[发明专利]一种粉末三维成形装置及方法

说明书

本发明涉及一种粉末三维成形装置及方法，包括刚性基座，刚性基座上设有成形槽，刚性基座上还设有Z向直线模组，成形槽为环形成形槽，通过转台固定于刚性基座上，且环形成形槽中心与转台旋转中心重合，转台可驱动环形成形槽绕其中心自转；环形成形槽内有粉末三维成形体，粉末三维成形体与环形成形槽之间充满游离粉末；Z向直线模组的移动平台上设有悬臂支架，悬臂支架末端设有用于逐层构建粉末三维成形体的成形头组件，成形头组件可在Z向直线模组驱动下在环形成形槽内竖直移动并定位。本发明提供了一种无需逐层精确供粉、铺粉环节不产生余粉，选区成形部件可连续工作的高效率粉末三维成形装置及方法。

技术领域

本发明涉及三维打印领域，尤其是一种粉末三维成形装置及方法。

背景技术

粉末三维成形是增材制造技术领域重要门类之一，主要包括粉末直接喷射成形与铺粉选区成形两大类，其中前者成形速度高、可快速实现近净成形，而后者在制作高精度、微细结构特征零件方面具有独特优势，已被广泛用于高分子、金属、陶瓷等粉末的三维成形装备。铺粉选区成形装备的典型工作循环包括供粉、铺粉、选区成形、以及成形平台下降四个步骤，其中供粉是指通过落粉机构或储粉缸将单次铺粉所需粉末量输送到铺粉机构内；铺粉步骤则通过直线模组驱动刮板、粉辊等铺粉工具，将铺粉机构内的粉末均匀、平整的铺敷在成形缸平台上；选区成形步骤采用激光选区加热、喷嘴阵列选区喷射等方式，借助热熔、粘结等机制将成形缸平台指定区域的游离粉末固结成形；最后在成形缸平台下降阶段，升降机构驱动成形缸平台上的固化物与游离粉末整体下降单位层厚所对应高度，为下一循环做准备。通过重复执行上述步骤，三维成形体以逐层固结的方式在成形缸平台上逐步生成。

另一方面，现有铺粉选区成形装备如SLS激光选区烧结3D打印机、SLM激光选区熔融3D打印机，尚普遍存在粉末利用率低、成形效率低、维护困难等问题，主要源于：第一，铺粉机构的粉末一般只铺敷单层，但供粉机构无法保证精确定量的单层供粉，使得供粉机构必须向铺粉机构过量供粉以确保铺粉成功率，从而导致相当数量的铺粉余粉直接进入回粉通道；第二，铺粉过程，激光扫描器、喷嘴阵列等高价值选区成形部件必须等待铺粉完成，不能发挥其高速扫描、高速喷射应有性能；第三，粉末在供粉、铺粉机构以及成形缸所构成的长链路内运行，易产生堆积、堵塞等问题，特别是成形缸平台的活塞密封结构在长期反复运动及高温环境下极易发生粉末泄露风险。此外，更换粉末种类时，还需拆卸清理整个储粉、供粉、铺粉回路，维护工作量大、操作不便。上述因素制约了现有铺粉选区成形装备的实际效能。目前，针对进一步提升粉末三维成形装备成形效率以及使用便利性的迫切需求，还缺少一种无需逐层精确供粉、铺粉环节不产生余粉，选区成形部件可连续工作的粉末三维成形方法。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种无需逐层精确供粉、铺粉环节不产生余粉，选区成形部件可连续工作的高效率粉末三维成形装置及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种粉末三维成形装置，包括刚性基座，刚性基座上设有成形槽，刚性基座上还设有Z向直线模组，成形槽为环形成形槽，通过转台固定于刚性基座上，且环形成形槽中心与转台旋转中心重合，转台可驱动环形成形槽绕其中心自转；环形成形槽内有粉末三维成形体，粉末三维成形体与环形成形槽之间充满游离粉末；Z向直线模组的移动平台上设有悬臂支架，悬臂支架末端设有用于逐层构建粉末三维成形体的成形头组件，成形头组件可在Z向直线模组驱动下在环形成形槽内竖直移动并定位。

作为优选，成形头组件包括供粉器、刮板、近场热辐射元件、以及激光线扫描器，以环形成形槽旋转方向作参考，供粉器位于最后方，供粉器、刮板、近场热辐射元件、以及激光线扫描器以相对位置不变的方式依次设于悬臂支架上。所述刮板两侧边与环形成形槽的侧壁保持密封。

作为优选，成形控制器分别与转台、Z向直线模组以及成形头组件连接。

作为优选，环形成形槽圆周上均匀布置有两个以上的由Z向直线模组连接的成形头组件。