[0001] 本发明涉及 3D打印设备的技术领域， 尤其涉及电子束熔融及切削复合 3D打印 设备。

背景技术

[0002] 金属熔融 3D打印技术 （Selective Laser Melting, SLM) 是利用高亮度激光直接 熔化金属粉末材料， 无需粘结剂， 由 3D模型直接成型出与铸件性能相当的任意 复杂结构零件。

[0003] 金属熔融 3D打印技术虽然可以成型出达到铸造强度级别� ��零件， 但是成型出的 零件的形状误差大、 表面光洁度不高， 这样， 成型后的零件则需要采用传统的 机械加工方式对此进行二次加工， 才能得到航空制造工业所要求的形状及表面 精度。

[0004] 现有技术中， 采用电子束熔融及切削复合 3D打印技术， 将金属熔融以及切削加 工复合在一起， 电子束熔融及切削复合 3D打印技术利用大功率电子束枪在真空 腔内直接熔融金属粉末材料， 无需粘结剂， 由 3D模型直接成型出与锻件性能相 当的任意复杂结构零件， 并且， 同吋边打印边切削， 使最终成型出的零件面形 精度可以直接满足使用要求。

[0005] 但是， 由于电子束枪必须在真空环境下使用， 且成型过程中产生高温， 这样， 则对真空环境中的切削方式造成较大的限制， 首先， 电子束枪熔融金属粉末吋 产生的高温会对真空腔体内的其他部件产生热 影响； 其次， 由于真空腔体内的 温度变化， 会对切削过程中的结构零件产生应力变形。

技术问题

[0006] 本发明的目的在于提供电子束熔融及切削复合 3D打印设备， 旨在解决现有技术 中， 电子束枪在熔融金属粉末吋， 在真空腔体内产生高温， 对真空腔体其它部 件造成热影响以及对切削加工的结构零件产生 应力变形的问题。

问题的解决方案 技术解决方案

[0007] 本发明是这样实现的， 电子束熔融及切削复合 3D打印设备， 包括箱体以及电子 束枪， 所述箱体内具有呈真空状态的腔体， 所述腔体内设有切削结构、 第一 Y向 导轨以及活动连接于所述第一 Y向导轨且沿着第一 Y向导轨移动的 Y向移动台， 所述电子束枪设于所述箱体外， 其具有用于射出电子束的出射头， 所述出射头 形成在所述腔体内； 所述 Y向移动台上设有相对于所述 Y向移动台上下移动的 z 向移动台， 所述 z向移动台上设有用于在所述 Z向移动台上铺设金属粉末的铺粉 结构； 所述切屑结构位于所述电子束枪的出射头的侧 边， 其具有用于对金属粉 末熔融形成的结构零件进行切削加工的切削头 ； 所述出射头与所述 z向移动台之 间设有屏蔽罩， 所述屏蔽罩呈上小下大状， 所述屏蔽罩的内部具有贯穿所述屏 蔽罩上下端的通腔， 所述电子束枪的出射头插设在所述屏蔽罩的上 端幵口， 所 述屏蔽罩的下端幵口与所述 Z向移动台对齐布置。

[0008] 进一步地， 所述 Y向移动台的周边设有朝上延伸布置的环形壁� � 所述环形壁的 上端形成有幵口区域， 所述环形壁的幵口区域与所述屏蔽罩的下端幵 口对齐布 置。

