超大截面的金属3D打印方法及打印设备技术

本发明专利技术涉及一种超大截面的金属3D打印方法及打印设备，包括步骤：1)对成形区域进行划分得到多个成形子区域集，将零件当前待打印层的截面划分成子截面集；2)沿X向进行铺粉并沿Y向移动风路系统；3)待整个成形区域的铺粉工作完成后，沿Z向移动风路系统；4)开始对第一子截面进行激光打印；5)移动风路系统对第二子截面进行激光打印；6)完成零件当前待打印层所有子截面的打印；7)重复前述步骤直至完成零件所有待打印层的打印。本发明专利技术实现超大截面轮廓打印以及可有效提高工作效率的超大截面的金属3D打印方法及打印设备。打印方法及打印设备。打印方法及打印设备。

【技术实现步骤摘要】
超大截面的金属3D打印方法及打印设备


[0001]本专利技术属于3D打印
，涉及一种金属3D打印方法及打印设备，尤其涉及一种超大 截面的金属3D打印方法及打印设备。

技术介绍

[0002]SLM设备是一种基于选区激光烧熔技术的3D打印设备，是一种逐层铺粉、逐层打印、累 积成形的技术。现有设备都包含了铺粉系统和风路控制系统，风路控制系统位置固定，包含 了吹风系统和吸风系统，覆盖整个成形区域。吹风口、吸风口和刮刀三者的工作平面都是基 材，三者基本处在同一平面。如图1所示是两种主流的铺粉系统和风路控制系统的布局。
[0003]目前设备的成形区域大都在1000
×
1000mm以内，在对风路控制系统做流体仿真设计的情 况下，1000mm的跨度范围可以达到良好的吹风和吸粉效果，但随着市场对高效率需求不断增 加，SLM设备必然往更大型方向发展。设备成形区域面积需求不断增加，如成形区域增加到 2000
×
2000mm甚至更大，设备的铺粉结构、吹风系统结构、吸风系统结构尺寸增大；风场风 速也要增加，流体仿真设计难度增大，难以实现良好的吹风和吸粉效果，打印零件的质量无 法保证。现有设备铺粉系统和风路控制系统无法适用超大型的SLM设备。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种实现超大截面轮廓打印以 及可有效提高工作效率的超大截面的金属3D打印方法及打印设备。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：r/>[0006]一种超大截面的金属3D打印方法，其特征在于：所述超大截面的金属3D打印方法包括以 下步骤：
[0007]1)对成形区域进行划分得到多个相等面积的成形子区域集，根据成形子区域集将零件当 前待打印层的截面划分成子截面集，所述子截面集至少包括第一子截面以及第二子截面；
[0008]2)对整个成形区域沿X向进行铺粉的同时沿Y向移动风路系统，使风路系统移动至第一 子截面上；
[0009]3)待整个成形区域的铺粉工作完成后，沿Z向移动风路系统，使风路系统运动到第一子 截面的工作平面；
[0010]4)开始对第一子截面进行激光打印；
[0011]5)待第一子截面打印完成后，沿Y向移动风路系统，使风路系统移动至第二子截面上并 对第二子截面进行激光打印；
[0012]6)重复步骤5)直至完成零件当前待打印层所有子截面的打印；
[0013]7)判断零件当前待打印层所在截面是否是零件所有待打印层的最后一层，若是，则退出 本方法；若否，则将基材下降一个打印层厚的距离后，复原风路系统，重复步骤1)至
步骤6) 直至完成零件所有待打印层的打印。
[0014]上述步骤1)中对成形区域进行划分得到多个相等面积的成形子区域集的具体实现方式 是：
[0015]a)获取风路系统中吹风口和吸粉口的上限距离Y
max
；
[0016]b)获取激光器的扫描面积的上限S
max
；所述S
max
和所选激光器型号相关；
[0017]c)结合Y
max
和S
max
将成形区域划分多个相等面积的成形子区域集：
[0018][0019]上述风路系统中吹风口和吸粉口的上限距离Y
max
的函数表达式是：
[0020]Y
max
∝
f
v
(a，b，c，d，e，f)；
[0021]其中：
[0022]v表示风速；
[0023]a表示风速场对成形区域的覆盖率，一般大于100％；
[0024]b表示流场设计的均匀程度，即成形区域内风速场的风速均匀性；
[0025]c表示粉末密度，所述粉末密度和粉末种类及颗粒大小相关；
[0026]d表示风路系统相对成形区域Y向距离和Z向距离；
[0027]e表示是风路系统中吹风口的Z向尺寸；
[0028]f表示造渣情况，所述造渣情况和粉末种类及激光功率相关。
[0029]上述步骤1)中根据成形子区域集将零件当前待打印层的截面划分成子截面集的具体实现 方式是：考虑Y
max
和S
max
将所有成形子区域集沿着Y方向等分成子截面集，子截面集包括第 一子截面、第二子截面
……
以及第m子截面。
[0030]上述步骤1)中根据成形子区域集将零件当前待打印层的截面划分成子截面集的具体实现 方式是：
