技术领域
[0001] 本
发明涉及一种能满足连续生产的增材制造设备，属于增材制造技术领域。
背景技术
[0002] 增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印，其将金属或非金属材料按照
挤压、
烧结、熔融、光
固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“
自下而上”通过材料累加的制造方法，且与传统的去除材料加工及
变形加工相比，逐层加工的增材制造技术具有
制造过程直接而无需工模具，不受结构复杂程度限制而为设计创新提供更自由的空间，材料利用率高，制造过程节能环保等诸多优势突出，满足了工业领域单件小批量制品、医学领域定制化的植入体、文化创意展示品、个性化日用品及其他众多领域物品制作日益发展的需求。
[0003] 增材制造技术中的粉末基增材制造技术，集成了高能束（激光或
电子束）、机械、自动控制、精密传动、材料科学与工程、化学、CAD/CAM等技术，从三维模型通过逐层扫描的模式直接制造最终产品，具有不受模型形状限制、完全的
冶金结合，致
密度近乎100%。粉末基增材制造由于具有各种优势而得到快速发展，现已应用到航空航天、军工、
汽车、医疗、文化创意、
消费电子产品等领域。 粉末基增材制造（SLS/SLM/EBM/3DP）是复杂产品部件制造的重要方式，其优势主要表现在： （1）使用高功率的
能量束如
激光束、电子束等，对熔点高、难加工的金属材料可直接加工成最终产品； （2）制造的金属零件具有冶金结合的特点，其致密度几乎达到100%，性能超过传统
铸造件，和
锻造件接近； （3）采用
分层实体制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂金属零件可直接制造，适用于个性化定制及小批量生产； （4）零件
近净成形，机加余量小，材料利用率高，粉末材料可
回收利用； （5）可用的材料来源广泛，陶瓷材料、高分子材料、金属材料，只要做出颗粒合适的粉末，均可用于粉末基增材制造； （6）无模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生产成本低，适于新产品的开发。
[0004] 现有的粉末基增材制造的加工方式是：在送粉缸内添加配好粉末料将其安装到位，同时通保护气体，然后平行布置成型缸和送粉缸，采用单向铺粉，烧结一层之后，成型缸下降一层烧结层厚度，供粉缸上升挤出一定量的粉末，铺粉辊或刮板将供粉缸粉末平铺到成型缸，然后开始烧结、熔融或融化，待该层横截面全部烧结后，再使成型缸下降一层烧结厚度，之后再供粉、铺粉、烧结、熔融或融化，循环往复此过程，最终完成零部件的增材制造。 现有的这种粉末基增材制造铺粉技术存在以下缺点：（1）现有设备都采用两个缸体——成型缸和送粉缸配合使用，在产品加工完毕后，为确保产品成型，成型缸需在通保护气的过程中逐步冷却，一般冷却时间长达12-24小时，对较大尺寸的文件冷却时间甚至会超过24小时，导致现有设备生产效率较低，无法连续化生产；（2）在送粉缸送
风过程中，由铺粉辊将粉末材料铺展到成型缸过程中，会有多余粉末刮出成型缸至收集槽，这种现象在加工较大的产品时就会导致在后期供粉缸缺料，无相关应急装置，进而导致产品建造失败。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种高效、节能能满足连续生产的增材制造设备，可以克服
现有技术的不足。
[0006] 本发明的技术方案是：一种能满足连续生产的增材制造设备，它包括
工作腔，在工作腔上连接有激光系统、气氛保护系统、预热系统和控制系统，在所述的工作腔内还设有供粉成型装置、自动铺粉机构和粉料回收桶；所述的供粉成型装置包括
