一种增材制造设备及方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造设备及方法。

背景技术

增材制造技术与传统的铸、锻、焊结合机械加工的方法相比，利用高能束激光逐层选择性地熔化金属粉末堆积成形金属零件，具有生产周期短、能够加工几何形状复杂的零件和材料加工种类多等优势。

然而，铺粉式选区激光熔化成形设备在打印过程中，成形舱不断往复下降上升，成形仓中的粉末经过成形缸的往复运动，会出现一定程度的下塌。若成形舱中的零件存在较大高度的倾斜结构时，倾斜结构下端粉末会在缸体往复运动振实过程中不断被振实，或大倾斜结构下端在打印过程中存在一定变形时，倾斜结构的下端面粉末沿着下端面下滑，而倾斜结构上端的粉末由于结构的阻挡无法进入倾斜结构下端，从而导致倾斜结构一端存在大的粉末缺层或孔洞，也即是铺粉层存在粉末塌陷，粉末塌陷会大大影响零件的成形质量。

因此，急需一种增材制造设备及方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增材制造设备及方法，能够提升成形仓中铺粉层的密度，解决了倾斜结构一端存在粉末缺陷的问题，提高了零件的成形质量。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种增材制造设备，包括：

成形仓；

打印装置，设置于所述成形仓内；

铺粉装置，设置于所述成形仓内；

检测装置，固设于所述成形仓的内壁，且所述检测装置用于检测铺粉层是否存在粉末塌陷；

粉末添加装置，固设于所述成形仓，且所述粉末添加装置用于向所述粉末塌陷处添加粉末；

控制组件，与所述检测装置及所述粉末添加装置分别连接，所述控制组件用于在所述检测装置检测到所述铺粉层存在粉末塌陷时，控制所述粉末添加装置的粉末出口移动至所述粉末塌陷处，并控制所述粉末添加装置通过所述粉末出口向所述粉末塌陷处添加粉末。

可选地，所述粉末添加装置包括机械臂及控制开关，所述机械臂穿设固定于成形仓的侧壁上，且所述机械臂内具有粉末通道，所述粉末通道的入口端位于所述成形仓外，所述粉末通道的出口端为所述粉末出口并位于所述成形仓内，所述控制开关安装于所述机械臂上并连接于所述控制组件，以使所述控制组件通过所述控制开关控制所述粉末通道的导通或关闭。

可选地，所述机械臂与所述控制组件连接，且所述机械臂具有伸展状态和收缩状态，所述控制组件确定所述铺粉层存在所述粉末塌陷时，控制所述机械臂由所述收缩状态转换至所述伸展状态，以使所述粉末出口位于所述粉末塌陷的上方。

可选地，所述粉末添加装置包括输粉管及分别连接于所述控制组件的第一机械臂和第一控制开关，所述第一机械臂固定于所述成形仓的内壁，所述输粉管包括连通的内传输段及外传输段，所述内传输段位于所述成形仓内，并固设于所述第一机械臂上，所述外传输段位于所述成形仓外，所述控制组件控制所述第一机械臂动作，以通过所述第一机械臂带动所述内传输段的所述粉末出口移动至所述粉末塌陷处，所述第一控制开关安装于所述输粉管上，以使所述控制组件通过所述第一控制开关控制所述输粉管的导通或关闭。

可选地，还包括设置于所述成形仓内的铺层增实装置，所述铺层增实装置连接于所述控制组件，所述控制组件还用于在所述粉末添加装置向所述粉末塌陷处添加粉末后，控制所述铺层增实装置压实所述铺粉层。

可选地，还包括储粉装置，所述储粉装置连通于所述粉末添加装置，并用于向所述粉末添加装置输送粉末。

可选地，所述铺粉装置包括驱动件及由所述驱动件驱动移动的刮刀和滚轮，所述刮刀用于向所述铺粉层推粉，所述滚轮用于铺展压实所述铺粉层上的粉末，所述驱动件与所述控制组件连接，所述控制组件还用于控制所述驱动件的启闭。

