本發(fā)明涉及一種大型3D激光打印設(shè)備和打印方法。

背景技術(shù)：

金屬送粉3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運用軟件來使模型切片、生成軌跡，通過使金屬粉末熔化，特別運用激光使金屬粉末熔融，通過逐層打印的方式來打印出工件。金屬送粉3D打印技術(shù)利用軟件將三維模型逐層切片，再將切片轉(zhuǎn)化為機床運動軌跡，機床帶動3D打印頭按照軌跡逐層打印。

對于大型工件，由于對參數(shù)的要求一致性高，打印機床工作時間長，因此對機床穩(wěn)定性要求極高。由于機床工作時間長，不排除各種因素致使打印工件的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，如機床結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。另外，大型工件的上、下料也是一件非常不方便的工作，特別裝載有氣氛系統(tǒng)體。所以3D打印機床的穩(wěn)定性和上、下料方便是很重要的考量因素。

另外，3D打印大型工件時，打印成本高，在打印工作中，由于各種原因致使工藝參數(shù)不穩(wěn)定，打印時間長，很難被察覺，致使工件不合格，或者完全報廢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種大型3D激光打印設(shè)備和打印方法，它的穩(wěn)定性高，適合長時間穩(wěn)定工作，并且方便上下料。

實現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是：一種大型3D激光打印設(shè)備，包括開放結(jié)構(gòu)的機床、氣氛箱體、激光打印頭、送粉機、機床數(shù)控系統(tǒng)、打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和激光發(fā)生器，其中，

所述機床包括底座和懸臂梁，其中，所述底座的一個側(cè)面一體化地固定連接一個懸臂梁支撐座；該底座上設(shè)有X軸滑動機構(gòu)，所述X軸滑動機構(gòu)上安裝一工作平臺，該工作平臺的中部設(shè)有Z軸滑動機構(gòu)，該Z軸滑動機構(gòu)上設(shè)有鋪 粉底板；所述懸臂梁包括一體化結(jié)構(gòu)且呈倒L形的立柱和橫梁，并且立柱的下端固定安裝在所述懸臂梁支撐座上，所述橫梁上設(shè)有Y軸滑動機構(gòu)；

所述氣氛箱體安裝在所述工作平臺的中部，該氣氛箱體將所述鋪粉底板封閉在內(nèi)；

所述激光打印頭安裝在所述Y軸滑動機構(gòu)上并向下伸進所述氣氛箱體內(nèi)；

所述機床數(shù)控系統(tǒng)安裝在懸臂梁支撐座上或立柱上；

所述送粉機、打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和激光發(fā)生器均安裝在所述底座的一旁并與所述懸臂梁支撐座位于同一側(cè)；所述激光發(fā)生器通過光釬與激光打印頭光路連接；所述打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)分別與送粉機、機床數(shù)控系統(tǒng)和激光發(fā)生器通信連接。

上述的大型3D激光打印設(shè)備，其中，所述底座與懸臂梁支撐座可以采用鑄造或焊接形成一體化結(jié)構(gòu)，也可以采用整體大理石結(jié)構(gòu)。

上述的大型3D激光打印設(shè)備，其中，所述橫梁與立柱的連接處設(shè)有加強筋板。

上述的大型3D激光打印設(shè)備，其中，所述氣氛箱體的四周均開有手套孔。

實現(xiàn)上述目的的另一種技術(shù)方案是：一種大型3D激光打印方法，執(zhí)行于上述的大型3D激光打印設(shè)備，所述打印方法包括以下步驟：

S001，在激光打印頭上或者是光纖光路中安裝光敏傳感器和光電傳感器，將光敏傳感器搜集到的激光打印工件時的反射光通過光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并將這些電信號存儲在工控機的數(shù)據(jù)庫里；

S002，根據(jù)不同的打印材料、激光功率、激光焦點進行反復(fù)打印試驗，在數(shù)據(jù)庫中設(shè)定不同的打印材料的打印質(zhì)量合格品的激光打印參數(shù)的范圍；

S0031，根據(jù)不同的打印材料，選用各種打印材料的正常激光參數(shù)，進行打印試驗，然后在數(shù)據(jù)庫里確定與各種打印材料對應(yīng)的特性光電曲線；

S0032，選取各種打印材料的正常激光打印參數(shù)，再逐個改變激光打印參數(shù)進行打印試驗，然后在數(shù)據(jù)庫里確定打印質(zhì)量合格品的激光打印參數(shù)的范圍；

S0033，選取各種打印材料的正常激光打印參數(shù)，改變送粉量進行打印試驗，然后在數(shù)據(jù)庫里確定打印質(zhì)量合格品的送粉量參數(shù)的范圍；

S004，根據(jù)S0031確定的特性光電曲線、S0032確定的激光打印參數(shù)的范 圍和S0033確定的送粉量參數(shù)的范圍擬合最優(yōu)光電曲線；

