一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法。解决现有的螺旋打印方式，由于电子枪排布方式导致的打印效率低的问题。装置包括旋转粉床、固定在旋转粉床上方的打印组件与铺粉压实组件，打印组件包括多组打印单元，每组打印单元包括多个电子枪或激光器；每组打印单元中的电子枪或激光器沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床的同一半径区形成打印扫描区，各组打印单元的打印扫描区在同一圆周均布；打印时，通过增加打印装置的数量，可实现双螺旋、三螺旋及更多层的螺旋打印。每组打印单元中电子枪数量可根据设备大小决定。使用该方法，每组多枪打印可增大打印区域，增加电子枪组数可实现多层同时打印，可实现高效生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法
本专利技术涉及一种螺旋打印装置及方法，具体涉及一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法。
技术介绍
电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造技术采用电子束作为能量源，在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高，其制件致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、打印效率高、材料利用率等特点，在医疗、航空航天等领域应用广泛。其的工艺过程为：先在铺粉平面上铺展一层粉末；然后，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成型的部分粘接，层层堆积，直至整个工件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。针对大尺寸工件，单电子枪打印方式中电子束需经过偏转线圈后才能实现，但是电子束经过偏转线圈后并不是完全垂直于工作表面，而是与竖直方向成一定夹角。随着电子束偏转角度的增大，电子束束流品质大幅下降，束斑有一定变形，导致粉床边缘区熔池形状和能量分布发生偏差，从而造成成型工件精度和成型质量差。若采用机械运动移动电子枪或粉缸，则会大大降低成型效率和成型精度。为了解决上述问题，多电子枪打印方式应用而生，多个电子枪按一定方式进行有序排列，从而每一个电子枪负责一个区域，所有区域组成了整个打印面。各个区域通过有效的衔接，从而在保证工件成型精度和质量的前提下，可有效减小电子束的偏转角度，保证了电子束束流品质和成型区域边缘部位的束斑形状，从而改善电子束扫描熔化成型时熔池形状和能量分布。目前有多个电子束发生单元以N×M矩形阵列形式排布在一体化箱体内，阵列形式可以是1×2矩形阵列、2×2矩形阵列、2×3矩形阵列或3×3矩形阵列等排列方式。电子枪控制系统根据独立电子束发射单元的数量和阵列排布位置将粉床分为相应的阵列扫描区域，每个独立电子束发射单元对应一块阵列扫描区域，由电子枪控制系统控制相应区域上方的独立电子枪对应的阵列扫描区域进行精确扫描成型。使用目前的多电子枪打印方式，打印件越大电子枪数量越多，但电子枪无限增多也是不现实的。因此实现大尺寸件打印的方法还需另辟蹊径。采用多电子枪配合螺旋铺粉进行螺旋打印可以实现用尽量少的电子枪，满足实现大尺寸工件打印的效率。但是现有的螺旋打印方式，分管旋转粉床内圆环和外圆环区域打印的两电子枪分别在旋转粉床180度的两半径上，其扫描范围分别为图1所示的区域2与区域3。1为旋转粉床，箭头所示方向为旋转粉床的旋转方向。这种排布方式使得电子枪数量受限，且旋转粉床旋转一周只能实现单层螺旋打印，打印效率较低。
技术实现思路
为了解决现有的螺旋打印方式，由于电子枪排布方式导致的打印效率低的问题，本专利技术提供一种高效的连续不间断的多层螺旋打印装置及方法。可使用尽量少的电子枪而达到数量更多的电子枪水平打印的效果，而满足效率要求。本专利技术的技术方案是提供一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置，包括旋转粉床、固定在旋转粉床上方的打印组件与铺粉压实组件，其特殊之处在于：打印组件包括j组打印单元，每组打印单元包括m个电子枪或激光器；每组打印单元中的电子枪或激光器沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床的同一半径区形成打印扫描区，各组打印单元的打印扫描区在同一圆周内均布；其中j为大于等于1的正整数，m为大于等于2的正整数；铺粉压实组件用于使粉以螺旋方式连续铺展并刮平压实到旋转粉床上；铺粉压实组件包括j套铺粉压实装置，各套铺粉压实装置在旋转粉床的投影位于旋转粉床的不同半径区，j套铺粉压实装置的投影在同一圆周内均布；各套铺粉压实装置在旋转粉床的投影与各组打印单元的打印扫描区之间有夹角。进一步地，j等于2；两组打印单元的打印扫描区分别位于旋转粉床的同一直径的两个半径区；两套铺粉压实装置在旋转粉床的投影分别位于旋转粉床的同一直径的两个半径区；两套铺粉压实装置在旋转粉床的投影与打印装置在旋转粉床的打印扫描区相互垂直。进一步地，j等于3；三组打印单元的打印扫描区分别位于旋转粉床的三个半径区，相邻两半径区的夹角为120°；三套铺粉压实装置在旋转粉床的投影分别位于旋转粉床的三个半径区，相邻两半径区的夹角为120°；相邻的铺粉压实装置在旋转粉床的投影与打印装置在旋转粉床的打印扫描区之间的夹角为60°。进一步地，旋转粉床包括内圆环区和外圆环区；每组打印单元包括两个电子枪或激光器，每组打印单元中的两个电子枪或激光器的打印扫描区分别位于内圆环区和外圆环区。