[0009] 进一步地， 所述屏蔽罩的下端抵接在环形壁的上端。

[0010] 进一步地， 所述 Y向移动台设有驱动元件以及由所述驱动元件� �动上下移动的

Z向杆， 所述 Z向杆与所述 Z向移动台连接。

[0011] 进一步地， 所述 Y向移动台上设有多个 Z向定位杆， 所述 Z向定位杆活动穿设在

Z向移动台中。

[0012] 进一步地， 多个所述 Z向定位杆环绕所述 Z向杆的外周布置。

[0013] 进一步地， 所述 Z向移动台上设有两个所述铺粉结构， 该两个铺粉结构相间隔 平行布置。

[0014] 进一步地， 所述铺粉结构包括设置在所述 Z向移动台上方且在所述 Z向移动台上 水平移动的粉仓， 所述粉仓的下端设有供金属粉末漏出的漏粉孔 条。

[0015] 进一步地， 所述切削结构包括所述切削头以及用于驱动所 述切削头在空间移动 的三轴移动结构。

[0016] 进一步地， 所述三轴移动结构包括 Y向移动杆、 X向移动块以及 Z向移动头， 所 述腔体内设有第二 Y向导轨， 所述第二 Υ向导轨与所述第一 Υ向导轨平行， 且位 于所述第一 Υ向导轨的上方； 所述 Υ向移动杆活动连接于所述第二 Υ向导轨， 所 述 γ向移动杆上设有沿所述 X向延伸布置的 X向导轨， 所述 X向移动块活动连接于 所述 X向导轨， 所述 X向移动块设有朝 ζ向延伸布置的 Ζ向导轨， 所述 Ζ向移动头 活动连接于所述 Ζ向导轨， 所述切削头连接于所述 Ζ向移动头。

发明的有益效果

有益效果

[0017] 与现有技术相比， 本发明提供的电子束熔融及切削复合 3D打印设备， 利用铺粉 结构在 ζ向移动台上铺设金属粉末， 形成金属粉末层， 利用电子束枪的出射头射 出电子束， 对 ζ向移动台上的金属粉末层进行熔融加工， 以形成结构零件， 并且 ， 随着 Υ向移动台的移动， 将 Ζ向移动台移动至切削结构的下方， 利用切削结构 的切削头在空间的移动， 对 ζ向移动台上结构零件进行切削加工， 以使得加工的 结构零件的表面精度等性能满足使用要求； 由于在电子束枪的出射头与 Ζ向移动 台之间形成有屏蔽， 这样， 当电子束枪在发射电子束进行熔融加工吋， 其产生 的高温热量被限制在屏蔽罩内， 减少对腔体内其他部件的热影响， 并且， 在利 用切削头进行切削加工吋， 保证切削加工的区域内温度恒定， 减少成型过程中 ， 温度变化对结构零件产生的应力变形。

对附图的简要说明

附图说明

[0018] 图 1是本发明实施例提供的电子束熔融及切削复� � 3D打印设备的立体示意图； [0019] 图 2是本发明实施例提供的电子束熔融及切削复� � 3D打印设备的部分立体示意 图；

[0020] 图 3是本发明实施例提供的电子束熔融及切削复� � 3D打印设备的部分立体示意 图；

[0021] 图 4是本发明实施例提供的切削结构的立体示意� �；

本发明的实施方式 [0022] 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例 ， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明， 并不用于限定本发明。

[0023] 以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细 的描述。

[0024] 参照图 1至图 4所示， 为本发明提供的较佳实施例。

[0025] 本实施例提供的电子束熔融及切削复合 3D打印设备包括箱体 101、 电子束枪 103 、 切削结构、 第一 Y向导轨 106以及 Y向移动台 116， 其中， 箱体 101内具有呈真空 状态的腔体， 此处的真空状态指的是腔体的环境为， 并非呈绝对真空状态； 电 子束枪 103形成在箱体 101外， 且电子束枪 103具有用于射出电子束的出射头， 该 出射头形成在箱体 101的腔体内， 且位于第一 Y向导轨 106的上方， 这样， 保证电 子束枪 103出射头射出的电子束可以形成在腔体内； 第一 Y向导轨 106形成在腔体 内， 其呈横向布置； Y向移动台 116活动连接在 Y向导轨上， 且可以沿着第一 Y向 导轨 106横向移动； Y向移动台 116上设有 Z向移动台 107， 该 Z向移动台 107形成在 Y向移动台 116上， 且可以相对于 Y向移动台 116， 在纵向上下移动； 切削结构位 于第一 Y向导轨 106的上方， 且位于， 且位于电子束枪 103的出射头的侧边； 切削 结构包括有在空间移动的切削头 114。

[0026] 在箱体 101的腔体内， 还设有用于将金属粉末铺设在 Z向移动台 107上的铺粉结 构， 这样， 当铺粉结构逐次在 Z向移动台 107上铺上金属粉末， 电子束枪 103的出 射头则逐次射出电子束， 对 Z向移动台 107上的金属粉末进行熔融加工。