S005，在數(shù)據(jù)庫里確定不同的打印材料的打印質(zhì)量合格品的光電曲線范圍，這些光電曲線分布在最優(yōu)光電曲線的兩側(cè)；

S006，開始打印工作，根據(jù)激光打印參數(shù)和打印效果生成實時光電曲線；

S007，將實時光電曲線與最優(yōu)光電曲線進行比較；

S008，判斷實時光電曲線如果在最優(yōu)光電曲線之內(nèi)，即認為產(chǎn)品打印合格，進入S0010；判斷實時光電曲線如果在最優(yōu)光電曲線之外，即認為產(chǎn)品打印不合格，打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)報警，即進入S009；

S009，先人工干預(yù)或機床數(shù)控系統(tǒng)自動調(diào)整機床的運動參數(shù)，再重新回到S006開始打印；

S0010，繼續(xù)打印，完成產(chǎn)品。

上述的大型3D激光打印方法，其中，進行S0032時，所述激光打印參數(shù)包括激光離焦量、激光功率、氬氣氣壓、速度和氣氛箱體內(nèi)的含氧量。

上述的大型3D激光打印方法，其中，進行S009時，所述機床數(shù)控系統(tǒng)也可以連續(xù)調(diào)整機床的運動參數(shù)并打印，若打印產(chǎn)品還是不合格，即一定要人工干預(yù)，并在檢查設(shè)備后再重新回到S006開始打印。

本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備具有以下優(yōu)點：1)采用穩(wěn)定、可靠的開放結(jié)構(gòu)的懸臂式機床，非常適合金屬3D打印大型工件的需要；2)懸臂式機床非常方便上、下料，特別是有氣氛箱體安裝的機床上，并且在氣氛箱體的四周均開設(shè)手套孔；3)布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間。

本發(fā)明的大型3D激光打印方法，采用在3D激光打印設(shè)備安裝打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能實時監(jiān)控打印品的質(zhì)量，并通過與機床數(shù)控系統(tǒng)通信，將監(jiān)測的結(jié)果實時反饋給機床數(shù)控系統(tǒng)，由機床控制系統(tǒng)控制機床打印的進程；從而控制3D打印工件的質(zhì)量，因此能減少大型工件打印的不合率，減少生產(chǎn)損失。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備的立體圖；

圖2是本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備中的底座的立體圖；

圖3是本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備中的懸臂梁的立體圖；

圖4是本發(fā)明的大型3D激光打印方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備，包括開放結(jié)構(gòu)的機床1、氣氛箱體2、激光打印頭3、送粉機4、機床數(shù)控系統(tǒng)5、打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)6和激光發(fā)生器7，還包括水路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)。

機床1包括底座11和懸臂梁14，其中：該底座11的一個側(cè)面一體化地固定連接一個懸臂梁支撐座12；底座11與懸臂梁支撐座12可以采用鑄造或焊接形成一體化結(jié)構(gòu)，也可以采用整體大理石結(jié)構(gòu)；懸臂梁支撐座12一般位于底座11的中間位置，也可位于底座11的前部或后部。一體化底座結(jié)構(gòu)，能保證底座的高剛性與結(jié)構(gòu)緊湊，并且可以平衡懸臂梁14的支撐力矩，結(jié)構(gòu)合理。

底座11上設(shè)有X軸滑動機構(gòu)110；

X軸滑動機構(gòu)110上安裝一工作平臺13，該工作平臺13的中部設(shè)有Z軸滑動機構(gòu)(圖中未示)，該Z軸滑動機構(gòu)上設(shè)有鋪粉底板(圖中未示)；

懸臂梁14包括一體化結(jié)構(gòu)且呈倒L形的立柱141和橫梁142，并且立柱141的下端固定安裝在懸臂梁支撐座12上；橫梁142與立柱141采用高鋼性連接，可采用鑄造或焊接，并且在連接處設(shè)有加強筋板143，保證了懸臂梁14的高剛性及高穩(wěn)定性；橫梁142上設(shè)有Y軸滑動機構(gòu)140；

氣氛箱體2安裝在工作平臺13的中部，該氣氛箱體2將鋪粉底板封閉在內(nèi)；該氣氛箱體2的四周均開有手套孔，由于氣氛箱體是全封閉，因此在每個手套孔中均用橡膠手套塞在手套孔中，既能將手套孔密封，又能方便操作工將手伸入氣氛箱體拿取打印工件，因此能在氣氛箱體2的四周進行上、下料，同時，也能保證機床在在工作平臺區(qū)域內(nèi)都可以加工；

激光打印頭3安裝在Y軸滑動機構(gòu)140上并向下伸進氣氛箱體2內(nèi)；

送粉機4、打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)6和激光發(fā)生器7均安裝在底座11的一旁并與懸臂梁支撐座12位于同一側(cè)；

送粉機4進行送粉控制；

機床數(shù)控系統(tǒng)5安裝在懸臂梁支撐座12上或立柱141上，非常方便操作并節(jié)約空間；

打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)6與送粉機4、機床數(shù)控系統(tǒng)5和激光發(fā)生器7通信連接；

