一种密封结构及3D打印机的制作方法

一种密封结构及3d打印机
技术领域
[0001]
本申请涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种密封结构及3d打印机。


背景技术：

[0002]
目前市场上的主流3d打印设备主要有激光选区熔化设备(slm)、熔融沉积制造(fdm)、光敏树脂打印设备(sla)等，尤其许多大型3d打印公司着手研发激光选区熔化设备，该设备打印的零件大小适中，零件被广泛用于航空航天、医学等重要领域。
[0003]
其工作原理是通过软件和控制系统，实现激光扫描振镜与工件的相对运动。振镜扫描xy 方向，基板做z轴运动。在激光束扫描前，刮刀先把材料粉末平推到基板上，激光束根据一定的扫描路径熔化基板上的粉末，加工出当前层，然后基板下降一个层厚的距离，重复刮刀推粉动作。
[0004]
该设备打印材料可以是非金属尼龙等高分子材料，金属钛合金、铝合金、铜合金、不锈钢等材料，但他们都需要有一个保护气氛环境，用来保护激光烧结位置不氧化、同时也能防止爆燃，特别是易燃粉末。
[0005]
为了有这样的保护环境，设备工作区以及z轴的结构都需要密封，密封空间较大，中等设备(打印体积约250*250*300mm)的洗气(用保护气将内部空气置换出来)时间一般为 20-40min不等。整体密封结构通常以打印基准台面分界，上部分的密封贴合面可以设计成一个规则的平面，装配较容易及密封效果较好。而下部分，有承重的框架结构及安装z轴的支架等结构相对复杂，为了获得更小的密封体积，密封的结构就会相对复杂，密封板数量比较多。通常的做法是利用薄板把框架的底面、左面、右面与框架焊接起来，前后面做成装配式或开门的结构，用来维修调试。下部分的这种结构带来的缺点，第一是框架焊接处较多，容易造成焊接变形，需要二次加工，多次热处理等。第二是装配面或开门的结构较大，门板较厚较重且对密封圈要求高，其压缩量不易控制及安装难度较大等。总之，拼接的位置多，装配难度系数高，也是工作中易漏气的位置。


