一种具有多送铺粉装置的增材制造设备及增材制造方法与流程

本申请涉及增材制造，特别是涉及一种具有多送铺粉装置的增材制造设备及增材制造方法。

背景技术：

1、粉末床增材制造技术是一种由扫描装置控制热源逐层扫描熔融粉末材料、层层叠加形成三维实体的快速制造技术。其工艺流程如下：首先对工件的三维模型逐层切片，得到切片文件，切片文件包含工件每一层的截面几何信息、热源扫描路径信息和其他工艺参数信息；在基板表面上均匀铺洒一层粉末材料，扫描装置根据第一层的切片文件选择性地熔融粉末，形成一层工件实体；在该层粉末及工件实体的上表面再次均匀铺洒一层粉末材料，扫描装置继续根据下一层的切片文件扫描以选择性地熔融粉末，如此逐层进行，最终得到三维实体。

2、在上述技术中，送铺粉装置负责将粉末材料均匀铺洒在基板表面或前一层粉末及工件实体的上表面。一般而言，扫描装置需等待送铺粉装置完成当前层的粉末铺洒，再开始有选择性地扫描熔融粉末。该等待时间导致扫描装置无法不间断地持续扫描熔融，降低了增材制造设备的打印效率。在一般应用中，等待铺粉完成的时间占据了增材制造时间的10％～30％。因此，改进铺粉装置、优化扫描熔融与铺粉的配合逻辑，对提高增材制造设备的打印效率格外重要。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有多送铺粉装置的增材制造设备及增材制造方法，该增材制造设备及方法中铺粉工作和扫描熔融工作可同时独立进行，即扫描装置的扫描熔融过程不再受送铺粉装置铺粉动作的打断，从而能最大限度地提高增材制造设备的打印效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种具有多送铺粉装置的增材制造设备，其包括扫描装置、控制装置、基板和多套送铺粉装置；所述扫描装置用于按预定路径和工艺参数扫描熔融粉末材料；所述基板用于承载粉末材料和熔融形成的工件，基板上用于铺粉和扫描熔融的整个工作区域被划分为多个子工作区域，至少包括第一子工作区域和第二子工作区域；每套送铺粉装置对应一个不同的子工作区域，用于将粉末平铺到该子工作区域；所述多套送铺粉装置至少包括第一送铺粉装置和第二送铺粉装置，所述第一送铺粉装置用于将粉末平铺到基板上的第一子工作区域，所述第二送铺粉装置用于将粉末平铺到基板上的第二子工作区域。

3、作为本发明的进一步优选方案，所述控制装置用于控制扫描装置对所有子工作区域的其中部分子工作区域进行扫描熔融，同时控制送铺粉装置对其他子工作区域进行铺粉。

4、作为本发明的进一步优选方案，所述第一子工作区域和第二子工作区域的最短距离小于或等于5mm。

5、作为本发明的进一步优选方案，所述工作区域的多个子工作区域互不重叠。

6、作为本发明的进一步优选方案，所述多套送铺粉装置的铺粉方向相同或相反，工作区域沿铺粉方向的垂直方向被划分为多个互不重叠的子工作区域。

7、作为本发明的进一步优选方案，所述每套送铺粉装置包括挑臂座、刮刀座和两块刮刀，所述刮刀座设置于挑臂座上，所述刮刀座内设有接粉槽，所述两块刮刀分别设置于接粉槽底部的两侧，以使粉末通过接粉槽下落到工作区域，并在一侧刮刀的作用下铺平到对应的子工作区域。