支架，在支架上设有转动机构，在转动机构上设有三个以上的缸体固定架，在缸体固定架上通过固定件连接有内带活动
底板的缸体；所述的转动机构能带动缸体固定架运动；在所述支架上自动铺粉机构和激光烧结区域所对的缸体的下方设置有直线
电机，直线电机的活动端能带动缸体的底板垂直运动；
在所述的工作腔上设有上开式操作
门，开式操作门与缸体
位置相对。
[0007] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，所述的粉料回收桶的底板为活动板，在粉料回收桶的底部设有应急粉料供给电机。
[0008] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，在缸体上设有电加热装置，电加热装置的接线端位于缸体固定架上。
[0009] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，在上开式操作门的外侧及工作腔侧面设有方便隔离板插入的胶皮，在转动机构的端面上设有隔离板固定槽。
[0010] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，所述的转动机构包括回字形轨道，缸体固定架能沿回字形轨道画矩形滑动，在回字形轨道上设有推拉装置。
[0011] 所述的推拉装置为设置在回形轨道中间区域的移动小车，在移动小车上设有伸缩式
牵引杆，在缸体固定架上设有与伸缩式牵引杆匹配的插孔。
[0012] 所述的推拉装置为设置在回形轨道拐
角的直线电机、
气缸或油缸。
[0013] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，所述转动机构为转盘，在转盘底部圆心设有电机。
[0014] 前述的能满足连续生产的增材制造设备是，在所述支架上设有
水平位置调整装置，所述的水平位置调整装置为气缸。
[0015] 与现有技术比较，本发明针对现有增材制造过程中一缸供粉、一缸成型，成型后需缓慢冷却而导致无法连续生产的问题进行的系统化改进。
[0016] 本发明通过在工作腔内的支架上设置一个转动机构，在转动机构上设有三个以上的缸体固定架，转动机构能带动缸体固定架转动，在缸体固定架上通过固定件连接有内带活动底板的缸体，这样在生产过程中以其中一个缸体作为成型缸，其余两个及以上缸体作为供粉缸，转动机构转动至工作位置进行增材加工，加工完成后，转动机构带动缸体转动，完成成型的缸体在系统内逐渐冷却定型，原供粉缸因粉料使用后为空缸，将其旋转至成型位置成为新的成型缸，进行而可继续对产品进行加工，冷却至规定时间后可将成型缸取出更换新的供粉缸，进而实现连续循环生产。
[0017] 所用支架为
框架结构，且确保自动铺粉机构和激光烧结区域所对的缸体的下方能设置直线电机，利用直线电机的活动端能带动缸体的底板垂直运动，保持现有增材加工原理。
[0018] 为方便取出成型后的产品，在所述的工作腔上设有上开式操作门，开式操作门与缸体位置相对。
[0019] 进一步因现有的增材加工生产过程中，因铺设粉料多余部分会推至粉料回收桶，在生产较大规格产品是会存在供粉缸粉料不足现象，进而导致产品加工失败，为解决此问题，本发明将粉料回收桶的底板也设为活动板，并在粉料回收桶的底部设有应急粉料供给电机，这样当供粉缸无料的情况下，自动铺粉机构运行至最末端时停止运行，应急粉料供给电机就可将粉料回收桶的底板顶起，由自动铺粉机构反向将粉料刮向成型缸实现继续生产，进而可以避免生产的产品因缺料而作废。在粉料回收桶上连接有料管，料管的设置在粉料回收桶内料过多是可以排料，料少时可以补料。
[0020] 进一步的，为实现正常生产和后续的缓慢降温在缸体上设有电加热装置，同时为便面供电线缆拧绞，电加热装置的接线端通过滑环连接在缸体固定架上。