一种增材制造方法，用于上述的增材制造设备，包括如下步骤：

S1、检测装置检测铺粉层的粉末信息，并将所述粉末信息发送至控制组件；

S2、所述控制组件根据所述粉末信息判断所述铺粉层是否存在粉末塌陷，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S5；

S3、所述控制组件控制所述粉末添加装置启动，并控制所述粉末添加装置的粉末出口位于所述粉末塌陷处；

S4、通过所述粉末添加装置向所述粉末塌陷处添加预设量的粉末，添加完成后执行步骤S5；

S5、控制打印装置动作，以处理所述铺粉层上的所述粉末，或者，控制所述铺粉装置动作，以再次向所述铺粉层推粉。

可选地，所述粉末添加装置包括机械臂及控制开关；

在步骤S3中，控制组件控制所述机械臂由收缩状态转换为伸展状态，以使所述粉末出口位于所述粉末塌陷的上方；

在步骤S4中，所述控制组件控制所述控制开关打开，以通过所述机械臂中的粉末通道向所述粉末塌陷处添加预设量的粉末。

可选地，所述粉末信息为灰度值，在步骤S2中，当所述铺粉层各位置处的灰度值相同时，则确定所述铺粉层不存在所述粉末塌陷；当所述铺粉层中存在灰度值不同于其他位置处灰度值的位置时，则确定所述铺粉层存在所述粉末塌陷。

本发明提出的增材制造设备及方法至少具有如下有益效果：

通过设置检测装置及粉末添加装置，能够对铺粉层是否存在粉末塌陷进行检测，并在确定铺粉层存在粉末塌陷时，控制组件控制粉末添加装置的粉末出口移动至粉末塌陷处，以通过粉末添加装置向粉末塌陷处添加预设量的粉末，进而填充铺粉层上的粉末塌陷，进而提升成形仓中铺粉层的密度，解决了倾斜结构一端存在粉末缺陷的问题，提高了零件的成形质量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种增材制造设备的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的另一种增材制造设备的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的增材制造方法的流程图。

图中：

1、成形仓；2、打印装置；3、铺粉装置；31、刮刀；32、滚轮；4、检测装置；5、粉末添加装置；51、机械臂；511、粉末通道；52、控制开关；6、储粉装置；8、控制组件；9、机械臂控制线；10、控制线路；20、零件；30、供粉仓。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实施例提供了一种增材制造设备，其能够通过增材制造的方式形成零件20，能够提高零件20的成形质量。

如图1和图2所示，增材制造设备包括成形仓1，分别设置于成形仓1内的打印装置2及铺粉装置3，分别固设于成形仓1上的检测装置4及粉末添加装置5，以及控制组件8。

其中，成形仓1用于为增材制造提供空间，打印装置2用于将铺粉层上的粉末按照预设的路径进行熔化处理，以形成零件20。示例地，打印装置2可以为激光打印装置，以能够对粉末进行激光熔化处理。铺粉装置3用于继续向铺粉层逐层提供粉末。检测装置4固设于成形仓1的内壁，并用于检测铺粉层是否存在粉末塌陷，可选地，检测装置4可以以预设的频率检测铺粉层是否存在粉末塌陷，或者检测装置4还可以以铺粉装置离开铺粉层为触发条件检测铺粉层是否存在粉末塌陷。

粉末添加装置5用于向粉末塌陷处添加粉末。控制组件8与检测装置4及粉末添加装置5分别连接，并且，控制组件8用于在检测装置4检测到铺粉层存在粉末塌陷时，控制粉末添加装置5的粉末出口移动至粉末塌陷处，并控制粉末添加装置5通过该粉末出口向粉末塌陷处添加粉末。

本实施例提供的增材制造设备中，通过设置检测装置4及粉末添加装置5，能够对铺粉层是否存在粉末塌陷进行检测，并在确定铺粉层存在粉末塌陷时，控制组件8控制粉末添加装置5的粉末出口移动至粉末塌陷处，以通过粉末添加装置5向粉末塌陷处添加预设量的粉末，进而填充铺粉层上的粉末塌陷，进而提升成形仓中铺粉层的密度，解决了倾斜结构一端存在粉末缺陷的问题，提高了零件20的成形质量。

