一种大型3D激光打印设备和打印方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性和上、下料方便的大型3D激光打印设备，包括机床、气氛箱体、激光打印头、送粉机、机床数控系统、打印质量监控系统和激光发生器。机床包括底座和悬臂梁，底座的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座；该底座上设有X轴滑动机构，X轴滑动机构上安装一工作平台，该工作平台的中部设有Z轴滑动机构，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板；悬臂梁包括一体化结构且呈倒L形的立柱和横梁，立柱的下端固定安装在悬臂梁支撑座上，横梁上设有Y轴滑动机构；气氛箱体安装在工作平台的中部；激光打印头安装在Y轴滑动机构上；送粉机、打印质量监控系统和激光发生器均安装在底座的一旁。本发明专利技术还公开了一种大型3D激光打印方法。

Large 3D laser printing equipment and printing method

The invention discloses a high stability and convenient material of large 3D laser printing equipment, including machines, atmosphere box, laser print head, powder feeding machine, CNC system, print quality monitoring system and a laser generator. The machine comprises a base and a cantilever beam, the base of one side of the integration of a cantilever beam is fixedly connected with the supporting seat; the sliding mechanism is arranged on the base of the X axis, a X axis working platform is mounted on a slide mechanism, the middle of the working platform is provided with Z axis sliding mechanism, the Z axis sliding mechanism is provided with laying foundation board; the cantilever beam including integrated structure and a post and beam of inverted L shape, the lower ends of the upright posts fixed on cantilever supporting seat is arranged on the beam, the Y axis sliding mechanism; the middle atmosphere box is arranged on the working platform; laser print head mounted to the Y axis sliding mechanism; powder feeding machine, printing quality monitoring system and laser generators are installed on the base side. The invention also discloses a large 3D laser printing method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型3D激光打印设备和打印方法。
技术介绍
金属送粉3D打印技术是一种以数字模型为基础，运用软件来使模型切片、生成轨迹，通过使金属粉末熔化，特别运用激光使金属粉末熔融，通过逐层打印的方式来打印出工件。金属送粉3D打印技术利用软件将三维模型逐层切片，再将切片转化为机床运动轨迹，机床带动3D打印头按照轨迹逐层打印。对于大型工件，由于对参数的要求一致性高，打印机床工作时间长，因此对机床稳定性要求极高。由于机床工作时间长，不排除各种因素致使打印工件的质量不够稳定，如机床结构不稳定，控制系统不稳定。另外，大型工件的上、下料也是一件非常不方便的工作，特别装载有气氛系统体。所以3D打印机床的稳定性和上、下料方便是很重要的考量因素。另外，3D打印大型工件时，打印成本高，在打印工作中，由于各种原因致使工艺参数不稳定，打印时间长，很难被察觉，致使工件不合格，或者完全报废。