CN107457405A - 一种激光选区熔化成形设备基板自动调平系统及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成形设备成形平台自动调平系统及调平方法。是采用全自动化控制模块化设计思路，对制造装备平台调平系统进行重新搭建，实现3D打印的基板调平准备工作便捷化，去手工化，自动化，提高生产效率，保证产品质量。适用于工业级3D打印平台调平工作，尤其在金属选区熔化成形技术方面，面向未来自动化生产线模式，在未来装备制造领域中自动化调平系统及方法具有极高的工业生产价值。

Description

一种激光选区熔化成形设备基板自动调平系统及调平方法

技术领域

本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种激光选区熔化成形设备成形平台自动调平系统及调平方法。

背景技术

3D打印技术是一种基于离散-堆积原理，综合计算机图形处理、数字化信息和控制、机电控制技术和材料技术，采用材料逐层累加的方法实现零件快速自由成形制造的技术。3D打印技术能够很大程度上降低产品制造的复杂程度，扩大了生产制造的范围，缩短生产制造的时间，提高效率，减少产品制造的流程，然而目前3D打印准备工作仍停留在手工作业，极大地影响了3D打印的效率，并且无法保证产品质量。针对桌面级3D打印设备基板自动调平装置及方法层出不穷，千秋各异，而真正的工业级应用的金属增材制造设备仍面临种种问题。

激光选区熔化成形产品是基于基材逐层叠加的，首层成形质量对整个产品的成形及其关键，因此设备每次工作前都要进行成形基板调平，并严格保证基板表面与刮刀之间距离。如果平台基板不水平，导致首层金属粉末铺的薄厚不均，严重影响首层成形质量；如果平台基板已调水平，平台与刮刀的间距过大，导致首层粉末铺的过厚，容易出现未熔透，无法生长在基板上。因此金属成形设备基板调平操作直接影响到整个3D打印成品质量。

现有工业级金属3D打印机基板调平技术主要停留在手工作业，基板下方安装电机，通过千分表来测量，调节电机升降，保证基板水平，然后通过塞尺保证基板与刮刀之间的距离。该方法操作繁琐，非常费时，因此需要进一步加以改进。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于克服现有金属打印设备技术的缺点和不足，提供一种激光选区熔化成形设备基板自动调平系统及方法，提高现有金属打印机基板调平自动化程度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种激光选区熔化成形设备成形平台自动调平系统，该调平系统包括计算机控制系统、激光测距系统、用于平台微调节升降电机系统、用于成形平台整体升降电机系统以及刮刀铺粉系统。所诉激光测距系统位于成形平台上方，固定于设备顶部，分布在三个不同位置，其中两个位于左侧拐角处，另外一个位于右侧中间处；所述微调节升降电机系统固定于成形平台下方，其中一个位于左侧拐角处，另外一个位于右侧中间位置处。平台整体升降电机系统位于成形平台中间下方。

本发明还提供了一种系统自动调平的方法，主要包括以下步骤：

1)设定目标调平误差ε，成形层厚为ΔZ，其中满足ε<ΔZ；

2)采用激光测距仪测量距离基板表面位置距离，一次记为h1、h2、h3,并计算平均距离h＝(h1+h2)/2；

3)判断Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2是否满足；

4)若不满足，则启动为左微侧调节升降电机系统，执行平台调节动作，调节完成后重新测量激光测距仪距离基板距离，记为hh1、hh2，带入h1＝hh1，h2＝hh2，返回步骤3)；若Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2满足，执行下一步；

5)判断|h-h3|<ε/2是否满足；

6)若不满足，则启动为右侧微调节升降电机系统，执行平台调节动作，调节完成后重新测量激光测距仪距离基板距离，记为hh3，带入h3＝hh3，返回步骤5)；若|h-h3|<ε/2满足，执行下一步；

7)启动铺粉系统，在成形基板上铺上一层金属粉末；

8)采用激光测距仪测目标点距离为h0h1、h0h2、h0h3；

9)计算平均值h0＝(h0h1+h0h2+h0h3)/3；

10)启动成形平台升降电机，执行上升调节动作，上升位移为Δh＝h-h0-ΔZ；

11)自动调平及首层铺粉动作完成。

有益效果

本发明是采用全自动化控制模块化设计思路，对制造装备平台调平系统进行重新搭建，实现3D打印的基板调平准备工作便捷化，去手工化，自动化，提高生产效率，保证产品质量。该种方法适用于工业级3D打印平台调平工作，尤其在金属选区熔化成形技术方面，面向未来自动化生产线模式，在未来装备制造领域中自动化调平系统及方法具有极高的工业生产价值。

