一种金属粉末快速成型机的制作方法

本实用新型涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种金属粉末快速成型机。

背景技术：

金属增材制造(3D打印)技术是从20世纪90年代发展起来的一项先进制造技术，该技术依据“增材”的制造原理，对CAD模型进行切片分层处理，数控系统控制工作台按照分层软件给定的路径进行扫描，通过大功率激光融化金属粉末并层层叠加，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。按照金属粉末的添置方式，金属3D打印主要包括两种工艺技术：采用铺粉方法的激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术和采用同轴送粉方法的激光净成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)技术，其中，激光选区熔化技术采用精细聚焦光斑快速熔化预置的金属粉末，几乎可以直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的功能零件，致密度可达到近乎100％，尺寸精度可达20-50um，表面粗糙度达20-30um，是一种极具发展前景的增材制造技术，在航空航天、医疗、汽车、模具等领域具有广泛应用前景。

目前，采用激光选区熔化技术的桌面级FDM3D打印机，因其体积小巧、工艺简单、材料利用率高等特点，适合于创新设计、家用电器、办公用品以及模具行业新产品开发等方面，深受设计师、家庭用户、学生、科研人员等的青睐。但是，桌面级3D打印机是以ABS、PLA或光敏树脂为材料，无法实现对金属材料的3D打印，而通常的金属和非金属3D打印机体积庞大，价格昂贵，在教学、医疗、个性化产品制造等工业中的应用推广受到局限。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种金属粉末快速成型机，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种金属粉末快速成型机，从上至下依次包括：光路系统、上部密封系统、铺粉系统和升降系统，所述上部密封系统包括相互连接的上罩和下罩，所述铺粉系统包括安装基板，所述光路系统安装在所述上罩上，所述下罩和所述升降系统均安装在所述安装基板上；所述升降系统包括上下开口的工作缸、工作台和丝杠动力传动结构，所述工作台位于所述工作缸内，所述工作台与所述丝杠动力传动结构连接，当所述丝杠动力传动结构上下运动时，所述工作台随着所述丝杠传动机构在所述工作缸内上下运动；所述安装基板上开设有工作孔，所述工作孔与所述工作台的位置上下对应，所述工作孔的上方依次设置有刮刀和铺粉盒，所述铺粉盒和所述刮刀均可在所述工作孔的上方前后移动，所述刮刀位于所述铺粉盒开口的两侧。

优选地，所述上部密封系统中，所述下罩上设置有观察口，所述上罩和下罩铰接。

优选地，所述升降系统中，所述丝杠动力传动结构设置为两个，分别位于所述工作缸的两侧，所述丝杠传动结构包括：电机、丝杠转动座和丝杠，所述丝杠通过所述丝杠转动座和电机连接，所述工作缸安装在所述丝杠转动座上，丝杠螺母套装在丝杠上，丝杠轴承固定在工作缸下部安装板上，所述丝杠动力传动结构通过直线光杆与所述工作台连接，所述直线光杆的下端固定在所述工作缸下部安装板上，所述直线光杆的上端固定安装在所述工作台上，所述工作台上安装工作缸限位结构，工作缸限位传感器安装在所述工作缸限位结构上限制所述工作缸升降极限位置。

优选地，所述直线光杆设置为四根，所述直线光杆通过直线轴承锁环固定在所述工作缸下部安装板上。

优选地，所述工作缸的上端四周安装有支耳，所述工作缸通过所述支耳固定在所述铺粉系统的所述安装基板上。

优选地，所述铺粉系统中，所述铺粉盒安装在落粉安装板上方，所述刮刀安装在所述落粉安装板下方，所述落粉安装板的左右两端分别与所述带轮动力传动结构连接，所述落粉安装板在所述带轮动力传动结构的作用下可进行前后运动。

优选地，所述带轮动力传动结构包括依次连接的电机、减速器、联轴器和带轮安装轴，所述带轮安装轴的前端通过同步带与前端带轮连接，所述带轮安装轴的后端通过同步带与后端带轮连接，所述前端带轮和所述后端带轮分别位于所述工作孔的左右两侧；所述落粉安装板的左右两端分别与位于左右两侧的同步带连接，所述前端带轮或所述后端带轮上设置有限位开关，用于限制所述落粉安装板的运动。