技术实现要素：

[0006]
本申请的实施例提供了一种密封结构，该密封结构应用于3d打印机，解决3d打印机的密封腔体密封困难和易造成气体浪费的问题。
[0007]
第一方面，本申请提供一种密封结构，密封结构应用于3d打印机，所述3d打印机包括上部腔室，包括：工作台，其上壁面至少部分构成所述上部腔室的底壁，且其中部具有缺口；活塞结构，可升降的设置于对应所述缺口位置；柔性密封罩，其上端与所述工作台的底部密封连接，其下端与所述活塞结构的外周壁密封连接，与所述活塞结构和所述上部腔室的内壁面合围形成密封腔室。
[0008]
在另一个可能的实现中，所述柔性密封罩包括伸缩套、设置于所述伸缩套上端的第一密封环和设置于所述伸缩套下端的第二密封环，所述第一密封环与所述工作台的底部密封连接，所述第二密封环与所述活塞结构的外周壁密封连接，所述活塞结构运动带动所
述伸缩套伸长/ 缩短。
[0009]
在另一个可能的实现中，所述工作台的侧周壁底部设置沿其周向延伸的第一环状凸起结构，所述第一密封环与所述第一环状凸起结构密封连接，所述活塞结构的侧周壁底部设置沿其周向延伸的第二环状凸起结构，所述第二密封环与所述第二环状凸起结构密封连接。
[0010]
在另一个可能的实现中，还包括第一卡箍、第二卡箍、第一金属垫片、第二金属垫片；
[0011]
所述第一金属垫片和第一环状凸起结构将第一密封环压接，所述第一卡箍固定所述第一金属垫片、第一密封环和第一环状凸起结构；
[0012]
所述第二金属垫片和第二环状凸起结构将第二密封环压接，所述第二卡箍固定所述第二金属垫片、第二密封环和第二环状凸起结构。
[0013]
在另一个可能的实现中，所述活塞结构包括基板、加热板、隔热板和冷却板；
[0014]
所述基板的底壁与所述加热板的顶壁贴合，所述加热板的底壁与所述隔热板的顶壁贴合，所述隔热板的底壁与所述冷却板的顶壁贴合；所述柔性密封罩的下端与所述隔热板的外周壁密封连接。
[0015]
在另一个可能的实现中，所述加热板和隔热板为密封连接、所述隔热板和冷却板均为密封连接。
[0016]
在另一个可能的实现中，所述加热板与所述工作台的内侧壁间隔设置。
[0017]
第二方面，本申请还提供一种3d打印机，包括第一方面提供的密封结构。
[0018]
第三方面，本申请还提供一种3d打印方法，应用于第二方法提供的3d打印机，包括：
[0019]
工件打印成型后，遮盖所述工作台的缺口；
[0020]
打开第二卡箍，使柔性密封罩与所述活塞结构分离。
[0021]
在另一个可能的实现中，所述打开第二卡箍，使柔性密封罩与所述活塞结构分离，还包括：
[0022]
收集所述柔性密封罩内和所述活塞结构上的打印粉料，移除所述工作台的缺口遮盖，清理所述上部腔室中的打印粉料。
[0023]
基于本申请实施例提供的密封结构，采用柔性密封罩替代成型缸体，降低了成本，同时解决了活塞结构工作空间的密封问题，避免气体泄漏。
附图说明
[0024]
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
[0025]
图1为本申请实施例提供的一种密封结构的结构示意图；
[0026]
图2为本申请实施例提供的3d打印机打印结束状态示意图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
[0028]
在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
[0029]
在本申请的描述中，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，还可以是抵触连接或一体的连接；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申请中的具体含义。
[0030]
图1为本申请实施例提供的一种密封结构的结构示意图。如图1所示，密封结构包括工作台2、活塞结构和柔性密封罩3，工作台2的上壁面至少部分构成所述上部腔室的底壁，且其中部具有缺口，活塞结构可升降的设置于对应所述缺口位置，柔性密封罩3的上端与工作台2的底部密封连接，下端与活塞结构的外周壁密封连接，柔性密封罩3、活塞结构和3d打印机的上部腔室的内壁面合围形成密封腔室，打印工件在密封腔室内打印成型。本申请的密封结构采用柔性密封罩替代成型缸体，降低了成本，同时解决了活塞结构工作空间的密封问题，避免气体泄漏。
[0031]
继续参见图1，柔性密封罩3包括伸缩套30、设置于伸缩套上端的第一密封环31和设置于伸缩套下端的第二密封环32，第一密封环31与工作台2的底部密封连接，第二密封环32与活塞结构的外周壁密封连接，活塞结构运动带动伸缩套3伸长/缩短。柔性密封罩、活塞结构和上部腔室形成了打印工作腔室，实现了打印腔室的密封性，防止保护气体和打印粉料的泄漏，柔性密封罩的伸缩套结构可随活塞的升降伸缩变形，以适应腔体体积变化。
[0032]
可以理解的是，第一密封环和第二密封环可与伸缩套一体成型设置或者可拆卸连接。当然无论是一体成型设置还是可拆卸连接都需保证第一密封环、第二密封环和伸缩套的密封性。
