[发明专利]一种用于激光粉末床熔融的取粉装置及3D打印机

说明书

本发明涉及一种用于激光粉末床熔融的取粉装置及3D打印机，取粉装置包括粉床和取粉机构，还包括视觉传感模块和控制模块，所述视觉传感模块、所述控制模块和所述取粉机构依次电连接，所述视觉传感模块用于拍照并分析所述粉床上的缺粉或过剩粉数量并据此确定适当的取粉量，所述控制模块用于控制所述取粉机构按照所述适当的取粉量取粉，相比于现有技术中的取粉装置无法实时自动调整获取适当的取粉量，造成取粉量过少或过多，导致打印形成过熔缺陷或浪费粉末的问题，本发明可在打印过程中实时自动调整并获得适中的取粉量，防止打印形成过熔缺陷或浪费粉末；3D打印机具有前述结构的取粉装置，并具有相同的技术效果。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种用于激光粉末床熔融的取粉装置及3D打印机。

背景技术

增材制造，又名3D打印，是指以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。增材制造装备可“从无到有”地直接构建实体零件，无需遵循毛胚、粗加工、精加工的传统工序，亦不依赖专用成形模具，具有设计自由、制造灵活、低成本、周期短等优势。增材制造技术已广泛应用于航空航天、汽车、机械、能源、医疗等行业，用于快速开发、快速制造、快速修复等。

激光粉末床熔融(LPBF)是金属增材中最常见的技术之一，它使用激光能量源将金属、陶瓷或聚合物等颗粒材料按模型选择性熔融在一起，形成三维物体。首先通过取粉和铺粉机构在粉床上铺设一层粉末材料，激光能量源将当前层粉末材料按模型选择性熔融烧结在一起，然后基板下降一个层厚，再将粉末均匀平整地铺在粉床上，然后激光再次进行选择性熔融烧结，重复此过程逐层打印三维物体。

层厚均匀、表面平整的粉末床对打印质量至关重要，均匀的粉末层厚使激光能量密度保持稳定，形成致密无缺陷的固体材料。为保证铺粉均匀，适当的取粉量是关键。当取粉不足时，会导致局部能量密度过高，形成过熔缺陷。当取粉过多时，铺粉后铺粉机构内剩余大量粉末，剩余粉末直接进入溢粉罐，这种情况既浪费粉末，又需要频繁更换溢粉罐和添加粉末，浪费时间和人力。

现有技术中，取粉量控制常采用两种方案，方案一是通过理论计算或者试错的方式，手动调整下粉量以适配打印工艺、材料和层厚，然后固定每一层下粉量。但由于粉末飞溅和气流的影响，理论计算的取粉值不准确。通过试错法来确定取粉量有三个缺点，一是耗时耗力；二是改变材料、层厚、打印模型后，取粉量需要重新调整和适配；三是固定下粉量无法对打印过程中意外情况进行实时处理，比如，在打印过程中添加新的粉末，因粉末批次差异，回收次数差异或湿度变化导致粉末流动性变化，从而引起取粉量波动；方案二是取比需要更多的粉末，包容各个因素的影响，该方案造成了粉末的浪费，并且需要频繁更换溢粉罐，不仅增加了成本，而且打断生产的连续性，影响质量(溢粉罐更换可能引起成型舱内氧含量的上升)。

发明内容

本发明的第一目的在于：针对现有技术中的取粉装置无法实时自动调整获取适当的取粉量，造成取粉量过少或过多，导致打印形成过熔缺陷或浪费粉末的问题，提供一种用于激光粉末床熔融的取粉装置；本发明的第二目的是提供一种3D打印机。

为了实现上述第一目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于激光粉末床熔融的取粉装置，包括粉床和取粉机构，还包括视觉传感模块和控制模块，所述视觉传感模块、所述控制模块和所述取粉机构依次电连接，所述视觉传感模块用于拍照并分析所述粉床上的缺粉或过剩粉数量并据此确定适当的取粉量，所述控制模块用于控制所述取粉机构按照所述适当的取粉量取粉。

采用前述技术方案的本发明，通过设置视觉传感模块对铺设的每一层粉末进行拍照并通过拍照结果分析计算出粉床上缺粉或过剩粉数量，并将据此确定的适当的取粉量传输给控制模块以控制取粉机构取粉，相比于现有技术中的取粉装置无法实时自动调整获取适当的取粉量，造成取粉量过少或过多，导致打印形成过熔缺陷或浪费粉末的问题，本发明可在打印过程中实时自动调整并获得适中的取粉量，防止打印形成过熔缺陷或浪费粉末。