一种增材制造成形缸升降系统、成形缸及增材制造设备的制作方法

本发明属于增材制造设备技术领域，具体涉及一种增材制造成形缸升降系统，还涉及具有该升降系统的成形缸及增材制造设备。

背景技术：

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。其是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成形，制造出实体产品。

现有增材制造设备的成形缸为了保证良好的金属粉末密封性，普遍采用活塞式升降机构，即：由丝杠从成形平台下方驱动成形平台上下进给，因此，丝杠的长度至少为成形高度的两倍。为了控制设备的整体高度，就会使得增材制造设备可成形零件的高度受到限制，如果为了增加设备的可成形高度，则会使成形平台下方的大量空间被丝杠所占用，使设备高度大幅度增加，进一步会带来设备组装、维护成本的大大增加，给设备的使用也会带来诸多不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种增材制造成形缸升降系统及具有该升降系统的成形缸及增材制造设备，该成形缸在保证增材制造设备高度不变的情况下，可成形高度大幅增加，解决了现有设备可成形高度受限的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种增材制造成形缸升降系统，包括悬臂和悬臂驱动机构，悬臂包括一安装于悬臂驱动机构上的安装端和一用于固定基板的自由端，悬臂驱动机构驱动悬臂上下进给。

本发明所采用的另一技术方案是，一种增材制造成形缸，包括上述成形缸升降系统、成形室及动态密封系统，成形室一侧壁上开设有纵向开口，所述悬臂自由端穿过纵向开口伸入成形室内，动态密封系统包括密封片和传动机构，密封片一端固定在悬臂位于成形室外的部分上，另一端由悬臂上方伸出并固定于传动机构上，使悬臂在上下进给过程中，密封片紧贴并覆盖位于悬臂上方的纵向开口部分。

该成形缸的特点还在于：

传动机构为带复位装置的转轴，密封片缠绕并固定于转轴上。

传动机构还可以为滚轮和配重，密封片经过滚轮与配重连接。

上述密封片或传动机构上设置有用于测量密封片位移的位移计。

传动机构为带复位装置的转轴时，位移计为设置于转轴上的角度传感器，或为设置于密封片上的位移传感器；传动机构为滚轮和配重时，位移计为设置于配重上连接拉线位移计，或为设置于密封片上的位移传感器。

上述纵向开口所在的成形室侧壁上，沿纵向开口外周设置有凹槽，凹槽内装有密封件。

进一步地，密封片外增设压板，使密封片与所述凹槽内的密封件紧密贴合。

进一步地，压板和密封片之间设置有具有光滑表面的带片。

本发明还提供了具有上述成形缸的增材制造设备。

本发明的有益效果是，本发明采用悬臂式成形缸升降系统及动态密封系统，在增材制造设备高度不变的情况下，可大幅度增加其成形高度，与具有同样高度、采用活塞式成形缸的增材制造设备相比，其成形高度可达到后者的两倍，且本发明成形缸的密封性能良好。

附图说明

图1是本发明增材制造成形缸的一种结构示意图；

图2是本发明增材制造成形缸的另一种结构示意图；

图3是本发明增材制造成形缸的纵向开口及凹槽的结构示意图。

图中，1.成形室，2.基板，3.纵向开口，4.悬臂，5.悬臂驱动机构，6.密封片，7.转轴，8.滚轮，9.配重，10.位移计，11.凹槽，12.密封件，13.压板，14.带片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

本发明的增材制造成形缸升降系统包括悬臂4和悬臂驱动机构5，悬臂4一端安装于悬臂驱动机构5上，另一端为自由端，用于固定基板2。悬臂驱动机构5采用丝杠驱动机构，用于驱动悬臂4上下进给，进而带动基板2升降，如图1所示。

具有上述升降系统的增材制造成形缸1的侧壁上开设有纵向开口3，如图1所示，丝杠驱动机构5位于成形室外，悬臂4一端安装于丝杠驱动机构5上，另一端穿过成形室侧壁上的纵向开口3伸入成形室1内，基板2位于成形室内并固定在悬臂4上。丝杠驱动机构驱动悬臂4沿纵向开口3上下进给，带动基板2在成形室内升降。

该成形缸还包括用于密封成形室纵向开口的动态密封系统，动态密封系统包括密封片6和传动机构。密封片6一端固定在悬臂4位于成形室外的部分上，另一端由悬臂4上方伸出并固定于传动机构上，使悬臂在上下进给过程中，带动密封片上下移动，使密封片6紧贴并覆盖位于悬臂上方的纵向开口部分，防止成形过程中成形缸漏粉。密封片为片状硬质材料，优选为钢带，其宽度大于纵向开口的宽度。

传动机构可以为滚轮8和配重9，如图1所示，密封片6一端跨过滚轮8与配重9连接，滚轮为密封片的运动提供导向作用，配重用于使密封片在运动过程中保持平展和紧绷状态。

传动机构也可以为带复位装置的转轴7，如图2所示，如带复位弹簧的转轴，密封片6缠绕并固定于转轴7上。悬臂向下运动时拉动密封片绕转轴展开，在复位弹簧的作用力下密封片保持平展和紧绷状态；悬臂向上运动时，在复位弹簧的作用力下密封片绕转轴收回，使密封片始终保持平展和紧绷状态。

为了确保密封片在下降过程中始终保持平展和紧绷状态，保证成形缸良好的密封性能，可以通过在密封片或传动机构上设置位移计10，实时测量密封片的位移距离，与悬臂下降距离进行比较，检测密封片在运动过程中的状态。例如，在密封片6上设置位移传感器，或在转轴7上设置角度传感器，也可在配重9上连接拉线位移计，如图1所示。

具有上述结构的成形缸在工作时，悬臂在悬臂驱动机构的驱动下，带动成形平台下降一个层厚的距离，同时，密封片在悬臂的带动下，下降一个层厚，保证位于悬臂上部的成形缸纵向开口的密封。

为了保证良好密封，在纵向开口所在成形室侧壁上，沿纵向开口外周设置有凹槽11，凹槽11内装有橡胶密封圈或毛毡等密封件12，如图3所示。

进一步，还可以在密封片外增设压板13，压板13固定在纵向开口所在成形室侧壁上，使密封片与凹槽内的密封件紧密贴合，保证密封性能。压板宽度大于密封片宽度，且压板与成形室侧壁之间保留仅供密封片移动的微小距离。

进一步，还可以在压板和密封片之间设置具有光滑表面的带片14，例如铜片或具有光滑表面的非金属带片，减小密封片在进给过程中的阻力。

具有上述成形缸的增材制造设备的具体工作过程为：

(1)将基材固定在基板上，悬臂驱动机构驱动悬臂进给，使基材上表面与设备工作平面平齐；

(2)铺粉机构在基材表面铺设一层粉末14，能量束扫描粉末层；

(3)扫描完成后，悬臂驱动机构驱动悬臂下降一个粉末层厚度，同时，悬臂带动密封片下移一个粉末层厚度，将多余的粉末及成形层约束在成形室、基材和密封片围成的空间内；

(4)重复步骤(2)、(3)，直至完成整个零件的成形。

本发明所述增材制造设备包括能量源为激光、电子束、等离子束、离子束、氩弧焊等增材制造设备。

具有本发明所述成形缸的增材制造设备，在保证良好的密封的同时，与具有同样高度、采用活塞式成形缸的增材制造设备相比，其成形高度可达到后者的两倍。

本发明以上描述只是部分实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的装置，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。