[发明专利]增材制造成型系统及3D打印方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，提供了一种增材制造成型系统及3D打印方法，所述增材制造成型系统包括可旋转成型缸、保护气循环系统、激光模块、工作台和控制模块；可旋转成型缸的旋转轴线垂直于工作台；保护气循环系统形成稳定的风场，风场覆盖可旋转成型缸；控制模块控制可旋转成型缸的旋转位置、激光的扫描及风场的开闭；激光扫描方向始终垂直于风场的吹风方向。所述3D打印方法利用了上述增材制造成型系统。本发明利用建模配合成形缸的旋转，使得零件的激光扫描方向垂直于风场，从而提高去除飞溅物的效率；与现有设备相比，提高风场对飞溅物的承载能力，更高效地除去飞溅物，提高零件质量。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种增材制造成型系统及3D打印方法。

背景技术

增材制造是一种可以由模型数据直接制造零件的新型制造技术，增材制造以其强大的个性化制造能力充分满足未来社会大规模个性化定制的需求，以其对设计创新的强力支撑颠覆高端装备的传统设计和制造途径，形成前所未有的全新解决方案，使大量的产品概念发生革命性变化，成为支撑我国制造业从转型到创新驱动发展模式的转换。

在金属材料的增材制造中，最为常用的是激光选区熔化、电子束选区熔化以及能量直接沉积三种。其中激光选区熔化技术制件精度高、性能优异，是金属增材制造领域的重要部分。不过，选区激光熔化技术所制造的零件中难免存在不同程度的缺陷，导致SLM部件的机械性能降低。众多缺陷中，飞溅是一种常见的现象。在高能束扫过粉末床形成熔池时，蒸汽反冲压力的作用以及马拉高尼效应会将熔融金属与非熔融金属粉末等就会飞溅而出，形成飞溅物。该飞溅物会直接影响打印质量，例如导致孔隙率增加，产生夹杂等缺陷。

目前，主要的去除方式为通过在打印舱室引入一个风场，将部分飞溅物吹走。不过，在实践中发现，不同的激光扫描方向与风场方向会影响飞溅物吹走的效率，而实际上为了减小增材制造的热应力，每一层都会改变一次激光扫描的方向。因此，现有设备难以避免该问题。

发明内容

本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种增材制造成型缸系统、3D打印机及打印方法，可用于不同激光选区熔化设备的飞溅物分离，提高除去飞溅物的效率，改善增材制造零件的质量，减少对回收粉末的污染。

本发明设置一种可旋转的成形缸，使得成形缸配合扫描策略后保持激光扫描方向与风场方向垂直，增加了可利用风场面积，从而提高风场对飞溅物的承载能力，同时较大部分飞溅物侧面速度都小于平行于激光扫描方向的速度，因此可更高效除去飞溅物，最终提高零件质量。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种增材制造成型系统，包括可旋转成型缸、保护气循环系统、激光模块、工作台和控制模块；

所述可旋转成型缸设置在所述工作台的中部，可带动成形缸及其内部的粉末床一起旋转；所述可旋转成型缸的顶部与所述工作台台面平齐，所述可旋转成型缸的旋转轴线垂直于所述工作台；所述可旋转成型缸相对于所述工作台旋转，所述工作台固定不动；

所述保护气循环系统，可在打印腔室内形成稳定的风场，所述风场覆盖所述可旋转成型缸；

所述激光模块可从成形缸上方向下射出激光；所述激光模块根据预先设定的路径进行扫描，每次扫描方向都垂直于风场方向；

所述控制模块用于控制所述可旋转成型缸的旋转位置、激光的扫描及所述风场的开闭；激光扫描方向始终垂直于所述风场的吹风方向。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述可旋转成型缸包括成型台、旋转筒及旋转驱动单元；

所述旋转筒为圆筒状，所述旋转筒的外侧面与所述工作台贴合；所述成型台设置在所述旋转筒内部空间内，所述成型台的侧面与所述旋转筒内侧面滑动接触，所述成型台能在所述旋转筒内部空间上下移动（在自身驱动单元的驱动下）；所述成型台的上表面与所述旋转筒形成的空间用于盛放增材粉末；