CN101362202B - 一种用于快速成形设备的送铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于快速成形设备的送铺粉装置，包括储粉箱和移动料斗，储粉箱为位于移动料斗上方且底部开有下粉口的上置式储粉箱，储粉箱的位置固定不动，下粉口底部设置有自动开启关闭下粉口的活动挡板；移动料斗外侧固定有一个移动支架，移动料斗通过驱动机构带动移动支架在快速成型设备的成形工作平台上作左右向水平直线往复运动；活动挡板上设置有与移动支架配合使用的开启件；移动料斗上部的接料口与下粉口相对应；移动料斗底部开有铺粉口，铺粉口为由前后两个侧挡板和左右两个柔性刮片围成的矩形口。本发明结构简单、各部分之间组装拆卸简便且调整控制简易，能够独立模块化工作且铺粉快速、可靠性高。

Description

一种用于快速成形设备的送铺粉装置

技术领域

本发明涉及一种以粉末为原料并采用选区沉积/烧结/熔化工艺的快速成形设备的部件，尤其是涉及一种用于快速成形设备的送铺粉装置。

背景技术

目前，以粉末为原料并通过选区沉积/烧结/熔化工艺进行零件的快速成形技术是目前快速制造领域研究的热点，其中典型的技术包含有：选区激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，选区激光熔化(SelectiveLaser Melting，SLM)，电子束熔化(Electron Beam melting，EBM)，三维打印成形(Three Dimensional Printing，3DP)。上述这些技术的工艺流程类似：首先在加工平面上铺好一层原料粉末，然后加工源根据零件截面形状对粉末进行分区作业，最终成形出零件的截面轮廓。如SLS/SLM技术采用激光对粉末进行烧结/熔化，黏附成形；EBM技术采用电子束对粉末原料进行完全熔化，快速成形；3DP技术采用精密喷头，将粘结剂按既定轮廓形状喷射到粉末层，使部分粉末粘接成形。在一层粉末成形完毕后，铺粉装置在成形工作面再铺上一层粉末，加工源对该层粉末再次进行选区作业，并完成新生成层片与原有部分之间的连接，如此循环逐层堆积制造，最后再经后处理(SLS与3DP技术所得零件一般要经过后续热处理或渗金属)得到任意形状的实体零件。

快速成形技术是一种多学科交叉的系统工程技术，在以粉末作为成形原料的快速成形技术中，其成形过程必然包含有粉末原料的存储、供给、铺送及回收工作。作为工艺成形的基础，送铺粉装置的稳定运行对成形的速度和精度，工艺的连续性和可靠性具有举足轻重的影响，任何因送铺粉装置导致的成形暂停都将影响零件成形的质量，甚至造成成形件的报废。可见，送铺粉装置是快速成形设备中的关键部件。现有的送铺粉装置一般由储供粉末机构和铺粉机构组成，储供粉末机构按储粉箱相对于成形平台的高度，可分为下置式和上置式，按照储供粉末机构的数量，又可分为单料仓式和双料仓式；铺粉机构按铺粉方式可分为移动料斗式，刮板式，辊子式以及上述几种铺粉末机构组合而成的复合式。目前应用于快速成形设备中的送铺粉装置大都是将上述储供粉末机构和铺粉机构进行任意组合而搭建。

以粉末为原料的快速成形过程一般存在粉末飞溅、聚球等现象，且在成形表面某些地方由于粉末的球化效应会有凸起，上述送铺粉装置的铺粉机构，移动料斗、刮板、辊子等都是刚性结构，很容易在其铺粉正程或是回程中由于这些凸起而被卡住，使得铺粉过程中止，成形过程中断。为使成形过程继续，可下降成形平台使辊子或刮板通过障碍物，但下降成形平台，分层厚度增加，因而竖直方向上的成形精度必然降低，并且过厚的单层粉末也会对下一层的成形质量造成不良影响，甚至影响整个成形零件的质量。