8、作为本发明的进一步优选方案，所述刮刀座的远离挑臂座的两侧外部呈弧形；所述挑臂座的远离刮刀座的两侧外部呈弧形。

9、作为本发明的进一步优选方案，所述增材制造设备还包括驱动系统、传动系统、直线导轨和滑块，所述导轨设置于工作大板上，所述挑臂座通过传动系统与驱动系统相连，每个挑臂座设置于对应的滑块上，以在驱动系统的驱动下，挑臂座和滑块在直线导轨上进行平行移动。本发明还提供了一种采用上述任一项所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备的增材制造方法，该方法中，按指定层厚对待制造成形的工件的几何模型进行分层切片，得到各层的几何轮廓和扫描路径信息，之后按照各层扫描路径信息在基板上逐层铺粉和扫描熔融，最终构建出所有工件实体；逐层铺粉和扫描熔融至少包括以下步骤：

10、步骤s1、控制装置控制扫描装置对第一子工作区域进行当前层的扫描熔融，同时控制第二送铺粉装置对第二子工作区域进行当前层的铺粉；

11、步骤s2、在第一子工作区域扫描熔融完成、且第二子工作区域铺粉完成后，控制装置控制基板相对送铺粉装置下降指定层厚的高度；

12、步骤s3、控制装置控制扫描装置对第二子工作区域进行当前层的扫描熔融，同时控制第一送铺粉装置对第一子工作区域进行下一层的铺粉；

13、步骤s4、第二子工作区域扫描熔融完成、且第一子工作区域铺粉完成后，已完成扫描的层数加一，下一层成为当前层。

14、步骤s5、重复上述步骤s1～s4，直至待制造成形的工件的所有层扫描熔融完成。

15、作为本发明的进一步优选方案，步骤s3的扫描熔融动作在步骤s2中基板下降动作完成之后、或者在基板下降过程中、或者在基板下降动作前开始执行。

16、作为本发明的进一步优选方案，所述方法在扫描熔融第一层前，使用第一送铺粉装置、第二送铺粉装置分别在基板上的第一子工作区域和第二子工作区域平铺好第一层粉末，或者仅使用第一送铺粉装置在基板上的第一子工作区域平铺好第一层粉末。

17、作为本发明的进一步优选方案，所述方法中的铺粉是由送铺粉装置在相对基板表面的往返运动中执行并完成，定义往返运动中的一个运动方向为正方向，定义另一个运动方向为反方向；送铺粉装置仅在正方向运动过程中执行并完成一层的铺粉，或者仅在反方向运动过程中执行并完成一层的铺粉，或者在正方向运动、反方向运动过程中分别执行并完成一层的铺粉。

18、本发明的具有多送铺粉装置的增材制造设备及增材制造方法，通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：

19、1、本发明中，第一送铺粉装置和第二送铺粉装置分别对相应子工作区域进行送铺粉，使得扫描熔融工作和铺粉工作可分别在工作区域的子工作区域(例如第一子工作区域和第二子工作区域)上交替进行，直至工件被打印完成；这样使得铺粉工作和扫描熔融工作可同时独立进行，即扫描装置的扫描熔融过程不再受送铺粉装置铺粉动作的打断，可不间断持续工作，从而能最大限度地提高粉末熔融沉积效率，亦即增材制造设备的打印效率；

20、2、本发明的多送铺粉装置在原有的配备单送铺粉装置的增材制造设备上做技术升级，打印效率提升显著。

21、3、本发明的具有多送铺粉装置的增材制造设备，可兼容单向铺粉、双向铺粉功能。

技术特征：

1.一种具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，包括扫描装置、控制装置、基板和多套送铺粉装置；所述扫描装置用于按预定路径和工艺参数扫描熔融粉末材料；所述基板用于承载粉末材料和熔融形成的工件，基板上用于铺粉和扫描熔融的整个工作区域被划分为多个子工作区域，至少包括第一子工作区域和第二子工作区域；每套送铺粉装置对应一个不同的子工作区域，用于将粉末平铺到该子工作区域；所述多套送铺粉装置至少包括第一送铺粉装置和第二送铺粉装置，所述第一送铺粉装置用于将粉末平铺到基板上的第一子工作区域，所述第二送铺粉装置用于将粉末平铺到基板上的第二子工作区域。