[0021] 更进一步的，因在生产和产品冷却过程中工作腔内均有气氛保护系统提供的保护气，为避免更换缸体时保护气外排对产品加工的影响，在上开式操作门的外侧及及工作腔的侧面+设有胶皮，在转动机构的端面上设有隔离板固定槽，这样就可在打开操作门之前将隔离板插入，形成一个单独的操作空间，实现与工作腔的隔离。
[0022] 本发明的多缸体结构为三个以上，但可根据生产与冷却的时间差进行合理布置，确保连续生产。
[0023] 同时本发明针对现有增材加工设备进行改进，其改进为在现有操作面增加工作腔空间，因操作面的另一端连接有大量设备不易改动；为此当缸体为大于等于3且为奇数时，转动机构可以按画方轨迹旋转，所述的转动机构包括回字形轨道，缸体固定架能沿回字形轨道画矩形滑动，在回字形轨道的内十字架上设有移动小车，在移动小车上设有伸缩式牵引杆，在缸体固定架上设有与伸缩式牵引杆匹配的插孔；此结构具有结构紧凑、对现有设备
修改布局调整少的优点。
[0024] 当缸体为大于等于4且为偶数时，转动机构可以采用转盘，缸体按正方形方式布置在转盘上，转盘由步进电机带动旋转，此结构造价较低，方便控制；因采用转盘结构缸体的转动区域为外接圆，这样对原设备的进行改进增加工作腔空间时就会出现缸体碰到工作腔原内壁的问题，为简单有效解决该问题，本发明在所述支架上安装一个水平位置调整装置，所述的水平位置调整装置为气缸，这样当转盘转动时，为避免缸体拐角碰到操作腔内壁，气缸推动支架向外运动，为转盘的转动留出空间。
附图说明
[0025] 图1是本发明的外部结构示意图。
[0026] 图2是图1左视内部结构示意图。
[0027] 图3是图1主视内部结构示意图。
[0028] 图4是图3的A-A截面示意图。
[0029] 图5是图1的第二种结构的内部结构示意图。
[0030] 图6是图5的B-B视图。
[0031] 图7是图1的第三种结构的内部结构示意图。
[0032] 图8是图7的C-C视图。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述，如图1-8图所示。
[0034]
实施例1，本发明涉及一种能满足连续生产的增材制造设备，其工作原理与设备
基础构造与现有增材制造设备相同，其改进区域位于工作腔1及其内的供粉和成型缸体等区域，如图1、2和3，在工作腔1上连接的激光系统14、气氛保护系统、预热系统和控制系统可维持现有结构；为方便对本发明的改进进行展开说明，将工作腔1内设置的供粉和成型缸体统称为供粉成型装置，同时的改进点还有自动铺粉机构13和粉料回收桶2。
[0035] 所述的供粉成型装置如图4，其包括由
型材焊接而成的支架3，长度与宽度根据生产要求进行设计，在支架3的上端面设有转动机构4，所述转动机构4为转盘41，在转盘41底部圆心安装有电机42，电机42优选步进电机，步进电机每次转动角度为90度，电机42的控制按键可以集成至控制系统；在转动机构4的转盘41上按矩阵方式设有三个以上的缸体固定架43，本例中缸体固定架43的数量为4个，在缸体固定架43上通过固定件44连接有四个内带活动底板的缸体5，所述的缸体固定架43可以是
支撑板，所述的固定件44是可以是螺钉或电磁
铁，目的为方便固定和拆卸缸体5，当缸体5固定后，转动机构4就能带动缸体5转动；在缸体5上设有电加热装置，电加热装置的接线通过滑环与转动机构4连接，电加热装置的接线端位于缸体固定架43上，将缸体5固定连接至规
定位置即可连接。
[0036] 根据增材制造原理，需有供粉缸和成型缸，本发明工作原理未改变，故在所述支架3上自动铺粉机构和激光烧结区域所对的缸体5的下方安装有直线电机6，直线电机6的底端固定在
机架3上，直线电机6的活动端在向上运动时能带动缸体5的底板垂直运动，实现供粉缸升，成型缸降的动作；
