大倾斜角度零件3d打印方法及装置、电控多功能分粉器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种大倾斜角度零件3D打印方法及装置、电控多功能分粉器，打印方法涉及零件区域划分、不同边界区域成形时对应喷管确定及零件成形几个步骤。在成形零件内部区域时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末均分并由几个喷管同时喷粉；成形零件边界区域的任一边界时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末全部输送到与该边界对应的喷管，由该喷管向熔池输送粉末。采用本发明方法和装置可以在成形倾斜零件边界位置时选择多管同轴喷嘴不同位置的喷管进行单独喷粉，从而改变熔池的受力方向，减小甚至消除倾斜件边界位置成形时由于重力和粉末冲击力造成的熔池流淌现象，最终增加在不加支撑条件下可成形零件的极限倾斜角。
【专利说明】大倾斜角度零件3D打印方法及装置、电控多功能分粉器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属零件3D打印方法及装置，尤其涉及一种在不加支撑条件下成形大倾斜角度零件的3D打印工艺方法及装置，本发明还涉及一种3D打印的分粉装置。
【背景技术】
[0002]采用3D打印技术可以通过材料的层层叠加成形多种复杂结构零件，通常在成形倾斜角度过大的零件时由于重力和粉末冲击力的作用熔池会发生流淌，从而导致零件表面出现结瘤和粘粉现象，而当前采用同轴送粉的方法成形零件所能成形的最大倾斜角有限。所以在成形倾斜度较大的零件和零件局部位置时往往需要添加支撑，然而零件成形后去除支撑会导致工艺复杂化，甚至某些部位的支撑无法去除，或者支撑的去除导致应力分布发生变化而导致零件变形，所以如何在不加支撑的条件下成形倾斜角度较大的零件是当前3D打印技术面临的一个问题。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种可在不加支撑条件下成形大倾斜角度零件的3D打印工艺方法及装置，其解决了现有成形大倾斜角度零件的3D打印工艺方法及装置有结瘤和粘粉现象、工艺复杂、零件变形的技术问题。
[0004]本发明的技术解决方案是:
[0005]一种大倾斜角度零件的3D打印方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
[0006]I)零件区域划分:
[0007]首先将零件划分为零件内部区域和零件边界区域，所述零件边界区域均匀划分为3至5个边界；
[0008]2)不同边界区域成形时对应喷管确定:
[0009]成形零件内部区域时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末均分为3-5份，分别由3-5个喷管同时喷粉，每个喷管中的送粉量为送粉管中输粉量的1/3-5/1 ；
[0010]成形零件边界区域的任一边界时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末全部输送到与该边界对应的喷管，由该喷管向熔池输送粉末；
[0011]3)零件成形:
[0012]将分区方法、不同区域成形时喷管工作情况及成形路径编制成控制程序，打印零件成形。
[0013]当零件边界区域均匀划分为4个边界时，所述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，按先前后边界再左右边界，或者相反的顺序进行。
[0014]上述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，在同一层内成形边界位置时，相邻两个边界之间可适当重合。
[0015]上述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，上下两层的结构重合边界位置在5-15°之间随机波动。[0016]上述电控多功能分粉器包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器；
[0017]所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口 ；
[0018]所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ；
[0019]所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
[0020]一种大倾斜角度零件的3D打印装置，其特殊之处在于:
[0021]包括用于供应粉末的主送粉管、电控多功能分粉器、至少三个支路送粉管、多管送粉喷嘴和用于熔融粉末的聚焦镜4 ；
[0022]所述多管送粉喷嘴包括与支路送粉管数量一致且一一对应连通的多个倾斜的喷粉管；所述喷粉管的倾斜角度与零件的倾斜角度相匹配；
[0023]所述电控多功能分粉器将主送粉管的粉末均匀送至所有的支路送粉管或者全部送至任一支路送粉管。
[0024]上述的大倾斜角度零件的3D打印装置，其特征在于:
[0025]所述电控多功能分粉器包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器；
[0026]所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述第一分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口；
[0027]所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ；
[0028]所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
[0029]一种电控多功能分粉器，其特殊之处在于:
[0030]包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器；
[0031]所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述第一分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口；[0032]所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ；
[0033]所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
[0034]本发明的有益效果:
[0035]采用本发明方法和装置可以在成形倾斜零件边界位置时选择多管同轴喷嘴不同位置的喷管进行单独喷粉，从而改变熔池的受力方向，减小甚至消除倾斜件边界位置成形时由于重力和粉末冲击力造成的熔池流淌现象，最终增加在不加支撑条件下可成形零件的极限倾斜角。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是本发明的结构示意图；图中:1 -主送粉管，2-电控多功能分粉器，3-支路送粉管，4-聚焦镜，5-后喷粉管，6-右喷粉管，7-左喷粉管，8-前喷粉管，9-多管送粉喷嘴，10-熔池，11-倾斜零件，12-基板，13-零件内部区域，14-零件前边界，15-零件前右界，16-零件后边界，17-零件左边界；