此外，一些粉末如金属粉末的快速成形环境比较恶劣和特殊，它需要高能量密度的热源对金属粉末进行熔覆成形，金属粉末熔化并有部分挥发，黏附在诸如轴承、铰链或运动部件上则会影响其工作的可靠性。若送铺粉装置结构过于复杂，运动控制部件过多，苛刻的成形环境必然影响其正常运转的可靠性。所以对于快速成形技术送铺粉装置要求尽量采用铺粉进程可靠性高、设计简单、控制简易的结构，其各部分要便于分离拆装，有利于设备在工艺研究过程中根据需要而进行适当调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其结构简单、各部分之间组装拆卸简便且调整控制简易，能够独立模块化工作且铺粉快速、可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于快速成形设备的送铺粉装置，包括储粉箱和移动料斗，其特征在于：所述储粉箱为位于移动料斗上方且底部开有下粉口的上置式储粉箱，储粉箱的位置固定不动，所述下粉口底部设置有自动开启关闭下粉口的活动挡板；所述移动料斗外侧固定有一个移动支架，移动料斗通过驱动机构带动移动支架在快速成型设备的成形工作平台上作左右向水平直线往复运动；所述活动挡板上设置有与移动支架配合使用的开启件；移动料斗上部的接料口与下粉口相对应；移动料斗底部开有铺粉口，所述铺粉口为由前后两个侧挡板和左右两个柔性刮片围成的矩形口。

所述储粉箱上设置有将其固定于所述快速成形设备成形空间上部的安装平台结构。

所述储粉箱为上部开口的矩形箱体，所述矩形箱体的箱底由左右两个倾斜箱底和前后两个竖直箱底组成，两个倾斜箱底均向下且向内倾斜且二者的倾斜角度不同，所述下粉口为对应设置在所述箱底底部的矩形下粉口。

所述储粉箱固定在所述成形工作平台的左端部上方，所述矩形下粉口位于储粉箱的右侧底部，所述两个倾斜箱底为位于左侧的倾斜箱底二和位于右侧的倾斜箱底一，倾斜箱底二与水平方向的倾斜度小于倾斜箱底一与水平方向的倾斜度。

所述移动料斗为矩形漏盒，所述矩形漏盒的上部接料口为向左且向下倾斜的倾斜开口。

所述活动挡板为由弹簧带动的合页挡板，合页挡板由固定在所述下粉口左侧壁外侧的合页片一和合页片二组成，合页片一通过销钉与合页片二配合使用，合页片二由用于开启关闭下粉口的活动挡片以及固定在活动挡片左侧下方的支杆一组成；所述活动挡片右侧边缘开有用于安装弹簧的弹簧安装孔，所述弹簧的另一端固定在所述下粉口的右侧外部；所述开启件为支杆一，所述移动支架左侧对应设置有与支杆一配合使用的支杆二。

所述支杆一和活动挡片相垂直。

所述支杆一和支杆二的数量均为三个且均呈均匀布设。

所述移动支架为内部带有矩形通口的矩形板，移动料斗通过分别设置在其四个侧壁上的支撑平台固定在所述矩形通口上部。

所述柔性刮片的底部设置有多个呈均匀分布的弹性梳齿。

本发明与现有技术相比具有以下优点，1、采用单料斗储粉和移动料斗结构进行粉末输送铺放，其结构简单紧凑，成本低廉，并可作为一整体化模块，在快速成形设备中能够自由加载；2、占用空间小，能够最大限度地减小粉末送铺机构的占用空间，有利于一些对成形空间环境要求较高(如需真空的成形空间环境)的快速成形技术；3、仅靠粉末的固有特性(自重、流动性)进行铺设，因而其控制简便，工作可靠，可应用于不同类型的粉末铺送；4、设计合理，能充分防止粉末在下落中的飞散，避免了一些铺粉方式中出现的粉末四处流散的情况，有利于保持成形工作环境的清洁，提高的粉末利用率；5、所采用的柔性刮片，在遇到成形表面凸起不平的时候，其梳齿可随表面现状弯曲，保证铺粉动作的流畅、平整，并且该刮片在梳齿断裂时可进行更换。总之，本发明结构简单、各部分之间组装拆卸简便且调整控制简易，能够独立模块化工作且铺粉快速、可靠性高，由于其各组成部件便于分离拆装，因而有利于设备在工艺研究过程中根据需要而进行适当调整。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明合页挡板的结构示意图。