本专利技术还提供一种高效的连续不间断的打印方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、旋转粉床匀速旋转并下降，铺粉压实组件将粉铺匀压实到旋转粉床的基板上；步骤2、旋转粉床转到首次经过的打印扫描区时，打开所有打印单元，控制打印单元按照确定的扫描路径及参数进行扫描，熔化打印模型截面内的粉末，使之凝固、沉积形成待成型工件的截面；步骤3、控制旋转粉床从0位转一周过程中，逐渐降低高度，完成j层螺旋铺粉和打印；步骤4、控制旋转粉床旋转第二周并下降，同时打印第j+1层、第j+2层……第2j层，继续第三周旋转下降，同时打印第2j+1层，第2j+2层……第3j层，第四周旋转下降同时打印第3j+1层，第3j+2层……第4j层……连续螺旋铺粉打印；步骤5、直至完成工件的打印，关闭打印组件。进一步地，步骤3中：控制旋转粉床从0位转一周过程中，逐渐降低高度，完成两层螺旋铺粉和打印；步骤4中：控制旋转粉床旋转第二周并下降，同时打印第3层及第4层，继续第三周旋转下降，同时打印第5层及第6层，第四周旋转下降同时打印第7层及第8层……连续螺旋铺粉打印。进一步地，控制旋转粉床从0位转一周过程中，逐渐降低高度，完成三层螺旋铺粉和打印；步骤4中：控制旋转粉床旋转第二周并下降，同时打印第4层、第5层及第6层，继续第三周旋转下降，同时打印第7层、第8层及第9层，第四周旋转下降同时打印第10层，第11层及第12层……连续螺旋铺粉打印。本专利技术的有益效果是：本专利技术可包括多组打印单元，每组打印单元包括多个电子枪或激光器；每组打印单元中的电子枪或激光器沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床的同一半径区形成打印扫描区，各组打印单元的打印扫描区在同一圆周均布；通过增加打印装置的数量，可实现双螺旋、三螺旋及更多层的螺旋打印。每组打印单元中电子枪数量可根据设备大小决定。使用该方法，每组多枪打印可增大打印区域，增加电子枪组数可实现多层同时打印，可实现高效生产。附图说明图1为传统的螺旋打印装置中旋转粉床与电子枪打印区的相互位置示意图；图中：1为旋转粉床，2与3分别为两电子枪分别在旋转粉床上的扫描范围。图2为本专利技术实施例一螺旋打印装置结构示意图；图中：1-旋转粉床，2-铺粉压实装置，3-打印扫描区，4-电子枪或激光器，5-粉缸，6-工件；图3为打印工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置，包括旋转粉床(1)、固定在旋转粉床(1)上方的打印组件与铺粉压实组件，其特征在于：/n打印组件包括j组打印单元，每组打印单元包括m个电子枪或激光器(4)；每组打印单元中的电子枪或激光器(4)沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床(1)的同一半径区形成打印扫描区(3)，各组打印单元的打印扫描区(3)在同一圆周内均布；其中j为大于等于1的正整数，m为大于等于2的正整数；/n铺粉压实组件用于使粉以螺旋方式连续铺展并刮平压实到旋转粉床(1)上；铺粉压实组件包括j套铺粉压实装置(2)，各套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影位于旋转粉床(1)的不同半径区，j套铺粉压实装置(2)的投影在同一圆周内均布；/n各套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影与各组打印单元的打印扫描区(3)之间有夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置，包括旋转粉床(1)、固定在旋转粉床(1)上方的打印组件与铺粉压实组件，其特征在于：
打印组件包括j组打印单元，每组打印单元包括m个电子枪或激光器(4)；每组打印单元中的电子枪或激光器(4)沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床(1)的同一半径区形成打印扫描区(3)，各组打印单元的打印扫描区(3)在同一圆周内均布；其中j为大于等于1的正整数，m为大于等于2的正整数；
铺粉压实组件用于使粉以螺旋方式连续铺展并刮平压实到旋转粉床(1)上；铺粉压实组件包括j套铺粉压实装置(2)，各套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影位于旋转粉床(1)的不同半径区，j套铺粉压实装置(2)的投影在同一圆周内均布；
各套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影与各组打印单元的打印扫描区(3)之间有夹角。


2.根据权利要求1所述的高效的连续不间断的多螺旋打印装置，其特征在于：j等于2；
两组打印单元的打印扫描区(3)分别位于旋转粉床(1)的同一直径的两个半径区；
两套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影分别位于旋转粉床(1)的同一直径的两个半径区；
两套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影与打印装置在旋转粉床(1)的打印扫描区(3)相互垂直。


3.根据权利要求1所述的高效的连续不间断的多螺旋打印装置，其特征在于：j等于3；
三组打印单元的打印扫描区(3)分别位于旋转粉床(1)的三个半径区，相邻两半径区的夹角为120°；
三套铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影分别位于旋转粉床(1)的三个半径区，相邻两半径区的夹角为120°；
相邻的铺粉压实装置(2)在旋转粉床(1)的投影与打印装置在旋转粉床(1)的打印扫描区(3)之间的夹角为60°。


4.根据权利要求2或3所述的高效的连续不间断的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志翔，卢秉恒，王红宇，赵纪元，凌楷，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61