(1)本发明提供了一套3D打印成形平台自动化调平系统及调平方法。

(2)本发明提供的3D打印成形平台自动化调平系统及调平方法实现成形平台调平准备工作便捷化、自动化、提高效率、保证产品质量。

(3)本发明提供的3D打印成形平台自动化调平系统及调平方法尤其适用于面向未来增材制造智能工厂自动化生产线模式，具有极高的工业生产价值。

附图说明

本发明共有2幅附图

图1成形平台自动调平系统

图2成形平台自动调平方法

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种激光选区熔化成形设备成形平台自动调平系统，包括计算机控制系统1，第一激光测距仪2、第二激光测距仪3、第三激光测距仪4，成形舱上方固定板5，成形平台7，用于调节成形平台7的第一微调节升降电机8、第二微调节升降电机9，用于控制成形平台7运动的升降电机10以及刮刀铺粉系统6，所述的第一激光测距仪2、第二激光测距仪3、第三激光测距仪4位于成形舱上方固定板5上，分布在三个不同位置，其中第一激光测距仪2、第二激光测距仪3位于成形舱上方固定板5左侧两处拐角位置，第三激光测距仪4位于成形舱上方固定板5右侧中间处；所述的第一微调节升降电机8、第二位调节升降电机9固定于成形平台7下方，其中第一微调节升降电机8位于成形平台7左侧拐角位置，第二微调节升降电机9位于成形平台7右侧中间位置，刮刀铺粉系统6位于成形平台7上方，平台整体升降电机10位于成形平台7中间下方。

本发明还提供了一种系统自动调平的方法，所述自动调平系统及方法具体操作如下：见图2

1)设定目标调平误差ε，工作状态下选择的成形层厚参数为ΔZ，其中满足ε<ΔZ；

2)采用第一激光测距仪2、第二激光测距仪3、第三激光测距仪4测量距离基板表面位置距离，一次记为h1、h2、h3,并计算平均距离h＝(h1+h2)/2；

3)判断Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2是否满足；

4)若不满足，则启动第一微调节升降电机8，执行平台调节动作，调节完成后重新测量第一激光测距仪2、第二激光测距仪3距离基板距离，记为hh1、hh2，带入h1＝hh1，h2＝hh2，返回步骤3)；若Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2满足，执行下一步；

5)判断|h-h3|<ε/2是否满足；

6)若不满足，则启动第二微调节升降电机9，执行平台调节动作，调节完成后重新测量第三激光测距仪4距离基板距离，记为hh3，带入h3＝hh3，返回步骤5)；若|h-h3|<ε/2满足，执行下一步；

7)启动刮刀铺粉系统6，在成形平台7上铺上一层金属粉末；

8)采用第一激光测距仪2、第二激光测距仪3、第三激光测距仪4测目标点距离为h0h1、h0h2、h0h3；

9)计算平均值h0＝(h0h1+h0h2+h0h3)/3；

10)启动平台整体升降电机10，执行上升调节动作，上升位移为Δh＝h-h0-ΔZ；

11)自动调平及首层铺粉动作完成。

Claims (2)

1.一种激光选区熔化成形设备成形平台自动调平系统，包括计算机控制系统(1)，第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)、第三激光测距仪(4)，成形舱上方固定板(5)，成形平台(7)，用于调节成形平台(7)的第一微调节升降电机(8)、第二微调节升降电机(9)，用于控制成形平台(7)运动的升降电机(10)以及刮刀铺粉系统(6)，其特征在于，所述的第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)、第三激光测距仪(4)位于成形舱上方固定板(5)上，分布在三个不同位置，其中第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)位于成形舱上方固定板(5)左侧两处拐角位置，第三激光测距仪(4)位于成形舱上方固定板(5)右侧中间处；所述的第一微调节升降电机(8)、第二位调节升降电机(9)固定于成形平台(7)下方，其中第一微调节升降电机(8)位于成形平台(7)左侧拐角位置，第二微调节升降电机(9)位于成形平台(7)右侧中间位置，刮刀铺粉系统(6)位于成形平台(7)上方，平台整体升降电机(10)位于成形平台(7)中间下方。

2.一种采用权利要求1所述的自动调平系统进行自动调平的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设定目标调平误差ε，工作状态下选择的成形层厚参数为ΔZ，其中满足ε<ΔZ；

2)采用第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)、第三激光测距仪(4)测量距离基板表面位置距离，一次记为h1、h2、h3，并计算平均距离h＝(h1+h2)/2；

3)判断Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2是否满足；

4)若不满足，则启动第一微调节升降电机(8)，执行平台调节动作，调节完成后，重新测量第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)距离基板距离，记为hh1、hh2，带入h1＝hh1，h2＝hh2，返回步骤3)；若Max{|h-h1|、|h-h2|}<ε/2满足，执行下一步；

5)判断|h-h3|<ε/2是否满足；

6)若不满足，则启动第二微调节升降电机(9)，执行平台调节动作，调节完成后重新测量第三激光测距仪(4)距离基板距离，记为hh3，带入h3＝hh3，返回步骤5)；若|h-h3|<ε/2满足，执行下一步；

7)启动刮刀铺粉系统(6)，在成形平台(7)上铺上一层金属粉末；

8)采用第一激光测距仪(2)、第二激光测距仪(3)、第三激光测距仪(4)测目标点距离为h0h1、h0h2、h0h3；

9)计算平均值h0＝(h0h1+h0h2+h0h3)/3；

10)启动平台整体升降电机(10)，执行上升调节动作，上升位移为Δh＝h-h0-ΔZ；

11)自动调平及首层铺粉动作完成。