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种大型3D激光打印设备和打印方法，它的稳定性高，适合长时间稳定工作，并且方便上下料。实现上述目的的一种技术方案是：一种大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床、气氛箱体、激光打印头、送粉机、机床数控系统、打印质量监控系统和激光发生器，其中，所述机床包括底座和悬臂梁，其中，所述底座的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座；该底座上设有X轴滑动机构，所述X轴滑动机构上安装一工作平台，该工作平台的中部设有Z轴滑动机构，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板；所述悬臂梁包括一体化结构且呈倒L形的立柱和横梁，并且立柱的下端固定安装在所述悬臂梁支撑座上，所述横梁上设有Y轴滑动机构；所述气氛箱体安装在所述工作平台的中部，该气氛箱体将所述铺粉底板封闭在内；所述激光打印头安装在所述Y轴滑动机构上并向下伸进所述气氛箱体内；所述机床数控系统安装在悬臂梁支撑座上或立柱上；所述送粉机、打印质量监控系统和激光发生器均安装在所述底座的一旁并与所述悬臂梁支撑座位于同一侧；所述激光发生器通过光钎与激光打印头光路连接；所述打印质量监控系统分别与送粉机、机床数控系统和激光发生器通信连接。上述的大型3D激光打印设备，其中，所述底座与悬臂梁支撑座可以采用铸造或焊接形成一体化结构，也可以采用整体大理石结构。上述的大型3D激光打印设备，其中，所述横梁与立柱的连接处设有加强筋板。上述的大型3D激光打印设备，其中，所述气氛箱体的四周均开有手套孔。实现上述目的的另一种技术方案是：一种大型3D激光打印方法，执行于上述的大型3D激光打印设备，所述打印方法包括以下步骤：S001，在激光打印头上或者是光纤光路中安装光敏传感器和光电传感器，将光敏传感器搜集到的激光打印工件时的反射光通过光电传感器转换为电信号，并将这些电信号存储在工控机的数据库里；S002，根据不同的打印材料、激光功率、激光焦点进行反复打印试验，在数据库中设定不同的打印材料的打印质量合格品的激光打印参数的范围；S0031，根据不同的打印材料，选用各种打印材料的正常激光参数，进行打印试验，然后在数据库里确定与各种打印材料对应的特性光电曲线；S0032，选取各种打印材料的正常激光打印参数，再逐个改变激光打印参数进行打印试验，然后在数据库里确定打印质量合格品的激光打印参数的范围；S0033，选取各种打印材料的正常激光打印参数，改变送粉量进行打印试验，然后在数据库里确定打印质量合格品的送粉量参数的范围；S004，根据S0031确定的特性光电曲线、S0032确定的激光打印参数的范围和S0033确定的送粉量参数的范围拟合最优光电曲线；S005，在数据库里确定不同的打印材料的打印质量合格品的光电曲线范围，这些光电曲线分布在最优光电曲线的两侧；S006，开始打印工作，根据激光打印参数和打印效果生成实时光电曲线；S007，将实时光电曲线与最优光电曲线进行比较；S008，判断实时光电曲线如果在最优光电曲线之内，即认为产品打印合格，进入S0010；判断实时光电曲线如果在最优光电曲线之外，即认为产品打印不合格，打印质量监控系统报警，即进入S009；S009，先人工干预或机床数控系统自动调整机床的运动参数，再重新回到S006开始打印；S0010，继续打印，完成产品。上述的大型3D激光打印方法，其中，进行S0032时，所述激光打印参数包括激光离焦量、激光功率、氩气气压、速度和气氛箱体内的含氧量。上述的大型3D激光打印方法，其中，进行S009时，所述机床数控系统也可以连续调整机床的运动参数并打印，若打印产品还是不合格，即一定要人工干预，并在检查设备后再重新回到S006开始打印。本专利技术的大型3D激光打印设备具有以下优点：1)采用稳定、可靠的开放结构的悬臂式机床，非常适合金属3D打印大型工件的需要；2)悬臂式机床非常方便上、下料，特别是有气氛箱体安装的机床上，并且在气氛箱体的四周均开设手套孔；3)布局合理、结构紧凑、节省空间。本专利技术的大型3D激光打印方法，采用在3D激光打印设备安装打印质量监控系统，不仅能实时监控打印品的质量，并通过与机床数控系统通信，将监测的结果实时反馈给机床数控系统，由机床控制系统控制机床打印的进程；从而控制3D打印工件的质量，因此能减少大型工件打印的不合率，减少生产损失。附图说明图1是本专利技术的大型3D激光打印设备的立体图；图2是本专利技术的大型3D激光打印设备中的底座的立体图；图3是本专利技术的大型3D激光打印设备中的悬臂梁的立体图；图4是本专利技术的大型3D激光打印方法的流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参阅图1至图3，本专利技术的大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床1、气氛箱体2、激光打印头3、送粉机4、机床数控系统5、打印质量监控系统6和激光发生器7，还包括水路系统和气路系统。