一种金属3d打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺
阅读说明：本技术 一种金属3d打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺 (Layer-by-layer selective impurity cleaning device and process for 3D printing of metal ) 是由 李奕 邹超 高鑫 于 2020-12-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金属3D打印,提供一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺,旨在解决金属3D打印时,会产生较大的颗粒杂质,随着打印层数的积累逐渐变大,当金属瘤大到一定程度后,就会阻挡刮刀,打印终止,从而导致零件加工失败的问题,包括水平设置的打印底盘,所述打印底盘的上端覆盖有下侧敞口设置的打印仓体；且打印仓体的顶壁上设有用于烧结金属粉末喷出打印的金属3D打印头,金属3D打印头的下方设有用于打印件成型的打印台,且打印台一体成型在打印底盘的上端中部；所述打印仓体的内顶壁上设有用于打印件表面杂质识别检测的扫描单元。本发明尤其适用于金属3D打印件的加工成型,具有较高的社会使用价值和应用前景。(The invention relates to metal 3D printing, and provides a layer-by-layer selective impurity cleaning device and a layer-by-layer selective impurity cleaning process for metal 3D printing, aiming at solving the problem that part processing fails because large particle impurities are generated during metal 3D printing, the large particle impurities gradually increase along with the accumulation of the number of printing layers, and when a metal tumor grows to a certain degree, a scraper is blocked, and printing is stopped; a metal 3D printing head for spraying and printing sintered metal powder is arranged on the top wall of the printing cabin, a printing table for forming a printed piece is arranged below the metal 3D printing head, and the printing table is integrally formed in the middle of the upper end of the printing chassis; and a scanning unit for identifying and detecting impurities on the surface of a printed piece is arranged on the inner top wall of the printing bin body. The invention is especially suitable for processing and forming of metal 3D printing pieces, and has higher social use value and application prospect.)
技术领域
本发明涉及金属3D打印技术领域，具体涉及一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺。
背景技术
现有金属激光烧结3D打印技术中，通过激光对金属粉末逐层烧结来实现零件的成型，在此工艺中，由于烧结过程中激光对粉末床的冲击，会导致部分没有完全融化的粉末在打印中向四周飞溅，从而形成杂质。