2.根据权利要求1所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述控制装置用于控制扫描装置对所有子工作区域的其中部分子工作区域进行扫描熔融，同时控制送铺粉装置对其他子工作区域进行铺粉。

3.根据权利要求1所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述第一子工作区域和第二子工作区域的最短距离小于或等于5mm。

4.根据权利要求1所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述工作区域的多个子工作区域互不重叠。

5.根据权利要求4所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述多套送铺粉装置的铺粉方向相同或相反，工作区域沿铺粉方向的垂直方向被划分为多个互不重叠的子工作区域。

6.根据权利要求1所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述每套送铺粉装置包括挑臂座、刮刀座和两块刮刀，所述刮刀座设置于挑臂座上，所述刮刀座内设有接粉槽，所述两块刮刀分别设置于接粉槽底部的两侧，以使粉末通过接粉槽下落到工作区域，并在一侧刮刀的作用下铺平到对应的子工作区域。

7.根据权利要求6所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述刮刀座的远离挑臂座的两侧外部呈弧形；所述挑臂座的远离刮刀座的两侧外部呈弧形。

8.根据权利要求1至7任一项所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备，其特征在于，所述增材制造设备还包括驱动系统、传动系统、直线导轨和滑块，所述导轨设置于工作大板上，所述挑臂座通过传动系统与驱动系统相连，每个挑臂座设置于对应的滑块上，以在驱动系统的驱动下，挑臂座和滑块在直线导轨上进行平行移动。

9.一种采用权利要求1至8任一项所述的具有多送铺粉装置的增材制造设备的增材制造方法，其特征在于，按指定层厚对待制造成形的工件的几何模型进行分层切片，得到各层的几何轮廓和扫描路径信息，之后按照各层扫描路径信息在基板上逐层铺粉和扫描熔融，最终构建出所有工件实体；逐层铺粉和扫描熔融至少包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的增材制造方法，其特征在于，步骤s3的扫描熔融动作在步骤s2中基板下降动作完成之后、或者在基板下降过程中、或者在基板下降动作前开始执行。

11.根据权利要求9所述的增材制造方法，其特征在于，在扫描熔融第一层前，使用第一送铺粉装置、第二送铺粉装置分别在基板上的第一子工作区域和第二子工作区域平铺好第一层粉末，或者仅使用第一送铺粉装置在基板上的第一子工作区域平铺好第一层粉末。

12.根据权利要求9至11任一项所述的增材制造方法，其特征在于，所述铺粉是由送铺粉装置在相对基板表面的往返运动中执行并完成，定义往返运动中的一个运动方向为正方向，定义另一个运动方向为反方向；送铺粉装置仅在正方向运动过程中执行并完成一层的铺粉，或者仅在反方向运动过程中执行并完成一层的铺粉，或者在正方向运动、反方向运动过程中分别执行并完成一层的铺粉。

技术总结一种具有多送铺粉装置的增材制造设备及增材制造方法，其中设备包括：扫描装置、控制装置、基板和多套送铺粉装置；基板上的整个工作区域被划分为多个子工作区域，至少包括第一、第二子工作区域；每套送铺粉装置对应一个不同的子工作区域；多套送铺粉装置至少包括第一、第二送铺粉装置，第一送铺粉装置将粉末平铺到基板上的第一子工作区域，第二送铺粉装置将粉末平铺到基板上的第二子工作区域；控制装置控制扫描装置对所有子工作区域的其中部分子工作区域进行扫描熔融，同时控制送铺粉装置对其他子工作区域进行铺粉。本发明可使得铺粉工作和扫描工作可同时独立进行，即铺粉时间不占用设备的扫描时间，从而能最大限度提高设备打印效率。技术研发人员：何涛,彭国栋,许小曙,刘一村,冯昱迪,张志勇受保护的技术使用者：湖南华曙高科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18