一种粉末床电子束3D打印装置及方法 |
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申请号 | CN202410346622.3 | 申请日 | 2024-03-26 | 公开(公告)号 | CN117943563A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
申请人 | 西安赛隆增材技术股份有限公司; | 发明人 | 潘登; 赵培; 夏忠银; 卢奔; 向长淑; 王辉; | ||||
摘要 | 本 发明 是关于一种粉末床 电子 束3D打印装置及方法,该装置包括:成形室,成形室内具有一空腔,成形室的顶部设置有电子枪,电子枪的发射端朝向成形室的空腔内;设置在成形室空腔内的底部的成形缸;成形缸内设置有粉床,粉床与成形缸间隙配合;粉缸,与成形缸并排设置; 隔热 屏组件;成形缸的 侧壁 上分别开设有若干个出粉孔;成形缸的侧壁上环绕有引粉槽,引粉槽与成形缸的侧壁固接,引粉槽设置在若干个出粉孔与成形缸底部之间;成形室底部,与引粉槽相对应的 位置 上固接有接粉盒;成形缸底部固接有成形缸光轴。本发明提供的装置及方法,在零件完成打印后,利用成形缸上开设的出粉孔使粉床中的松散的粉末流出,使粉 块 的热量更易导出。 | ||||||
权利要求 | 1.一种粉末床电子束3D打印装置,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 一种粉末床电子束3D打印装置及方法技术领域背景技术[0002] 粉末床电子束3D打印设备是在真空条件下,以电子束为热源,经过铺粉、粉床预热、熔化、成形台下降四个步骤,完成每一层材料的成形,如此循环即可实现零件制备。可 见,真空环境、粉床预热是电子束3D打印不同于其他打印技术的特色之处,正是因为这两点 不同,使得电子束3D打印设备打印完成后的零件被“假烧结”的粉末包裹并处于成形缸内 部,且内部是真空环境,致使热量很难通过热传导的方式导出,这是导致电子束3D打印降温 效率低的主要原因。该难题已经严重影响了零件的打印效率和零件生产成本,是当下电子 束3D打印设备亟须解决的难题。 [0003] 因此,有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。 发明内容[0006] 本发明提供一种粉末床电子束3D打印装置,包括:成形室,成形室内具有一空腔,成形室的顶部设置有电子枪,电子枪的发射端朝向 成形室的空腔内; 成形缸,成形缸设置在成形室空腔内的底部,且与电子枪发射端的位置相对;成形 缸内设置有粉床,粉床与成形缸间隙配合; 粉缸,与成形缸并排设置; 隔热屏组件,隔热屏组件设置在电子枪发射端与成形缸之间; 成形缸的侧壁上分别开设有若干个出粉孔;成形缸的侧壁上环绕有引粉槽,引粉 槽与成形缸的侧壁固接,引粉槽设置在若干个出粉孔与成形缸底部之间;成形室底部,与引 粉槽相对应的位置上固接有接粉盒; 成形缸底部固接有成形缸光轴,成形缸光轴穿插出成形室。 [0007] 本发明中,若干个出粉孔沿成形缸周向均匀“一”字排列,且设置在成形缸侧壁靠近顶部的位置。 [0008] 本发明中,成形缸4个棱柱分别设置有转向轮,转向轮设置在成形缸顶部与出粉孔之间;成形缸侧壁上还分别连接有旋转轮;旋转轮与转向轮设置在同一高度; 转向轮与旋转轮通过传动链条连接; 其中一个转向轮同轴连接有第一锥形齿轮;成形室侧壁上设置有第一传动电机, 第一传动电机的转轴穿插入成形室内,第一传动电机的转轴上固接有第二锥形齿轮,第一 锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合。 [0010] 本发明中,成形缸侧壁上还分别固接有一对相对设置的挡板固定器,出粉孔挡板设置在一对挡板固定器之间。 [0011] 本发明中,出粉孔的延伸线与成形缸侧壁所形成的夹角角度为45°。 [0012] 本发明中,隔热屏组件包括固接在成形室内顶部的固定板,固定板与成形室远离成形缸的侧壁平行; 固定板与成形室远离成形缸的侧壁之间固接有一对相互平行的隔热屏光轴,一对 隔热屏光轴之间设置有丝杠; 成形室远离成形缸的侧壁外设置有第二传动电机,第二传动电机的转轴穿插入成 形室内,且与丝杠的一端固接,丝杠另一端与固定板连接。 [0013] 本发明中,隔热屏组件还包括“L”型隔热屏悬挂,“L”型隔热屏悬挂的一边套设在一对隔热屏光轴和丝杠上,且与丝杠啮合;“L”型隔热屏悬挂的另一边固接有隔热屏。 [0014] 本发明中,还包括水冷组件,水冷组件包括在成形室内顶部,与成形缸相对的位置固接有一对相对设置的冷却板,一对冷却板与粉床间隙配合; 成形室外顶部设置有冷水管进水口和冷水管出水口,冷水管进水口和冷水管出水 口之间连接有冷水管,冷水管分布在一对冷却板相对的一侧和一对冷却板之间的成形室外 顶部; 冷水管进水口处安装有三通球阀;冷水管出水口处安装有两通球阀。 [0015] 本发明还提供一种粉末床电子束3D打印方法,该方法包括:当设备完成打印后,将粉床升起,同时冲入冷却气体,粉床上的松散粉末通过出粉 孔流出成形缸,环绕在成形缸侧壁上的引粉槽收集从出粉孔流出的粉末,顺流而下,汇聚到 接粉盒中。 [0017] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开 的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据 这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置的结构示意图;图2示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置中成形缸上出粉孔 的结构示意图; 图3示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置中成形缸的结构示 意图; 图4示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置中第一传动电机的 位置示意图; 图5示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置中隔热屏组件的示 意图; 图6示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印装置中冷水管的位置示 意图; 图7示出本发明示例性实施例中一种粉末床电子束3D打印方法的流程图。 [0019] 图中,100.成形室;200.电子枪;300.成形缸;301.粉床;302.出粉孔;303.引粉槽;304.接粉盒;305.成形缸光轴;306.转向轮;307.旋转轮;308.传动链条;309.第一锥形齿 轮;310.第一传动电机;311.第二锥形齿轮;312.螺杆;313.限位板;314.出粉孔挡板;315. 挡板固定器;316.粉缸;400.隔热屏组件;401.固定板;402.隔热屏光轴;403.丝杠;404.第 二传动电机;405.隔热屏悬挂;406.隔热屏;500.水冷组件;501.冷却板;502.冷水管进水 口;503.冷水管出水口;504.冷水管。 具体实施方式[0020] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本发明将更加 全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结 构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。 [0021] 此外,附图仅为本发明实施例的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框 图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。 [0022] 本示例实施方式中首先提供了一种粉末床电子束3D打印装置,参考图1所示,包括: 成形室100,成形室100内具有一空腔,成形室100的顶部设置有电子枪200,电子枪 200的发射端朝向成形室100的空腔内;成形缸300,成形缸300设置在成形室100空腔内的底 部,且与电子枪200发射端的位置相对;成形缸300内设置有粉床301,粉床301与成形缸300 间隙配合;粉缸316,与成形缸300并排设置;隔热屏组件400,隔热屏组件400设置在电子枪 200发射端与成形缸300之间; 如图2所示,成形缸300的侧壁上分别开设有若干个出粉孔302,出粉孔302用于将 成形缸300中的粉末流出;成形缸300的侧壁上环绕有引粉槽303,用于收集粉末,引粉槽303 与成形缸300的侧壁固接,引粉槽303设置在若干个出粉孔302与成形缸300底部之间;成形 室100底部,与引粉槽303相对应的位置上固接有接粉盒304,引粉槽303收集的粉末最终流 向接粉盒304中; 如图3所示,成形缸300底部固接有成形缸光轴305,成形缸光轴305穿插出成形室 100。当打印结束后,通过将粉床301升起,粉床301上的松散粉末通过出粉孔302流出成形缸 300,环绕在成形缸300侧壁上的引粉槽303收集从出粉孔302流出的粉末,并汇聚到接粉盒 304中,使得热量更易导出。 [0023] 可选的,在一些实施例中,若干个出粉孔302沿成形缸300周向均匀“一”字排列,且设置在成形缸300侧壁靠近顶部的位置。出粉孔302沿成形缸300周向均匀“一”字排列,便于 对出粉孔302开启与关闭的统一控制。 [0024] 可选的,在一些实施例中,成形缸300的4个棱柱分别设置有转向轮306,转向轮306设置在成形缸300顶部与出粉孔302之间;成形缸300侧壁上还分别连接有旋转轮307;旋转 轮307与转向轮306设置在同一高度;转向轮306与旋转轮307通过传动链条308连接;通过传 动链条308连接转向轮306和旋转轮307,当转向轮306发生转动时,旋转轮307会在传动链条 308的带动下一起转动。 [0025] 其中一个转向轮306同轴连接有第一锥形齿轮309;如图4所示,成形室100侧壁上设置有第一传动电机310,第一传动电机310的转轴穿插入成形室100内,第一传动电机310 的转轴上固接有第二锥形齿轮311,第一锥形齿轮309与第二锥形齿轮311啮合。当第一传动 电机310开启,带动第二锥形齿轮311转动,从而带动转向轮306和旋转轮307转动。 [0026] 可选的,在一些实施例中,旋转轮307同轴连接有螺杆312,螺杆312底部固接有限位板313,限位板313底部固接有出粉孔挡板314,出粉孔挡板314与出粉孔302相对应;限位 板313与成形缸300侧壁间隙配合。当旋转轮307转动,因螺杆312底部固接有限位板313,限 位板313与成形缸300侧壁间隙配合,在限位板313的限位下,螺杆312在旋转轮307转动的作 用下发生上下位移,带动出粉孔挡板314的上下位移,从而实现对出粉孔302开启与闭合的 控制。 [0027] 可选的,在一些实施例中,成形缸300侧壁上还分别固接有一对相对设置的挡板固定器315,出粉孔302挡板设置在一对挡板固定器315之间。通过挡板固定器315使出粉孔挡 板314更加贴合出粉孔302,避免粉床301上的粉末在出粉孔302未开启时流出。 [0028] 可选的,在一些实施例中,出粉孔302的延伸线与成形缸300侧壁所形成的夹角角度为45°,便于粉末从出粉孔302中流出。 [0029] 可选的,在一些实施例中,如图5所示,隔热屏组件400包括固接在成形室内顶部的固定板401,固定板401与成形室100远离成形缸300的侧壁平行;固定板401与成形室100远 离成形缸300的侧壁之间固接有一对相互平行的隔热屏光轴402,一对隔热屏光轴402之间 设置有丝杠403;成形室100远离成形缸300的侧壁外设置有第二传动电机404,第二传动电 机404的转轴穿插入成形室100内,且与丝杠403的一端固接,丝杠403另一端与固定板401连 接。 [0030] 可选的,在一些实施例中,隔热屏组件400还包括“L”型隔热屏悬挂405,隔热屏悬挂405的一边套设在一对隔热屏光轴402和丝杠403上,且与丝杠403啮合;隔热屏悬挂405的 另一边固接有隔热屏406。 [0031] 当第二传动电机404启动,第二传动电机404的转轴带动丝杠403旋转,丝杠403带动隔热屏悬挂405发生位移,从而带动隔热屏悬挂405产生位移。 [0032] 可选的,在一些实施例中,如图6所示,还包括水冷组件500,水冷组件500包括在成形室100内顶部,与成形缸300相对的位置固接有一对相对设置的冷却板501,一对冷却板 501与粉床301间隙配合;成形室100外顶部设置有冷水管进水口502和冷水管出水口503,冷 水管进水口502和冷水管出水口503之间连接有冷水管504,冷水管504分布在一对冷却板 501相对的一侧和一对冷却板501之间的成形室100内顶部。 [0033] 可选的,在一些实施例中,冷水管进水口502处安装有三通球阀;冷水管出水口503处安装有两通球阀。 [0034] 当粉床301升起时,粉床301上的粉块嵌设在一对冷却板501之间,且与分布有冷水管504的成形室100内顶部抵接;向冷水管进水口502注入循环水,循环水从冷水管出水口 503流出,实现对粉床301的降温。 [0035] 本示例实施还公开一种粉末床电子束3D打印方法,如图7所示,按照以下方法实施: 步骤S101.当设备完成打印后,启动第二传动电机404,第二传动电机404的转轴带 动丝杠403旋转,丝杠403带动隔热屏悬挂405发生位移,从而带动隔热屏悬挂405产生位移, 使隔热屏406移动到粉缸316的一侧。 [0036] 步骤S102.启动第一传动电机310,带动第二锥形齿轮311转动,从而带动转向轮306和旋转轮307转动;在限位板313的限位下,螺杆312在旋转轮307转动的作用下发生位 移,带动出粉孔挡板314的位移,从而开启出粉孔302。 [0037] 步骤S103.将粉床301升起,同时冲入冷却气体,粉床301上的松散粉末通过出粉孔302流出成形缸300,环绕在成形缸300侧壁上的引粉槽303收集从出粉孔302流出的粉末,顺 流而下,汇聚到接粉盒304中,使得粉末热量更易导出。 [0039] 步骤S104.粉床301继续升起与成形室100内顶部接触,向冷水管进水口502注入循环水,循环水从冷水管出水口503流出,通过循环水对粉床301上的结粉块进行冷却。 [0040] 本发明提供的技术方案,在零件在打印完成后,利用本发明一种粉末床电子束3D打印装置成形缸上开设的出粉孔使粉床中的松散的粉末流出,使粉块的热量更易导出。通 过本发明使得整体“假”烧结的粉床301直接暴露于具有高导热率的气体环境中,增大了高 导热率气体与粉床的接触面面积,降温速度更快。 [0041] 本发明在成形室壁内设置了水冷组件,升起的粉块直接与水冷组件接触,加速了热传导的速度。从而实现了电子束3D打印设备的加速冷却。 [0042] 需要理解的是,上述描述中可能出现的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为 了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明实施例的限制。 [0043] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两 个以上,除非另有明确具体的限定。 [0044] 在本发明实施例中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,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;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。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。 [0045] 在本发明实施例中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是 通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括 第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一 特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方或仅仅 表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0046] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点 包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必 须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明 书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。 [0047] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或 者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识 或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由所附的 权利要求指出。 |