机床1包括底座11和悬臂梁14，其中：该底座11的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座12；底座11与悬臂梁支撑座12可以采用铸造或焊接形成一体化结构，也可以采用整体大理石结构；悬臂梁支撑座12一般位于底座11的中间位置，也可位于底座11的前部或后部。一体化底座结构，能保证底座的高刚性与结构紧凑，并且可以平衡悬臂梁14的支撑力矩，结构合理。底座11上设有X轴滑动机构110；X轴滑动机构110上安装一工作平台13，该工作平台13的中部设有Z轴滑动机构(图中未示)，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板(图中未示)；悬臂梁14包括一体化结构且呈倒L形的立柱141和横梁142，并且立柱141的下端固定安装在悬臂梁支撑座12上；横梁142与立柱141采用高钢性连接，可采用铸造或焊接，并且在连接处设有加强筋板143，保证了悬臂梁14的高刚性及高稳定性；横梁142上设有Y轴滑动机构140；气氛箱体2安装在工作平台13的中部，该气氛箱体2将铺粉底板封闭在内；该气氛箱体2的四周均开有手套孔，由于气氛箱体是全封闭，因此在每个手套孔中均用橡胶手套塞在手套孔中，既能将手套孔密封，又能方便操作工将手伸入气氛箱体拿取打印工件，因此能在气氛箱体2的四周进行上、下料，同时，也能保证机床在在工作平台区域内都可以加工；激光打印头3安装在Y轴滑动机构140上并向下伸进气氛箱体2内；送粉机4、打印质量监控系统6和激光发生器7均安装在底座11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床、气氛箱体、激光打印头、送粉机、机床数控系统、打印质量监控系统和激光发生器，其特征在于，所述机床包括底座和悬臂梁，其中，所述底座的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座；该底座上设有X轴滑动机构，所述X轴滑动机构上安装一工作平台，该工作平台的中部设有Z轴滑动机构，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板；所述悬臂梁包括一体化结构且呈倒L形的立柱和横梁，并且立柱的下端固定安装在所述悬臂梁支撑座上，所述横梁上设有Y轴滑动机构；所述气氛箱体安装在所述工作平台的中部，该气氛箱体将所述铺粉底板封闭在内；所述激光打印头安装在所述Y轴滑动机构上并向下伸进所述气氛箱体内；所述机床数控系统安装在悬臂梁支撑座上或立柱上；所述送粉机、打印质量监控系统和激光发生器均安装在所述底座的一旁并与所述悬臂梁支撑座位于同一侧；所述激光发生器通过光钎与激光打印头光路连接；所述打印质量监控系统分别与送粉机、机床数控系统和激光发生器通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种大型3D激光打印设备，包括开放结构的机床、气氛箱体、激光打印头、送粉机、机床数控系统、打印质量监控系统和激光发生器，其特征在于，所述机床包括底座和悬臂梁，其中，所述底座的一个侧面一体化地固定连接一个悬臂梁支撑座；该底座上设有X轴滑动机构，所述X轴滑动机构上安装一工作平台，该工作平台的中部设有Z轴滑动机构，该Z轴滑动机构上设有铺粉底板；所述悬臂梁包括一体化结构且呈倒L形的立柱和横梁，并且立柱的下端固定安装在所述悬臂梁支撑座上，所述横梁上设有Y轴滑动机构；所述气氛箱体安装在所述工作平台的中部，该气氛箱体将所述铺粉底板封闭在内；所述激光打印头安装在所述Y轴滑动机构上并向下伸进所述气氛箱体内；所述机床数控系统安装在悬臂梁支撑座上或立柱上；所述送粉机、打印质量监控系统和激光发生器均安装在所述底座的一旁并与所述悬臂梁支撑座位于同一侧；所述激光发生器通过光钎与激光打印头光路连接；所述打印质量监控系统分别与送粉机、机床数控系统和激光发生器通信连接。2.根据权利要求1所述的大型3D激光打印设备，其特征在于，所述底座与悬臂梁支撑座可以采用铸造或焊接形成一体化结构，也可以采用整体大理石结构。3.根据权利要求1所述的大型3D激光打印设备，其特征在于，所述横梁与立柱的连接处设有加强筋板。4.根据权利要求1所述的大型3D激光打印设备，其特征在于，所述气氛箱体的四周均开有手套孔。5.一种大型3D激光打印方法，执行于权利要求1所述的大型3D激光打印设备，其特征在于，所述打印方法包括以下步骤：S001，在激光打印头上或者是光纤光路中安装光敏传感器和光电传感器，将光敏传感器搜集到的激光打印工件时的反射光通过光电传感器转换为电信号，并将这些电信号存储在工控机的数据库里；S002，根据不同的打印材料、激光功率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚军，王瑞延，勇航，
申请(专利权)人：上海普睿玛智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31