现有技术中一般通过在打印仓内形成气流的方式去除飞溅的杂质，但是由于打印中存在的不确定因素，有时会产生较大的颗粒杂质，气流不能将此类杂质带走，导致杂质落在成型表面，形成金属瘤，金属瘤产生后，随着打印层数的积累逐渐变大，当金属瘤大到一定程度后，就会阻挡刮刀，打印终止，从而导致零件加工失败。为此，我们提出了一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，旨在解决金属3D打印时，会产生较大的颗粒杂质，随着打印层数的积累逐渐变大，当金属瘤大到一定程度后，就会阻挡刮刀，打印终止，从而导致零件加工失败的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置，包括水平设置的打印底盘，所述打印底盘的上端覆盖有下侧敞口设置的打印仓体；且打印仓体的顶壁上设有用于烧结金属粉末喷出打印的金属3D打印头，金属3D打印头的下方设有用于打印件成型的打印台，且打印台一体成型在打印底盘的上端中部；
所述打印仓体的内顶壁上设有用于打印件表面杂质识别检测的扫描单元；
所述打印底盘的上端边缘设有用于打印件表面杂质去除的杂质清理单元。
优选的，所述扫描单元包括高清摄像机和用于调节高清摄像机拍摄角度的电动支架，电动支架固定安装在上轨道车的下端面，且上轨道车设置在上环形轨道上，上轨道车上设有用于驱动上轨道车的第一动力单元和第一位置传感器，上环形轨道固定安装在打印仓体的内顶壁边缘。
优选的，所述杂质清理单元包括固定安装在打印底盘的上端边缘的下环形轨道，且下环形轨道上设有下轨道车，下轨道车上设有用于驱动下轨道车的第二动力单元和第二位置传感器，下轨道车的上端面安装有机械臂，且机械臂的末端安装有微型打磨机。
优选的，所述上环形轨道的圆心位于打印仓体的内顶壁中部。
优选的，所述机械臂为六自由度仿生机械臂，且内置有利用增加零点来消除系统主导极点和系统不稳定的前馈控制器。
优选的，还包括有用于控制金属3D打印头、扫描单元和杂质清理单元的杂质清理系统，杂质清理系统由PLC控制器和电气控制线组成。
优选的，所述打印仓体的侧壁上安装有多个排屑单元，且排屑单元包括贯通安装在打印仓体侧壁上的排屑风盘和安装在排屑风盘内的排屑风机。
本发明还提供一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置的工艺，包括以下步骤：
S1、初始化装置，并设置扫描打印件上杂质体积的阈值，随后开启设备进行打印；
S2、金属3D打印头按照程序设定的工件形状进行逐层喷出烧结粉末进行铺粉打印，同时扫描单元通过上轨道车在上环形轨道上的行走对打印件的表面进行全面扫描；
S3、在扫描单元检测到打印件上杂质体积大于程序中设定的阈值时，金属3D打印头停止工作，并通过第一位置传感器给予PLC控制器信息反馈，判断出产生杂质的坐标点，PLC控制器输出信号通过第二位置传感器控制下轨道车到达杂质对应位置；
S4、机械臂在PLC控制器和前馈控制器的控制下，仿真控制将微型打磨机送至杂质位置进行打磨清理，清理后，机械臂调节收回杂质清理单元，扫描单元再次扫描；
S41、杂质体积仍大于程序中设定的阈值时，机械臂再次调节后将杂质清理单元送至到达杂质位置进行打磨；
S42、杂质体积仍小于程序中设定的阈值时，金属3D打印头重新按照程序设定的工件形状进行逐层喷出烧结粉末进行铺粉打印；
S5、金属3D打印头继续启动，扫描单元持续扫描，重复上述步骤S2-S4，直至打印件成型。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺，具备以下有益效果：
1、本发明当打印任务开始后，每烧结一层，扫描单元会对烧结的面进行扫描检测，当检测到的杂质体积大于设定值时，杂质清理单元会启动，定点对产生的杂质进行打磨去除，再次检测合格后，才进行下一层的铺粉打印工作，此工艺从源头解决金属3D打印过程中由于产生杂质而导致加工失败的工艺问题，保证了金属3D打印件的加工成型。
2、本发明中排屑单元的设置，一方面有效的带走打印时飞溅的杂质，另一方面可以配合杂质清理单元去除打磨清理是产生的杂质碎屑，保证打印件的清洁。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中打磨机构的结构示意图。
图中：打印底盘1、打印仓体2、打印台3、金属3D打印头4、上环形轨道5、上轨道车6、扫描单元、机械臂8、杂质清理单元、下轨道车10、下环形轨道11、排屑单元12。
具体实施方式
下面结合附图1-2和实施例对本发明进一步说明：
实施例1
一种金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置，包括水平设置的打印底盘1，所述打印底盘1的上端覆盖有下侧敞口设置的打印仓体2；且打印仓体2的顶壁上设有用于烧结金属粉末喷出打印的金属3D打印头4，金属3D打印头4的下方设有用于打印件成型的打印台3，且打印台3一体成型在打印底盘1的上端中部；