打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)6能實時監(jiān)控打印品的質(zhì)量，并通過與機床數(shù)控系統(tǒng)5通信，將監(jiān)測的結(jié)果實時反饋給機床數(shù)控系統(tǒng)，由機床控制系統(tǒng)控制機床打印的進程；

激光發(fā)生器7通過光釬與激光打印頭3光路連接；

本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備，采用開放性結(jié)構(gòu)的機床，不僅非常方便上、下料，適合大型零件的打印，而且采用組合式一體化結(jié)構(gòu)的底座，懸臂梁也采用L型的一體化整體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)剛性高，穩(wěn)定性好，懸臂梁不會受力產(chǎn)生微小變形，從結(jié)構(gòu)上很好地保證了3D打印效果的穩(wěn)定。本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備，由X軸滑動機構(gòu)帶動工作平臺與氣氛箱體在底座上移動，Y軸滑動機構(gòu)在懸臂梁的橫梁上運動，Z軸滑動機構(gòu)根據(jù)工件的大小上下運動。由于3D打印時穩(wěn)定性要求高的特點，本發(fā)明的機床結(jié)構(gòu)能很好地滿足該特點。

再請參閱圖4，本發(fā)明的大型3D激光打印方法，執(zhí)行于上述本發(fā)明的大型3D激光打印設(shè)備，打印方法包括以下步驟：

S001，在激光打印頭上或者是光纖光路中安裝光敏傳感器和光電傳感器，將光敏傳感器搜集到的激光打印工件時的反射光通過光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，不同的反射光曲線對應(yīng)不同的電信號曲線，并將這些電信號存儲在工控機的數(shù)據(jù)庫里；

S002，根據(jù)不同的打印材料、激光功率、激光焦點進行反復(fù)打印試驗，在數(shù)據(jù)庫中設(shè)定不同的打印材料的打印質(zhì)量合格品的激光打印參數(shù)的范圍；

S0031，根據(jù)不同的打印材料，選用各種打印材料的正常激光參數(shù)，進行打印試驗，然后在數(shù)據(jù)庫里確定與各種打印材料對應(yīng)的特性光電曲線；

S0032，選取各種打印材料的正常激光打印參數(shù)，再逐個改變激光打印參數(shù)進行打印試驗，激光打印參數(shù)包括激光離焦量、激光功率、氬氣氣壓、速度和氣氛箱體內(nèi)的含氧量，然后在數(shù)據(jù)庫里確定打印質(zhì)量合格品的激光打印參數(shù)的范圍；

S0033，選取各種打印材料的正常激光打印參數(shù)，改變送粉量進行打印試驗，然后在數(shù)據(jù)庫里確定打印質(zhì)量合格品的送粉量參數(shù)的范圍；

S004，根據(jù)S0031確定的特性光電曲線、S0032確定的激光打印參數(shù)的范圍和S0033確定的送粉量參數(shù)的范圍擬合最優(yōu)光電曲線，該最優(yōu)光電曲線對應(yīng)打印質(zhì)量合格品的最優(yōu)激光打印參數(shù)；

S005，在數(shù)據(jù)庫里確定不同的打印材料的打印質(zhì)量合格品的光電曲線范圍，這些光電曲線分布在最優(yōu)光電曲線的兩側(cè)；

S006，開始打印工作，只要激光發(fā)出，根據(jù)激光打印參數(shù)和打印效果生成實時光電曲線；

S007，將實時光電曲線與數(shù)據(jù)庫里擬合的最優(yōu)光電曲線進行比較；

S008，判斷實時光電曲線如果在最優(yōu)光電曲線之內(nèi)，即認為產(chǎn)品打印合格，進入S0010；判斷實時光電曲線如果在最優(yōu)光電曲線之外，即認為產(chǎn)品打印不合格，打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)報警，即進入S009；

S009，先人工干預(yù)或機床數(shù)控系統(tǒng)自動調(diào)整X軸滑動機構(gòu)、Y軸滑動機構(gòu)和Z軸滑動機構(gòu)的運動參數(shù)，再重新回到S006開始打?。粰C床數(shù)控系統(tǒng)也可以連續(xù)調(diào)整機床的運動參數(shù)并打印，若打印產(chǎn)品還是不合格，即一定要人工干預(yù)，并在檢查設(shè)備后再重新回到S006開始打??；

S0010，繼續(xù)打印，完成產(chǎn)品。

本發(fā)明的大型3D激光打印方法，采用在3D激光打印設(shè)備安裝打印質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能實時監(jiān)控打印品的質(zhì)量，并通過與機床數(shù)控系統(tǒng)通信，將監(jiān)測的結(jié)果實時反饋給機床數(shù)控系統(tǒng)，由機床控制系統(tǒng)控制機床打印的進程；從而控制3D打印工件的質(zhì)量，因此能減少大型工件打印的不合率，減少生產(chǎn)損失。

以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。