[发明专利]一种高真空多功能金属3D打印设备

说明书

本发明公开了一种高真空多功能金属3D打印设备，包括真空腔室，位于所述真空腔室顶部的振镜，与所述振镜相连的激光器，所述真空腔室的内部设有铺粉辊，所述真空腔室的底部设有工作台，所述工作台的底部设有工作缸和升降平台；密封单元，其设于所述工作台与所述升降平台之间，用于实现所述工作缸和升降平台的密封；落粉单元，包括落粉斗和粉桶；加热冷却集成单元，其设于所属工作台之上，用于对所述金属粉末或3D打印件进行加热或冷却。本发明的设备，可实现10^‑3Pa及更高的真空度，实现选择性激光熔化、激光近净成形或激光熔覆修复多功能集成，将基板的加热—冷却功能集成一体，可实现粉末预热及成形件快冷，较大程度降低生产成本。

技术领域

本发明属于金属3D打印机制造领域，具体涉及一种高真空多功能金属3D打印设备。

背景技术

高能束3D打印(又称增材制造)是快速成型技术的一种。该技术以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过连续的物理层叠加，将复杂的三维加工转变为简单的二维加工，大大降低了复杂零件的成形难度，从而有望解决传统加工技术无法完成的复杂结构件的成形制造难题。近年来，3D打印技术逐渐应用于实际产品的制造，其中，金属材料的3D打印技术发展尤其迅速。在国防领域，欧美发达国家非常重视3D打印技术的发展，不惜投入巨资加以研究，而3D打印金属零部件一直是研究和应用的重点。随着激光的高输出化和控制、调整技术的发展，新的3D打印机种相继出现。据统计，金属用3D打印机的设备和材料在世界上已达3亿美元。尽管与先进的树脂用打印机相比，仅有1/10左右，但预计2020年将达到12亿～21亿美元。金属3D打印机已展现出十分广阔的应用前景，在汽车制造、模具、航空航天、武器装备、医疗、船舶、能源等领域具有强劲的发展势头。

尽管金属用3D打印机备受期待，且呈现出爆发式增长态势，但仍存在较多的技术性问题。

(1)市售设备在进行金属粉末的激光3D打印时，通常需要持续通入惰性保护气体以防止金属粉末在激光作用下氧化，但惰性气体长期消耗无疑会大幅增加制造成本。低真空度，高含氧量在对氧化性敏感金属材料3D打印时，易于形成氧化物，从而降低3D打印件的力学性能。

(2)设备功能单一，如一台3D打印设备往往只能实现选择性激光熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)或激光熔覆修复，若能将上述功能集成一体，共享一台激光器、振镜、机械装置等资源，则会较大程度降低生产成本。

(3)基板加热有助于降低温度梯度和热应力，避免成形件变形与开裂；基板冷却则有助于调整成形件微观组织结构。但目前设备大多采用基板加热对粉体进行预热，无冷却功能，且基板/工作台采用隔热板绝热。若能将基板加热—冷却功能集成一体，则将会提升3D打印设备功能，适应更大范围金属材料的3D打印。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高真空、多功能的金属3D打印设备。该设备可以满足打印腔室的高真空度要求，避免惰性气体的持续消耗；集选择性激光熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)与激光熔覆修复功能于一体，且将基板的加热—冷却功能集成一体。

为实现上述目的，本发明提供一种高真空多功能金属3D打印设备，用于几何结构复杂金属零部件及装置的增材制造，其包括真空腔室，位于所述真空腔室顶部的振镜，与所述振镜相连的激光器，所述真空腔室的内部设有铺粉辊，所述真空腔室的底部设有工作台，所述工作台的底部设有工作缸和升降平台，该设备还包括：

密封单元，其设于所述工作台与所述升降平台之间，包括连接杆和密封螺纹管，所述连接杆用于连接所述工作台与升降平台，使其在所述工作缸中作升降运动，所述密封螺纹管与工作缸和升降平台连接，用于实现所述工作缸和升降平台的密封；

落粉单元，包括落粉斗和粉桶，所述落粉斗设于所述工作台上方，通过粉管与所述粉桶连接，用于持续提供金属粉末，所述粉桶设于所述真空腔室的外部，用于缩小真空腔室尺寸，提高真空度并缩短抽真空时间；