所述打印仓体2的内顶壁上设有用于打印件表面杂质识别检测的扫描单元；
所述打印底盘1的上端边缘设有用于打印件表面杂质去除的杂质清理单元。
本实施例中，如图1和2所示，所述扫描单元包括高清摄像机7和用于调节高清摄像机7拍摄角度的电动支架，电动支架固定安装在上轨道车6的下端面，且上轨道车6设置在上环形轨道5上，上轨道车6上设有用于驱动上轨道车6的第一动力单元和第一位置传感器，上环形轨道5固定安装在打印仓体2的内顶壁边缘，高清摄像机7对每一层粉末烧结后对烧结的表面进行全面扫描，检测打印完成的表面是否落有杂质颗粒并能够识别杂质颗粒的体积，高清摄像机7通过上轨道车6在上环形轨道5上的循环行走，而对打印件的表面进行全面扫描。
本实施例中，如图1和2所示，所述杂质清理单元包括固定安装在打印底盘1的上端边缘的下环形轨道11，且下环形轨道11上设有下轨道车10，下轨道车10上设有用于驱动下轨道车10的第二动力单元和第二位置传感器，下轨道车10的上端面安装有机械臂8，且机械臂8的末端安装有微型打磨机9，在扫描单元检测到打印件上杂质体积大于程序中设定的阈值时，金属3D打印头4停止工作，并通过第一位置传感器给予PLC控制器信息反馈，判断出产生杂质的坐标点，PLC控制器输出信号通过第二位置传感器控制下轨道车10到达杂质对应位置，机械臂8在PLC控制器和前馈控制器的控制下，仿真控制将微型打磨机9送至杂质位置进行打磨清理。
本实施例中，如图1所示，所述上环形轨道5的圆心位于打印仓体2的内顶壁中部，保证了对打印件逐层铺粉打印的全面扫描。
本实施例中，如图2所示，所述机械臂8为六自由度仿生机械臂，且内置有利用增加零点来消除系统主导极点和系统不稳定的前馈控制器，保证对产生的杂质进行定点打磨。
本实施例中，还包括有用于控制金属3D打印头4、扫描单元和杂质清理单元的杂质清理系统，杂质清理系统由PLC控制器和电气控制线组成，通过PLC控制器控制控制金属3D打印头4、扫描单元和杂质清理单元的协调运行，进而对金属3D打印过程中每一层烧结表面进行检测，一旦发现超出阈值的杂质，及时清理杂质，从而保证打印过程不会因为杂质的产生而导致打印件加工失败。
本实施例中，如图1所示，所述打印仓体2的侧壁上安装有多个排屑单元12，且排屑单元12包括贯通安装在打印仓体2侧壁上的排屑风盘和安装在排屑风盘内的排屑风机，一方面有效的带走打印时飞溅的杂质，另一方面可以去除打磨清理是产生的杂质碎屑，保证打印件的清洁。
实施例2
本发明还提供一种基于上述金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置的工艺，包括以下步骤：
S1、初始化装置，并设置扫描打印件上杂质体积的阈值，随后开启设备进行打印；
S2、金属3D打印头4按照程序设定的工件形状进行逐层喷出烧结粉末进行铺粉打印，同时扫描单元通过上轨道车6在上环形轨道5上的行走对打印件的表面进行全面扫描；
具体的，金属3D打印头4按照程序设定的工件形状进行逐层喷出烧结粉末进行铺粉打印，高清摄像机7循环往复的沿着环形轨道5行走并对对每一层粉末烧结后对烧结的表面进行全面扫描，检测打印完成的表面是否落有杂质颗粒并识别杂质颗粒的体积，配合软件对检测到的杂质进行识别，杂质体积超过软件中设定的阈值，
S3、在扫描单元检测到打印件上杂质体积大于程序中设定的阈值时，金属3D打印头4停止工作，并通过第一位置传感器给予PLC控制器信息反馈，判断出产生杂质的坐标点，PLC控制器输出信号通过第二位置传感器控制下轨道车10到达杂质对应位置；
S4、机械臂8在PLC控制器和前馈控制器的控制下，仿真控制将微型打磨机9送至杂质位置进行打磨清理，清理后，机械臂8调节收回杂质清理单元，扫描单元再次扫描；
S41、杂质体积仍大于程序中设定的阈值时，机械臂8再次调节后将杂质清理单元送至到达杂质位置进行打磨；
S42、杂质体积仍小于程序中设定的阈值时，金属3D打印头4重新按照程序设定的工件形状进行逐层喷出烧结粉末进行铺粉打印；
S5、金属3D打印头4继续启动，扫描单元持续扫描，重复上述步骤S2-S4，直至打印件成型。
其他未描述结构参照实施例1。
根据本发明上述实施例的金属3D打印的逐层选择性杂质清理装置及工艺，当打印任务开始后，每烧结一层，扫描单元会对烧结的面进行扫描检测，当检测到的杂质体积大于设定值时，杂质清理单元会启动，定点对产生的杂质进行打磨去除，再次检测合格后，才进行下一层的铺粉打印工作，此工艺从源头解决金属3D打印过程中由于产生杂质而导致加工失败的工艺问题，保证了金属3D打印件的加工成型。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
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