优选地，所述同步带连接有齿轮压块和同步带垫高块，所述齿轮压块和所述同步带垫高块分别与所述落粉安装板连接。

优选地，所述铺粉系统中，所述安装基板的下方还连接有密封罩，所述升降系统位于所述密封罩内。

优选地，所述光路系统包括：振镜、扩束镜安装前座、扩束镜安装套、激光器安装座和垂直安装板，所述激光器安装座固定在所述扩束镜安装套上，所述扩束镜安装套固定在所述扩束镜安装前座，所述振镜和扩束镜安装前座均固定在所述垂直安装板上，所述垂直安装板固定在所述上部密封系统的所述上罩上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例提供的金属粉末快速成型机，升降系统中只包括一个工作缸，而且工作缸中工作台的上下运动是通过丝杠动力传动结构的带动来完成的，所以，整体结构简单，紧凑。由于结构简单，所以，在制作过程中，可以极大的缩小产品的外形尺寸，其体积可以减小到0.6×0.4×0.6米，重量减小到75公斤，从而可以轻易的放置于办公桌面进行工作和操作，实现微型金属3D打印。而且由于体积小，重量轻，运输极为方便，拆箱即可打印。使科研和工业高端型向大众消费型拓展，解决了现有技术中，金属3D打印机体积庞大的痛点问题，可以在教学、医疗、个性化产品制造等细分领域实现快速推广和应用。

附图说明

图1是金属粉末快速成型机的整体结构和上部密封结构示意图；

图2是光路系统结构示意图；

图3是铺粉系统结构示意图；

图4是升降系统结构示意图。

图中，各符号的含义如下：

100光路系统，101激光器安装座，102扩束镜安装套，103扩束镜安装前座，104垂直安装板，105振镜；

200上部密封系统，201上罩，202下罩，203锁，204观察窗口；

300铺粉系统，301电机，302减速器，303联轴器，304带轮安装轴，305铺粉盒两侧V板，306铺粉盒两侧板，307同步带垫高块，308同步带齿轮压块，309安装基板，310同步带，311限位开关，312前端带轮，313刮刀安装座,314工作孔，315落粉安装板，316后端带轮；

400升降系统，401支耳，402电机，403丝杠转动座，404工作缸上部安装板，405丝杠，406丝杠轴承，407工作缸限位结构，408工作缸限位传感器 409直线轴承锁环，410工作缸下部安装板，411直线光杆，412工作缸，413工作台。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-4所示，本实用新型实施例提供了一种金属粉末快速成型机，从上至下依次包括：光路系统100、上部密封系统200、铺粉系统300和升降系统400，上部密封系统200包括相互连接的上罩201和下罩202，铺粉系统300包括安装基板309，光路系统100安装在上罩201上，下罩202和升降系统4均安装在安装基板309上；升降系统4包括上下开口的工作缸412、工作台413和丝杠动力传动结构，工作台413位于工作缸412内，工作台413与所述丝杠动力传动结构连接，当所述丝杠动力传动结构上下运动时，工作台413随着所述丝杠传动机构在工作缸412内上下运动；安装基板309上开设有工作孔314，工作孔314与工作台413的位置上下对应，工作孔314的上方依次设置有刮刀和铺粉盒，所述铺粉盒和所述刮刀均可在工作孔314的上方前后移动，所述刮刀位于所述铺粉盒开口的两侧。

在实际使用过程中，可在工作孔的上方安装刮刀安装座，在使用时，将刮刀安装在安装座上，铺粉盒可以由两侧板和两侧V板围成，形成上下开口的盒子结构。

上述结构的金属粉末快速成型机，其工作原理为：

在初始状态，工作台位于工作孔处，启动铺粉系统，通过可前后运动的铺粉盒在运动的过程中将金属粉末落在工作台上，同时，通过刮刀对金属粉末进行刮平，启动光路系统的激光，利用激光选区熔化技术采用精细聚焦光斑快速熔化预置的金属粉末，这样，完成一层金属粉末的加工后，启动升降系统的丝杠动力传动结构，使得丝杠向下运动，带动与之连接的工作台向下运动一层金属粉末厚度的距离，然后再次启动铺粉系统，重复进行上述操作，完成下一层的金属粉末加工，照此操作，完成产品的加工。

上述结构中，由于只包括一个工作缸，而且工作缸中工作台的上下运动是通过丝杠动力传动结构的带动来完成的，所以，整体结构简单，紧凑。

本实施例提供的金属粉末快速成型机，由于结构简单，所以，在制作过程中，可以极大的缩小产品的外形尺寸，其体积可以减小到0.6×0.4×0.6米，重量减小到75公斤，从而可以轻易的放置于办公桌面进行工作和操作，实现微型金属3D打印。而且由于体积小，重量轻，运输极为方便，拆箱即可打印。使科研和工业高端型向大众消费型拓展。解决了现有技术中，金属3D打印机体积庞大的痛点问题，可以在教学、医疗、个性化产品制造等细分领域实现快速推广和应用。