同时为满足本发明的连续操作，在所述的工作腔1上设有上开式操作门7，上开式操作门7与缸体5位置相对。
[0037] 在了解上述机构的情况下，结合附图1-4，先对本发明实现连续生产的工作原理进行说明，生产准备与现有增材制造设备相同，但因本
申请有多缸，故在保留一个缸体5为空缸的情况下将其余缸体5按要求填装粉料，粉料填装后拉出支架3将四个缸体5固定在转动机构4上，将支架3推回至规定位置，关闭工作腔1舱门，转动机构4转动，使空置的缸体5位于热成型区域，另一个装有粉料的缸体位于供料区域，预热至
工作温度后，两个直线电机6配合动作进行两个缸体一升一降的相关工作，其余设备的工作过程与现有一增材设备相同，待所加工产品生产完成后，直线电机6缓慢回缩至转动机构4以下，转动机构4转动90度，原空置的成型缸体5在工作腔1内缓慢冷却，原供粉缸因粉料使用后为空，转动至成型区域，另一个盛有粉料的缸体至供粉区域，进而可以继续生产，待第一个缸体内产品冷却至规定温度后，打开工作腔1上的上开式操作门7将该缸体5取出，并置换新的盛有粉料的缸体5至工作腔1内即可，进而可以实现连续生产，若成型周期小于冷却周期，则可以增加缸体5数量，但转动机构4上的缸体排列必须保持矩阵且满足位置对应。
[0038] 进一步的优化，本发明将粉料回收桶2的底板也设计为活动板，同时在粉料回收桶2的底部连接应急粉料供给电机8，同时在粉料回收桶2上连接料管11，这样的结构在供粉缸无料或缺料的情况下，可控制自动铺粉机构运行至最末端时停止运行，应急粉料供给电机8就可将粉料回收桶的底板顶起，由自动铺粉机构反向将粉料刮向成型缸实现继续生产，进而可以避免生产的产品因缺料而作废，因此类情况多发生在规格较大的产品上，且均是生产至最后阶段才会发生，故可节约大量时间及材料，具有较高的经济价值。在粉料回收桶上连接有料管，料管的设置可在粉料回收桶内料过多是可以排料，料少时可以补料。
[0039] 更进一步的优化，为防止取出缸体5时，保护气泄露，影响生产，在上开式操作门7的外侧和操作腔1的
侧壁设有方便隔离板9插入的胶皮，在转动机构4的端面上设有隔离板固定槽10，这样在要取出缸体5前就可将5个面的隔离板9插入，形成一个独立的腔体。
[0040] 同时本发明还会涉及到对现有设备的改进，因现有设备的工作腔已经成型，缸体5与舱门相对侧的距离不方便调整，这样在采用本发明，即多缸连接在转动机构后，其转动空间就会受限，为解决其问题，本发明在支架3与现有工作腔内壁之间连接一个水平位置调整装置，所述的水平位置调整装置为气缸，这样在转动机构4转动时就可将支架3外推，留出缸体5的转动空间，转动结束后回拉，使支架回归原位。
[0041] 实施例2，如图5-8所示，实施例2的原理与实施例1相同，其区别点在于转动机构4，该结构可确保支架3推进工作腔1后不再运动，其转动机构4的运动与现有华容道游戏的运动方式一致为直线运动，但需保留一个缸体的空缺位；其运行轨道为回字形轨道45，缸体固定架43为正方形框，安装在回字形轨道45内、且能沿回字形轨道45画矩形滑动，缸体5连接在缸体固定架43上，在回字形轨道45上设有推拉装置，推拉装置可以是直线电机、气缸、油缸或可移动小车。使用移动小车46时，移动小车46位于回形轨道45的中间区域，在移动小车上设有伸缩式牵引杆，在缸体固定架上设有与伸缩式牵引杆匹配的插孔，缸体固定架需移动时，移动小车移动至规定位置，伸出伸缩式牵引杆至插孔内，即可实现两者的连接，移动小车运动即可实现牵引。使用直线电机、气缸或油缸47时，直线电机、气缸或油缸47采用四个，位于回形轨道45的拐角，通过控制系统控制直线电机、气缸或油缸47动作，实现缸体固定架43的转动，但为实现活动杆的回拉能带动缸体固定架43，需在活动杆与缸体固定架43之间设置数控挂接装置。