[0027] 电子束熔融及切削复合 3D打印设备的基本运行过程如下：

[0028] 1) 、 往铺粉结构中装入金属粉末；

[0029] 2) 、 抽真空， 使得箱体 101的腔体内的压力大大要求的真空度；

[0030] 3) 、 利用铺粉结构在 Z向移动台 107上进行铺粉， 金属粉末在 Z向移动台 107上 形成金属粉末层；

[0031] 4) 、 利用电子束枪 103发出电子束， 对 Z向移动台 107上的金属粉末进行熔融加 工；

[0032] 5) 、 利用 Y向移动台 116的移动， 使得 Z向移动台 107移动至切削结构的下方;

[0033] 6) 、 利用切削头 114对纵向台上形成的结构零件进行切削加工； [0034] 7) 、 Y向移动台 116移动回电子束枪 103出射头的下方， 并且， Ζ向移动台 107 上已经切削加工好的结构零件也随着移动；

[0035] 8) 、 重复步骤 4) 至 7) ， 直到整个结构零件打印并加工完成；

[0036] 9) 、 将加工好的结构零件从箱体 101的腔体内取出。

[0037] 当电子束枪 103发出电子束对 Ζ向移动台 107上的金属粉末进行熔融加工吋， 会 产生高温， 为了避免该产生的高温对周围环境造成影响， 本实施例中， 电子束 熔融及切削复合 3D打印设备还包括屏蔽罩 102， 该屏蔽罩 102呈上下下大状， 且 内具有贯穿屏蔽罩 102上下端的通腔， 在屏蔽罩 102的上端形成上端幵口， 在屏 蔽罩 102的下端形成下端幵口； 屏蔽罩 102形成在电子束的出射头与 Ζ向移动台 10 7之间， 电子束的出射头插设在屏蔽罩 102的上端幵口中， 屏蔽罩 102的下端幵口 与 Ζ向移动台 107正对布置。

[0038] 上述提供的电子束熔融及切削复合 3D打印设备中， 利用铺粉结构在 Ζ向移动台 107上铺设金属粉末， 形成金属粉末层， 利用电子束枪 103的出射头射出电子束 ， 对 Ζ向移动台 107上的金属粉末层进行熔融加工， 以形成结构零件， 并且， 随 着 Υ向移动台 116的移动， 将 Ζ向移动台 107移动至切削结构的下方， 利用切削结 构的切削头 114在空间的移动， 对 Ζ向移动台 107上结构零件进行切削加工， 以使 得加工的结构零件的表面精度等性能满足使用 要求。

[0039] 由于在电子束枪 103的出射头与 Ζ向移动台 107之间形成有屏蔽罩 102， 这样， 当 电子束枪 103在发射电子束进行熔融加工吋， 其产生的高温热量被限制在屏蔽罩 102内， 减少对腔体内其他部件的热影响， 并且， 在利用切削头 114进行切削加 工吋， 保证切削加工的区域内温度恒定， 减少成型过程中， 温度变化对结构零 件产生的应力变形。

[0040] 当电子束枪 103发射电子束对金属粉末进行熔融加工吋， 为了进一步限制产生 的高温热量外泄， 本实施例中， Υ向移动台 116的周边设有朝上延伸布置的环形 壁 104， 该环形壁 104环绕 Υ向移动台 116的周边布置， 环形壁 104的上端形成有幵 口区域， 环形壁 104的上端与屏蔽罩 102的下端对齐布置， 且环形壁 104的幵口区 域与屏蔽罩 102的上端幵口对齐布置， 这样， 在环形壁 104的限制下， 环形壁 104 与屏蔽罩 102整体形成完整的包围区域， 可以大大减少包围区域内产生的高温热 量朝外泻出。

[0041] 具体地， 环形壁 104的上端与屏蔽罩 102的下端抵接， 这样， 则形成完全封闭的 包围区域， 或者， 两者之间也可以存在较小的间隙， 以保证 Y向移动台 116在移 动吋， 环形壁 104不会与屏蔽罩 102造成干涉。

[0042] 本实施例中， Y向移动台 116上连接有驱动元件 115， 该驱动元件 115上连接有 Z 向杆 109， 该 Z向杆 109与 Z向移动台 107连接， 这样， 驱动元件 115用于驱动 Z向杆 109上下移动， 进而 Z向杆 109可以带动 Z向移动台 107上下移动。