本实施例中，上部密封系统2中，下罩202上设置有观察口204，上罩201和下罩202铰接。

上述结构中，由于上罩和下罩之间铰接，所以，可以通过开盖的方式打开，相对于现有技术中，通过开门的方式打开该密封系统的技术相比，本实施例中提供的结构和可打开方式，使得后续操作更加容易。

在使用过程中，上罩和下罩之间可以通过锁在铰接件连接处进行固定。

本实施例中，升降系统400中，所述丝杠动力传动结构设置为两个，分别位于工作缸412的两侧，所述丝杠传动结构包括：电机402、丝杠转动座403和丝杠405，丝杠405通过丝杠转动座403和电机402连接，工作缸412安装在丝杠转动座403上，丝杠轴承406固定在工作缸下部安装板410上，所述丝杠动力传动结构通过直线光杆411与工作台413连接，直线光杆411的下端固定在工作缸下部安装板410上，直线光杆411的上端固定安装在工作台413上，工作台413上安装工作缸限位结构407，工作缸限位传感器408安装在工作缸限位结构407上限制工作缸升降极限位置。

其中，直线光杆411可以设置为四根，直线光杆411通过直线轴承锁环409固定在工作缸下部安装板410上。

本实施例中，工作缸412的上端四周安装有支耳401，工作缸412通过支耳401固定在铺粉系统300的安装基板309上。

本实用新型实施例提供的金属粉末快速成型机，铺粉系统300中，所述铺粉盒安装在落粉安装板314上方，所述刮刀安装在落粉安装板314下方，落粉安装板314的左右两端分别与所述带轮动力传动结构连接，落粉安装板314在所述带轮动力传动结构的作用下可进行前后运动。

上述结构在使用过程中，落粉安装板在带轮动力传动结构的作用下进行前后运动，从而落粉安装板带动其上安装的铺粉盒和刮刀进行前后运动。

本实施例中，所述带轮动力传动结构包括依次连接的电机301、减速器302、联轴器303和带轮安装轴304，带轮安装轴304的前端通过同步带310与前端带轮312连接，带轮安装轴304的后端通过同步带310与后端带轮316连接，前端带轮312和后端带轮316分别位于工作孔314的左右两侧；落粉安装板315的左右两端分别与位于左右两侧的同步带310连接，前端带轮312或后端带轮316上设置有限位开关311，用于限制落粉安装板315的运动。

其中，同步带310连接有齿轮压块308和同步带垫高块307，齿轮压块308和同步带垫高块307分别与述落粉安装板315连接。

上述结构的工作原理为：

在电机、减速器的作用下，通过联轴器带动带轮安装轴转动，带轮安装轴转动，同时通过两侧同步带带动两侧带轮同步转动，两侧同步带在带轮的作用下进行前后运动，同步带转动，通过齿轮压块和同步带垫高块和同步带的连接带动齿轮压块和同步带垫高块前后运动，同步带垫高块前后运动带动落粉安装板前后运动，落粉安装板再带动刮刀安装座前后移动，由此带动刮刀前后移动。由此完成铺粉系统的铺粉任务。

本实用新型实施例提供的金属粉末快速成型机，铺粉系统300中，安装基板309的下方还连接有密封罩，升降系统400位于所述密封罩内。

本实施例提供的金属粉末快速成型机，光路系统100包括：振镜105、扩束镜安装前座103、扩束镜安装套102、激光器安装座101和垂直安装板104，激光器安装座101固定在扩束镜安装套102上，扩束镜安装套102固定在扩束镜安装前座103上，振镜105和扩束镜安装前座103均固定在垂直安装板104上，垂直安装板104固定在上部密封系统200的上罩201上。

在使用过程中，激光头安装在激光器安装座上，扩束镜安装在扩束镜安装套上。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本实用新型实施例提供的金属粉末快速成型机，升降系统中只包括一个工作缸，而且工作缸中工作台的上下运动是通过丝杠动力传动结构的带动来完成的，所以，整体结构简单，紧凑。由于结构简单，所以，在制作过程中，可以极大的缩小产品的外形尺寸，其体积可以减小到0.6×0.4×0.6米，重量减小到75公斤，从而可以轻易的放置于办公桌面进行工作和操作，实现微型金属3D打印。而且由于体积小，重量轻，运输极为方便，拆箱即可打印，使科研和工业高端型向大众消费型拓展，解决了现有技术中，金属3D打印机体积庞大的痛点问题，可以在教学、医疗、个性化产品制造等细分领域实现快速推广和应用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。