還有輔助氣體充入口，通過向成形室1內(nèi)充入輔助氣體，以調(diào)節(jié)成形室1內(nèi)的氣壓達(dá)到設(shè)定值。上述輔助氣體可以是惰性氣體或者氮氣，以避免與粉末材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)。

上述至少一個射線發(fā)生器5的最大掃描范圍至少覆蓋所述成形缸2的上表面，以達(dá)到滿足對粉末薄層掃描完全的目的。本實施例中，上述射線發(fā)生器5可以設(shè)置一個，但是需要保證其能夠完全的掃描粉末薄層，也就是說成形缸2的尺寸比較小。當(dāng)成形缸2的尺寸比較大，單個射線發(fā)生器5不足以完全掃描粉末薄層時，需要多個射線發(fā)生器5共同作用，此時多個射線發(fā)生器5的掃描范圍相合形成一個更大的掃描范圍，即可實現(xiàn)對大尺寸的成形缸2上的粉末薄層的掃描。

本實施中，當(dāng)射線發(fā)生器5設(shè)置為多個時，多個射線發(fā)生器5呈m×n排列布置，其中，m為射線發(fā)生器5布置的排數(shù)，n為射線發(fā)生器5布置的列數(shù)。可參照圖3，以射線發(fā)生器5為兩個為例，此時射線發(fā)生器5發(fā)射的射線束的掃描范圍為方形(不限于方形)，此時兩個射線發(fā)生器5成排設(shè)置，且兩者的掃描范圍部分地重疊，重疊區(qū)域為條狀。成形缸2的尺寸不大于兩者的掃描范圍疊加后的最大尺寸。本例中，當(dāng)一個射線發(fā)生器5能夠滿足完全對成形缸2上的粉末薄層的掃描時，其中一個射線發(fā)生器5可以不開啟，即僅用一個射線發(fā)生器5即可。

參照圖4，當(dāng)成形缸2尺寸較大需要多個射線發(fā)生器5時，以射線發(fā)生器5為四個為例，此時四個射線發(fā)生器5呈2×2排列設(shè)置，四個射線發(fā)生器5發(fā)射的射線束的掃描范圍疊加后的最大掃描范圍如圖4所示，此時成形缸2的尺寸不大于上述最大掃描范圍。

通過上述設(shè)置，能夠保證成形缸2上的粉末薄層完全被掃描，進(jìn)而不會出現(xiàn)部分未掃描導(dǎo)致成形失敗。

本實施例中，在進(jìn)行增材制造時，首先將制造的三維零件的模型存儲在計算機(jī)中，模型在計算機(jī)中被分層，并得到每一層的加工信息。三維零件的制造在成形室1中進(jìn)行，粉末輸送板61將料斗6內(nèi)的粉末材料輸送至鋪粉平臺3，刮刀7將粉末材料鋪設(shè)在成形缸2的活塞21上方并形成粉末薄層，至少一個射線發(fā)生器5發(fā)射射線束，對粉末薄層進(jìn)行掃描加工；當(dāng)?shù)谝粚油瓿珊?，粉末輸送?1再次將料斗6內(nèi)的粉末材料輸送至鋪粉平臺3，刮刀7將粉末材料鋪設(shè)在成形缸2的活塞21上方并形成粉末薄層，至少一個射線發(fā)生器5發(fā)射射線束，對粉末薄層進(jìn)行掃描加工……如此循環(huán)，通過連續(xù)加工兩層以上的粉末薄層構(gòu)建出三維零件。

當(dāng)需要制造不同尺寸的零件時，可以更換不同尺寸的成形缸2，可以直接更換不同尺寸的成形缸2以及與其配套的鋪粉平臺3，也可以直接更換整套的成形缸2、鋪粉平臺3、料斗6以及刮刀7，以滿足對不同尺寸的零件的制造，能夠兼具大尺寸零件的打印能力和小尺寸零件打印的經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明還提供一種增材制造方法，其通過上述的增材制造裝置實現(xiàn)，具體的，該方法包括：根據(jù)所要制造的零件的尺寸大小，將與零件尺寸大小相匹配的成形缸以及與成形缸配套使用的鋪粉平臺可拆卸的安裝在成形室內(nèi)，并將成形缸可拆卸的連接在至少一個驅(qū)動軸上。隨后，根據(jù)上述增材制造裝置進(jìn)行零件的制造，具體制造過程已在上述增材制造裝置中闡述，不再贅述。

本發(fā)明通過上述增材制造方法，能夠根據(jù)不同的零件尺寸更換不同的成形缸和鋪粉平臺，或者更換整套的成形缸、鋪粉平臺、料斗以及刮刀，即能夠打印大尺寸零件，也能夠在打印小尺寸零件時少浪費甚至不浪費粉末材料。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。