[0043] 当铺粉结构在 Z向移动台 107上铺设一层金属粉末后， 电子束枪 103对该金属粉 末进行熔融加工， 切削头 114对熔融后的结构零件进行切削加工后， Y向移动台 1 16移动复位， 并且 Z向移动台 107在驱动元件 115以及 Z向杆 109的驱动， 朝下移动 ， 以使得铺粉结构可以重新在加工好的结构零件 上方铺设金属粉末。 也就是说 ， 随着加工的不断进行， Z向移动台 107是逐步朝下移动的。

[0044] 也就是说， 每打印一层后， Z向移动台 107下降一定高度， 由于成型零件固定在 Z向移动台 107上， 全部成型完成后才能取下， 因此， Y向移动台 116必须带动 Z向 移动台 107—起运动。

[0045] 本实施例中， 驱动元件 115是气缸， 随着气缸的驱动， Z向杆 109则上下移动； 或者， 作为其它实施例， 用于驱动 Z向移动台 107上下移动的结构还可以是其他 多种驱动结构。

[0046] 具体地， Y向移动台 116上设有多个 Z向定位杆 108， 该多个 Z向定位杆 108相间 隔布置， 且活动穿设在 Z向移动台 107中， 这样， 随着 Z向移动台 107的上下移动 ， 该 Z向定位杆 108可以对 Z向移动台 107进行纵向移动定位。

[0047] 多个 Z向定位杆 108环绕在 Z向杆 109的外周布置， 或者， 多个 Z向定位杆 108也 可以呈其它形状布置。

[0048] 铺粉结构包括设置在 Z向移动台 107上方且可以移动的粉仓， 粉仓沿着与 Z向移 动台 107平行的方向移动， 也就是在 Z向移动台 107上水平移动， 且粉仓的下端设 有漏粉孔条， 这样， 随着粉仓的移动， 粉仓内的金属粉末则从漏粉孔条处落下 来， 进而在 Z向移动台 107上形成金属粉末层。

[0049] 为了可以更加高效的进行铺粉， 本实施例中， 在 Z向移动台 107上方设有两个上 述的铺粉结构， 该两个铺粉结构相间隔且平行布置， 两者之间相间隔作业操作

[0050] 或者， 作为其它实施例， 铺粉结构还可以是其它的结构， 如利用刮刀的移动， 在 Z向移动台 107上铺设金属粉末等， 并不仅限制于本实施例中的结构形式。

[0051] 本实施例中， 切削结构包括三轴移动结构以及切削头 114， 其中， 三轴移动结 构包括 Y向移动杆 111、 X向移动块 112以及 Z向移动头 113， 其中， 在箱体 101的 腔体设有第二 γ向导轨， 该第二 Y向导轨位于第一 Y向导轨 106的上方， Y向移动 杆 111活动连接在 Y向导轨上， 且可以沿着第二 Y向导轨移动， Y向移动杆 111呈 X 向延伸布置， 其上形成有沿 X向延伸布置的 X向导轨， X向移动块 112连接在 X向 导轨上， 且可以沿着 X向导轨移动， X向移动块 112上设有 Z向导轨， 上述的 Z向 移动头 113连接在 Z向导轨上， 且可以沿着 Z向移动， 上述的切削头 114则连接在 Z 向移动头 113上， 这样， 通过 Y向移动杆 111、 X向移动块 112以及 Z向移动头 113 的移动， 则可以实现切削头 114在空间的移动。

[0052] 由于在真空环境下使用， 因此， 导轨内部润滑要使用真空环境用润滑油脂， 以 防止普通润滑脂在真空环境下挥发。

[0053] 本实施例中， 电子束枪 103包括电子束发生器以及线圈， 线圈形成的出射头中 ， 电子束发出的电子束， 通过线圈的磁场控制， 电子束偏转在平面上做 XY运动

[0054] 本实施例中 X向、 Y向以及 Z向， 如图中的 XYZ坐标所示的方向， 当然， 根据实 际运用中， 电子束熔融及切削复合 3D打印设备的放置方位不同， 对应的坐标也 会进行变换， 并不仅限制于本实施例中的坐标形式。

[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。