[0031]在Y方向上将零件当前待打印层的截面轮廓以及安全距离Y覆盖的区域作为当前打印截 面的实际成形区域，综合考虑Y
max
和S
max
将实际成形区域沿Y向划分成多个子截面，子截面 集包括第一子截面、第二子截面
……
以及第m子截面。
[0032]上述多个子截面划分的方式是等分或固定宽度划分。
[0033]上述步骤7)中的复原的具体实现方式是：判断铺粉的方式是单向铺粉还是双向铺粉，若 是单向铺粉，风路系统的复原是沿Z向抬升，沿Y向复原或沿Y向非复原；若是双向铺粉，风 路系统的复原是沿Z向抬升。
[0034]一种用于实现如前所述的超大截面的金属3D打印方法的打印设备，包括吹风系统、吸粉 系统、刮刀系统以及刮刀X向运动副；所述吹风系统上设置有吹风口；所述刮刀系统置于吹 风系统和吸粉系统之间并与刮刀X向运动副相连；所述刮刀X向运动副带动刮刀系统沿X向运 动；所述吸粉系统上设置有吸粉口；所述吹风口和吸粉口相对设置；其特征在于：所述打印 设备还包括吹风系统Y向运动副；所述吹风系统Y向运动副与吹风系统相连并带动吹风系统沿 Y向运动。
[0035]上述打印设备还包括与吸粉系统相连的吸粉系统Y向运动副；所述吸粉系统Y向运动副带 动吸粉系统沿Y向运动。
[0036]上述打印设备还包括吹风系统Z向运动副以及吸粉系统Z向运动副；所述吹风系统Z向运 动副与吹风系统相连并带动吹风系统沿Z向运动；所述吸粉系统Z向运动副与吸粉系统相连并 带动吸粉系统沿Z向运动。
[0037]本专利技术的优点是：
[0038]本专利技术提供了一种超大截面的金属3D打印方法及打印设备，包括：1)对成形区域进行 划分得到多个相等面积的成形子区域集，根据成形子区域集将零件当前待打印层的截面划分 成子截面集；2)对整个成形区域沿X向进行铺粉的同时沿Y向移动风路系统，使风路系统移 动至第一子截面上；3)待整个成形区域的铺粉工作完成后，沿Z向移动风路系统，使风路系 统运动到第一子截面的工作平面；4)开始对第一子截面进行激光打印；5)待第一子截面打 印完成后，沿Y向移动风路系统，使风路系统移动至第二子截面上并对第二子截面进行激光 打印；6)重复步骤5)直至完成零件当前待打印层所有子截面的打印；7)判断零件当前待打 印层所在截面是否是零件所有待打印层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大截面的金属3D打印方法，其特征在于：所述超大截面的金属3D打印方法包括以下步骤：1)对成形区域进行划分得到多个相等面积的成形子区域集，根据成形子区域集将零件当前待打印层的截面划分成子截面集，所述子截面集至少包括第一子截面以及第二子截面；2)对整个成形区域沿X向进行铺粉的同时沿Y向移动风路系统，使风路系统移动至第一子截面上；3)待整个成形区域的铺粉工作完成后，沿Z向移动风路系统，使风路系统运动到第一子截面的工作平面；4)开始对第一子截面进行激光打印；5)待第一子截面打印完成后，沿Y向移动风路系统，使风路系统移动至第二子截面上并对第二子截面进行激光打印；6)重复步骤5)直至完成零件当前待打印层所有子截面的打印；7)判断零件当前待打印层所在截面是否是零件所有待打印层的最后一层，若是，则退出本方法；若否，则将基材下降一个打印层厚的距离后，复原风路系统，重复步骤1)至步骤6)直至完成零件所有待打印层的打印。2.根据权利要求1所述的超大截面的金属3D打印方法，其特征在于：所述步骤1)中对成形区域进行划分得到多个相等面积的成形子区域集的具体实现方式是：a)获取风路系统中吹风口和吸粉口的上限距离Y
max
；b)获取激光器的扫描面积的上限S
max
；所述S
max
和所选激光器型号相关；c)结合Y
max
和S
max
将成形区域划分多个相等面积的成形子区域集：3.根据权利要求2所述的超大截面的金属3D打印方法，其特征在于：所述风路系统中吹风口和吸粉口的上限距离Y
max
的函数表达式是：Y
max
∝
f
v
(a，b，c，d，e，f)；其中：v表示风速；a表示风速场对成形区域的覆盖率，一般大于100％；b表示流场设计的均匀程度，即成形区域内风速场的风速均匀性；c表示粉末密度，所述粉末密度和粉末种类及颗粒大小相关；d表示风路系统相对成形区域Y向距离和Z向距离；e表示是风路系统中吹风口的Z向尺寸；f表示造渣情况，所述造渣情况和粉末种类及激光功率相关。4.根据权利要求3所述的超大截面的金属3D打印方法，其特征在于：所述步骤1)中根据成形子区域集将零件当前待打印层的截面划分成子截面集的具体实现方式是：考虑Y
max

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，郭仲豪，杨东辉，薛蕾，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：