示例地，本实施例中的检测装置4可以为灰度检测装置，通过灰度检测装置检测铺粉层各位置处的灰度值，当铺粉层各位置处的灰度值均相同时，则确定铺粉层不存在粉末塌陷；当铺粉层中存在灰度值不同于其他位置处灰度值的一个或多个位置时，则确定铺粉层存在粉末塌陷。或者，检测装置4还可以为激光测距仪，激光测距仪能够测量其发射端与铺粉层各位置处的距离，当铺粉层各位置处的距离均相等时，则确定铺粉层不存在粉末塌陷；当铺粉层中存在距离不同于其他位置处距离的位置时，则确定铺粉层存在粉末塌陷。可选地，本实施例中，检测装置4可以设有多个，以能够对铺粉层的不同位置进行检测。

本实施例中，当铺粉层存在多个粉末塌陷时，控制组件8可以控制粉末添加装置5依次向多个粉末塌陷处添加粉末。

可选地，如图1所示，粉末添加装置5包括机械臂51及控制开关52。其中，机械臂51穿设固定于成形仓1的侧壁上，且如图2所示，机械臂51内具有粉末通道511，粉末通道511的入口端位于成形仓1外，粉末通道511的出口端为上述粉末出口并位于成形仓1内，可以向粉末通道511的入口端输送粉末，以通过粉末通道511向粉末塌陷处添加粉末。控制开关52安装于机械臂51上并连接于控制组件8，以使控制组件8通过控制开关52控制粉末通道511的导通或关闭。本实施例中，粉末通道511与机械臂51的延伸方向相同，以能够通过机械臂51控制粉末通道511的位置。示例地，控制开关52可以为控制阀。

进一步地，请参考图1和图2，机械臂51为可伸缩机械臂，也即是，机械臂51具有伸展状态和收缩状态，并且，机械臂51与控制组件8通过机械臂控制线9电性连接，当控制组件8确定铺粉层具有粉末塌陷时，可以控制机械臂51由收缩状态转换至伸展状态，以使粉末通道511的粉末出口(及粉末通道511的出口端)位于粉末塌陷的上方。其中，图1是机械臂51处于收缩状态的示意图，图2是机械臂51处于伸展状态的示意图。

再进一步地，机械臂51可以由多个臂段连接形成，其中相邻两个臂段万向转动连接，使得机械臂51能够在多个方向上延伸，增大了机械臂51的可到达范围，提高了机械臂51的灵活性。

本实施例中，为了进一步增大铺粉层上粉末的密度，增材制造设备还包括设置于成形仓1内的铺层增实装置，并用于压实铺粉层上的粉末。具体地，铺层增实装置连接于控制组件8，控制组件8还用于在粉末添加装置5向粉末塌陷处添加粉末后，控制铺层增实装置压实铺粉层。

可选地，增材制造设备还包括连通于粉末添加装置5的储粉装置6，具体的，储粉装置6连通于粉末通道511的入口端，以用于向粉末通道511输送粉末，其中，储粉装置6中的粉末与制造零件20所用的粉末相同。进一步地，储粉装置6中还可以设有粉末检测器，该粉末检测器连接于控制组件8并用于检测储粉装置6中的粉末量，当储粉装置6中的粉末量较少时，可以通过粉末检测器向控制组件8发送补充粉末信号。

如图1所示，铺粉装置3包括驱动件及由驱动件驱动移动的刮刀31和滚轮32。其中，刮刀31用于向铺粉层推粉，滚轮32用于铺展压实铺粉层上的粉末，使得铺粉层上的粉末能够更加均匀。驱动件通过控制线路10与控制组件8连接，控制组件8还用于控制驱动件在需要的时候启动，以及驱动件的关闭。

