[发明专利]一种3D梯度打印装置

说明书

本发明提供一种3D梯度打印装置，包括打印平台、立式支撑架、粉盒、粉末收集器、打印机壳、离心混合桶和微型激光器；立式支撑架位于打印平台的上方，打印机壳安装在立式支撑架上；粉盒安装在打印机壳上，粉盒设置有若干个储粉仓，每个储粉仓均设有送粉器；粉末收集器安装在打印机壳的一侧，离心混合桶安装在打印机壳内，粉末收集器顶部设置有输粉管，输粉管的一端与送粉器连接，另一端与粉末收集器的一端连接，粉末收集器的另一端与离心混合桶的一侧连通，离心混合桶与旋转电机相连；微型激光器安装在打印机壳内部。本发明采用离心混合桶的混粉方式，可进行多种不同组分粉末的混合输送，优化了打印的自由度，提高了加工效率和质量。

技术领域

本发明属于3D金属打印的技术领域，尤其涉及一种3D梯度打印装置。

背景技术

金属3D打印技术是一种以金属粉末为原材料的分层加工增材制造技术。近年来，3D梯度打印技术成为了新的研究方向。梯度材料(FGM)是指材料的组成和结构从材料的某一方位向另一方位连续或近似连续变化，使材料的成分、组织和性能也呈现出梯度变化。目前较为常见的梯度打印方法是通过多种粉末的不同混合比例，进而实现梯度方向上性能不同的梯度材料。

然而，在梯度结构材料的制造方法中，传统的粉末混合装置只针对特定的两种粉末，也难以实现两种以上粉末的不同混合比例。同时，传统的粉末混合装置对超细型粉末输送能力不佳，并且在输送时，容易出现粉末混合不均匀的情况，特别是对于密度差距较大的粉末，更容易出现混合不均匀的问题。

另外，现有的3D打印技术通常只能实现三轴运动，即X轴、Y轴、Z轴。而普通的三轴运动，只能实现逐层平面打印，难以实现一定角度的斜面打印。这很大程度上限制了3D打印工件的结构和形状，特别在航空航天领域、汽车领域、工业领域等先进制造领域。普通的三轴运动3D打印技术，难以满足复杂形状的打印工件，也难以实现“梯度型”性能的打印工件。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种3D梯度打印装置，至少解决上述问题之一。本发明的目的是，先利用带有流量传感器的输粉管输送不同种类的粉末，再利用离心混合的方式混合不同组分的多种粉末，最后通过改进的五轴运动方式来实现3D梯度激光打印。本发明结构简单可控，采用离心混合桶的混粉方式，可进行多种不同组分粉末的混合输送，以改善混粉不均匀的问题；在传统的三轴运动的基础上，优化了打印的自由度，提高了有斜面、曲面的复杂形状打印工件的加工效率和质量。

本发明的技术方案是：一种3D梯度打印装置，包括打印平台、立式支撑架、粉盒、粉末收集器、打印机壳、离心混合桶和微型激光器；所述立式支撑架位于打印平台的上方，打印机壳安装在立式支撑架上；所述粉盒安装在打印机壳上，粉盒设置有若干个储粉仓，每个储粉仓均设有送粉器；所述粉末收集器安装在打印机壳的一侧，所述离心混合桶安装在打印机壳内，粉末收集器顶部设置有若干个输粉管，输粉管的一端与送粉器连接，另一端与粉末收集器的一端连接，粉末收集器的另一端与离心混合桶的一侧连通，离心混合桶通过挠性联轴器与旋转电机相连；所述微型激光器安装在打印机壳内部，位于离心混合桶和打印机壳底部的喷头之间。

上述方案中，所述打印平台的底部设有若干第一直线驱动机构，用于驱动打印平台沿Z轴方向上下移动；立式支撑架两侧竖直部分分别设有第二直线驱动机构，用于驱动立式支撑架沿Y轴方向移动；所述打印机壳通过第三直线驱动机构驱动在立式支撑架上沿X轴方向移动。

进一步的，所述立式支撑架的水平部分设有滑槽，打印机壳的两侧分别设有圆形凸起，圆形凸起安装在滑槽内，且能够在滑槽内滑动，打印机壳能够绕圆形凸起转动；所述打印机壳一端上部的两侧分别安装有L型支撑台，L型支撑台与第一微动伸缩电机连接，第一微动伸缩电机的下方连接有第一滑动组件，第一滑动组件与立式支撑架滑动连接；打印机壳另一端的中部两侧分别安装有水平支撑台，水平支撑台上部与第二微动伸缩电机连接，第二微动伸缩电机通过第二滑动组件与立式支撑架滑动连接。

进一步的，所述打印机壳绕圆形凸起转动的最大倾角为60°，即所述第一微动伸缩电机和第二微动伸缩电机驱动打印机壳的最大倾度为60°。