[0037]图2是电控多功能分粉器结构示意图；图中:1_主送粉管，18-第一分流器，19-第一分流管，20-第一分流器底盖，21-第一步进电机，22-第二分流器，23-第二分流管，24-第二分流器底盖，25-第二步进电机，26-前输粉管，27-左输粉管，28-后输粉管，29-右输粉管，30-四路分粉器,31-第一分流器前输粉口，32-第一分流器后输粉口，33-第一分流管流口，34-第二分流器前输粉口，35-第二分流器右输粉口，36-第二分流器后输粉口，37-第二分流器左输粉口，38-第二分流管流口，39-第二分流器送粉管。
【具体实施方式】:
[0038]成形过程如下:
[0039](I)零件区域划分:
[0040]首先将零件划分为零件内部区域13，零件前边界14，零件前右界15，零件后边界16，零件左边界17。
[0041](2)不同区域成形时对应喷管确定:
[0042]成形零件内部区域13时，通过电控多功能分粉器2将住送粉管I中的粉末均分为4份，分布由4个喷管(5,6,7,8)同时喷粉,每个喷管中的送粉量为主送粉管输粉量的1/4 ;
[0043]成形零件左边界17时，通过电控多功能分粉器2将住送粉管I中的粉末全部输送到左送粉管7，由左送粉管7向熔池10输送粉末，同理，其他边界成形时由相应位置的喷粉管送粉。
[0044](3)确定不同位置的成形顺序:
[0045]在同一层内成形边界位置时，按先前后边界再左右边界(或者相反)的顺序进行。相邻两层成形时，为了避免上下两层的结构重合边界位置分区可在5-15°之间随机波动。
[0046](4)零件成形:[0047]将分区方法，不同区域成形时喷管工作情况及成形路径编制成控制程序，完成零件成形。
[0048]分粉器功能如下:
[0049](I)四个支路送粉管同时喷粉:
[0050]第一分流器18可通过第一步进电机21带动第一分流管19旋转选择第二分流器22或者四路分粉器30;
[0051]从主送粉管I输入的粉末可通过第一分流管19输入到第一分流器前输粉口 31或者第一分流器后输粉口 32 ；
[0052]当选择四路分粉器30后，从主送粉管I输入的粉末均匀的从支路送粉管3输出；
[0053](2)四个支路分别送粉:
[0054]当选择第二分流器22后，从第二分流器送粉管39输入的粉末通过第二分流管23通过第二分流管流口选择性输入到第二分流器前后左右端输粉口(34，35，36，37)，第二分流管23由第二分流管步进电机25驱动，输入各端口(34，35，36，37)的粉末通过各输粉管(26，27，28，29)输送到支路送粉管3。
【权利要求】
1.一种大倾斜角度零件的3D打印方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)零件区域划分: 首先将零件划分为零件内部区域和零件边界区域，所述零件边界区域均匀划分为3至5个边界； 2)不同边界区域成形时对应喷管确定: 成形零件内部区域时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末均分为3-5份，分别由3-5个喷管同时喷粉，每个喷管中的送粉量为送粉管中输粉量的1/3-5/1 ； 成形零件边界区域的任一边界时，通过电控多功能分粉器将送粉管中的粉末全部输送到与该边界对应的喷管，由该喷管向熔池输送粉末； 3)零件成形: 将分区方法、不同区域成形时喷管工作情况及成形路径编制成控制程序，打印零件成形。
2.根据权利要求1所述的大倾斜角度零件的3D打印方法，其特征在于: 当零件边界区域均匀划分为4个边界时，所述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，按先前后边界再左右边界，或者相反的顺序进行。
3.根据权利要求2所述的大倾斜角度零件的3D打印方法，其特征在于: 所述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，在同一层内成形边界位置时，相邻两个边界之间可适当重合。
4.根据权利要求1所述的大倾斜角度零件的3D打印方法，其特征在于: 所述步骤2中成形零件边界区域的任一边界时，上下两层的结构重合边界位置在5-15°之间随机波动。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的大倾斜角度零件的3D打印方法，其特征在于: 所述电控多功能分粉器包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器； 所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口 ； 所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ； 所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
6.一种大倾斜角度零件的3D打印装置，其特征在于: 包括用于供应粉末的主送粉管、电控多功能分粉器、至少三个支路送粉管、多管送粉喷嘴和用于熔融粉末的聚焦镜； 所述多管送粉喷嘴包括与支路送粉管数量一致且一一对应连通的多个倾斜的喷粉管；所述喷粉管的倾斜角度与零件的倾斜角度相匹配；所述电控多功能分粉器将主送粉管的粉末均匀送至所有的支路送粉管或者全部送至任一支路送粉管。
7.根据权利要求6所述的大倾斜角度零件的3D打印装置，其特征在于: 所述电控多功能分粉器包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器； 所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述第一分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口 ； 所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ； 所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
8.—种电控多功能分粉器,其特征在于: 包括第一分流器、第二分流器、多路分粉器； 所述第一分流器包括壳体、设置在壳体内的第一分流转盘和第一步进电机，所述壳体底部为第一分流器底盖，所述第一分流转盘内设置有第一分流管，所述第一分流管的上开口与主送粉管相通，所述第一分流管的下开口在第一步进电机驱动下分别与第一分流器底盖上的两个出口相通；所述第一分流器底盖上的两个出口分别接第二分流器以及多路分粉器的入口 ； 所述多路分粉器的多个出口分别接多个支路送粉管的入口 ； 所述第二分流器包括壳体、设置在壳体内的第二分流转盘和第二步进电机，所述壳体底部为第二分流器底盖，所述第二分流转盘内设置有第二分流管，所述分流管的上开口与第一分流器底盖的其中一个出口相通，所述第二分流管的下开口在第二步进电机驱动下分别与第二分流器底盖上的多个出口相通；所述第二分流器底盖上的多个出口分别接多个支路送粉管的入口。
【文档编号】B22F3/105GK104014791SQ201410190887
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】贺斌, 杨小君, 赵卫, 李睿, 江浩 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所