[0033]
具体的，工作台2的侧周壁底部设置沿其周向延伸的第一环状凸起结构21，第一密封环31 与第一环状凸起结构21密封连接，活塞结构的侧周壁底部设置沿其周向延伸的第二环状凸起结构142，第二密封环32与第二环状凸起结构142密封连接。
[0034]
在一个示例中，密封结构还包括第一卡箍41、第二卡箍42、第一金属垫片51、第二金属垫片52；第一金属垫片51和第一环状凸起结构21将第一密封环31压接，第一卡箍41固定第一金属片51和第一环状凸起结构21，实现第一密封环31与工作台2的密封固定。第二金属垫片52 和第二环状凸起结构142将第二密封环32压接，第二卡箍42固定第二金属垫片52、第二密封环 32和第二环状凸起结构142，实现第二密封环32和活塞结构的密封固定。
[0035]
进一步的，活塞结构从上至下依次包括基板11、加热板12、隔热板13和冷却板14；基板 11的底壁与加热板12的顶壁贴合，加热板12的底壁与隔热板13的顶壁贴合，隔热板13的底壁与冷却板14的顶壁贴合；柔性密封罩3的下端与隔热板13的外周壁密封连接，隔热板和冷却板密封连接，例如，隔热板和冷却板之间设置密封圈15密封。如此，通过密封结构将3d打印机中无需密封的部分(例如升降机构所在的下部腔室)排除在外，仅仅将需要密封的打印工作区域进行密封，减小了密封空间，降低了保护气体的充入量，节省了保护气体的需求量。
[0036]
在一个示例中，基板11、加热板12、隔热板13和冷却板14可分别通过紧固件紧固连接，例如，基板11和加热板12通过螺钉16紧固连接，隔热板13和冷却板14通过螺钉17紧固连接，再通过螺钉18将紧固连接后的基板11和加热板12、隔热板13和冷却板14紧固连接。
[0037]
加热板12中设置加热元件(例如加热铜管121)，加热元件通电工作加热加热板12，加热板12将温度传递给基板11以加热基板11上的打印粉料。加热板12中还设置有温度传感器122，温度传感器122与3d打印机的控制系统连接，控制系统感知加热板12的温度进而控制加热基板11上的打印粉料的加热温度。
[0038]
冷却板14内设置水冷通道141，水冷通道141内通入冷媒把隔热板传递过来的少量热量带走。
[0039]
在另一个示例中，加热板12和隔热板13之间也为密封连接，例如，加热板12和隔热板13 之间设置密封圈15，进一步增加打印工作区域的密封性。
[0040]
在另一个示例中，加热板12与工作台2的内侧壁间隔设置，例如，加热板12的外周壁与工作台2的内侧壁间隔0.5-1mm，一方面。减少热量的侧传递；另一方面活塞结构为一个装配整体，整体安装时，在使用伸缩套的条件下，活塞结构与工作台径向配合较短，且为0.5-1mm 的间隙配合，没有装配难度，故仅调整好基板的工作面与工作台的上壁面水平重合即可，由于活塞结构与工作台径向配合较短，只需要保证配合范围内的间隙均匀即可，所以对活塞结构的装配要求也不高。这样大大减少了安装难度，节约工时。
[0041]
如图2所示，本申请实施例还提供一种包括上述密封结构的3d打印机，包括激光打印头7、上部腔室8、设置于上部腔室8中的刮刀6和用于驱动活塞结构升降的升降机构9，刮刀6可做往复运动以将工作台上的打印粉料刮至基板上形成均匀薄层，并将多余打印粉料刮至工作台上。
[0042]
工件打印开始时，使基板处于顶部位置，即基板在工作台的上壁面之下，两者距离一个工件截面层厚(例如0.1mm)，刮刀6将工作台上的打印粉料刮至基板上形成均匀薄层，激光打印头7进行固化打印，当该工件截面打印完成后，3d打印机的控制系统控制升降机构9带动活塞结构下降使基板下降一个工件截面层厚，伸缩套随之伸长，如此往复直至工件打印完成；
[0043]
工件打印成型后，遮盖工作台的缺口，例如用薄塑料盖板10遮盖工作台缺口，防止剩余打印粉料进入上部腔室8；然后打开第二卡箍，使柔性密封罩与活塞结构分离(如图2所示)，伸缩套会在自身弹力作用下自动向上收缩，大部分剩余打印粉料会自由落下被收集。
[0044]
在一种示例中，打开第二卡箍，使柔性密封罩与所述活塞结构分离之后还包括：收集所述柔性密封罩内和所述活塞结构上的打印粉料，移除所述工作台的缺口遮盖(薄塑料盖板10)，清理所述上部腔室中的打印粉料，例如用吸尘器或毛刷清理上部腔室中的打印粉料即可。相比于常规的3d打印机在工件打印成型后，3d打印机控制升降机构驱动活塞升起零件，在上部腔室内产生大量的粉末，需要用铲子铲，这样会增加划伤设备零件或打印工件件表面的风险，且大部分的运动机构都处于上部密封腔内，大量粉尘也不便于室内的清洁。
[0045]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
[0046]
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

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