通过将驱动件、打印装置2及粉末添加装置5均与控制组件8电性连接，使得控制组件8能够分别控制驱动件、打印装置2及粉末添加装置5的动作，还能够防止三者的相互干涉，提高了增材制造设备的可靠性。

本实施例中，如图1所示，增材制造设备还可以包括与所述成形仓相邻的供粉仓30，供粉仓30用于向工作台的一端提供粉末，之后铺粉装置3中的刮刀31将该工作台一端的粉末推至工作台另一端的铺粉层上，以实现向铺粉层的大量供粉，而粉末添加装置5能够实现向铺粉层的局部供粉。

本实施例提供的增材制造设备的结构较简单，便于操作且成本较低，能够有效提供零件20的成形质量。

实施例二

本实施例提供的增材制造设备与实施例一的区别在于粉末添加装置的具体结构不同。

具体地，本实施例中的粉末添加装置包括输粉管及分别连接于控制组件8的第一机械臂和第一控制开关。

其中，第一机械臂固定于成形仓1的内壁，输粉管包括连通的内传输段及外传输段，内传输段位于成形仓1内，并固设于第一机械臂上，以能够跟随第一机械臂移动，可选地，内传输段沿第一机械臂延伸，也即是，内传输段的形状与第一机械臂的形状相同。外传输段位于成形仓1外，通过外传输段能够向内传输段传输粉末。控制组件8控制第一机械臂动作，以通过第一机械臂带动内传输段的粉末出口移动至粉末塌陷处，以向粉末塌陷处填充粉末。第一控制开关安装于输粉管上，以使控制组件8通过第一控制开关控制输粉管的导通或关闭。

本实施例中的其他结构与实施例一中相应的结构相同，且具有相应的效果，本实施例不作赘述。

实施例三

本实施例提供了一种增材制造方法，用于上述实施例一及实施例二中的增材制造设备，如图3所示，该增材制造方法包括如下步骤：

S1、检测装置4检测铺粉层的粉末信息，并将粉末信息发送至控制组件8。

S2、控制组件8根据粉末信息判断铺粉层是否存在粉末塌陷，若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S5。

本实施例中的粉末信息为灰度值，此时，在步骤S2中，当铺粉层各位置处的灰度值均相同时，则确定铺粉层不存在粉末塌陷，当铺粉层中存在灰度值不同于其他位置处灰度值的位置时，则确定铺粉层存在粉末塌陷。

S3、控制组件8控制粉末添加装置5启动，并控制粉末添加装置5的粉末出口位于粉末塌陷处。

S4、通过粉末添加装置5向粉末塌陷处添加预设量的粉末，添加完成后执行步骤S5。

本实施例中，向粉末塌陷处添加的粉末量可以根据粉末信息确定，具体地，控制组件8可以根据粉末信息确定是否存在粉末塌陷、粉末塌陷的位置以及粉末塌陷的程度，根据粉末塌陷的位置控制粉末添加装置5的移动路线，根据粉末塌陷的程度确定向粉末塌陷处添加的粉末的量。

S5、控制打印装置2动作，以处理铺粉层上的粉末，或者，控制铺粉装置3动作，以再次向铺粉层推粉。

本实施例提供的增材制造方法中，先通过检测装置4检测铺粉层的粉末信息，之后通过控制组件8根据粉末信息确定铺粉层是否存在粉末塌陷，当铺粉层存在粉末塌陷时，控制粉末添加装置5的粉末出口移动至粉末塌陷处，以通过粉末添加装置5向粉末塌陷处添加预设量的粉末，进而填充铺粉层上的粉末塌陷，进而提升成形仓中铺粉层的密度，解决了倾斜结构一端存在粉末缺陷的问题，提高了零件20的成形质量。

可选地，当粉末添加装置5为实施例一中的粉末添加装置5时，在步骤S3中，控制组件8控制机械臂由收缩状态转换为伸展状态，以使粉末出口位于粉末塌陷的上方。

并且，在步骤S4中，控制组件8控制控制开关打开，以通过机械臂中的粉末通道向粉末塌陷处添加预设量的粉末。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。