图3为本发明移动料斗和移动支架的结构示意图。

附图标记说明：

1—储粉箱；        2—合页挡板；          3—移动料斗；

4—移动支架；      5—垫板；              6—安装平台结构；

7—合页片一；       8—合页片二；          9—销钉；

10—活动挡片；     11—支杆一；            12—弹簧安装孔；

13—支撑平台一；    14—支撑平台二；       15—倾斜料斗壁；

16—凸出平台；     17—支杆二；           18—倾斜箱底一；

19—倾斜箱底二；   20—柔性刮片。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括储粉箱1和移动料斗3，其中，储粉箱1为位于移动料斗3上方且底部开有下粉口的上置式储粉箱。并且，储粉箱1的位置固定不动，而储粉箱1上设置有将其固定于所述快速成形设备成形空间上部的左右两个安装平台结构6。所述储粉箱1为上部开口的矩形箱体，且矩形箱体的箱底由左右两个倾斜箱底和前后两个竖直箱底组成，两个倾斜箱底均向下且向内倾斜且二者的倾斜角度不同，所述下粉口为对应设置在所述箱底底部的矩形下粉口。本实施例中，所述储粉箱1固定在所述成形工作平台的左端部上方，所述矩形下粉口位于储粉箱1的右侧底部，两个倾斜箱底为位于左侧的倾斜箱底二19和位于右侧的倾斜箱底一18，也就是说，倾斜箱底二19与水平方向的倾斜度小于倾斜箱底一18与水平方向的倾斜度；左右两个安装平台结构6具体安装在储粉箱1左右两个侧壁顶端。而下粉口为一位于储粉箱1底部的长条矩形通道，箱底以一定的角度将箱壁和下粉口相连，有利金属粉末能够在重力的作用下自动流出下粉口，且倾斜箱底一18与水平面所成倾角大于倾斜箱底二19所成倾角，从而使下粉口靠近成形工作平台，以减少供粉时移动料斗3的移动距离。

储粉箱1具体是采用厚度为3mm的不锈钢板焊接制成，其前后长为231mm，整体高为350mm，安装平台结构6的左右宽度为30mm，倾斜箱底二19和倾斜箱底一18与水平面之间的倾角分别为30°和60°，并且所述箱底的竖直高度为50mm，整个箱底对粉末起导向作用，其下粉口前后长为225mm，左右宽为40mm，纵向高为30mm。

所述下粉口底部设置有自动开启关闭下粉口的活动挡板；所述移动料斗3外侧固定有一个移动支架4，移动料斗3通过驱动机构带动移动支架4在快速成型设备的成形工作平台上作左右向水平直线往复运动；所述活动挡板上设置有与移动支架4配合使用的开启件；移动料斗3上部的接料口与下粉口相对应；移动料斗3底部开有铺粉口，所述铺粉口为由前后两个侧挡板和左右两个柔性刮片20围成的矩形口。

结合图2、图3，所述移动料斗3为矩形漏盒，并且所述矩形漏盒的上部接料口为向左且向下倾斜的倾斜开口，也就是说，其敞开的顶部为适合储粉箱1的左侧面板低于右侧面板的物料接口，这样能够尽量避免粉末从储粉箱1落下时飞散。移动料斗3由前后两个竖直料斗壁和左右两个料斗壁围成，所述左右两个料斗壁均由上部的竖直料斗壁、中下部的倾斜料斗壁15和底部的竖直料斗壁组成，所述倾斜料斗壁15均向内倾斜，使得整个移动料斗3呈漏斗状；左右两个料斗壁底部的竖直料斗壁和前后两个竖直料斗壁的底部围成移动料斗3底部的铺粉口。也就是说，移动料斗3的左右两个料斗壁中下部以一定角度将上部竖直料斗壁与底部的铺粉口相连。并且，左右两个料斗壁底部的竖直料斗壁上焊接有用于安装柔性刮片20的螺栓，通过螺栓便于在移动漏斗铺粉口的前后壁安装/拆卸柔性刮片20。所述移动支架4为内部带有矩形通口的矩形板，移动料斗3通过分别设置在其四个侧壁上的支撑平台固定在所述矩形通口上部。并且，移动支架4的前后边缘各设置有一个凸出平台16，凸出平台16用于连接实现支撑和驱动导向的组件，以控制移动支架4在成形工作台上的平滑移动；移动支架4中间的矩形通孔安放移动料斗3，且其左边3根支杆二17为推开合页挡板2转动的直杆。柔性刮片20的底部设置有多个呈均匀分布的弹性梳齿，也就是说，在柔性刮片20的中部以固定间距切开使其成梳子状，每个梳齿具备弹性。

所述活动挡板为由弹簧带动的合页挡板2，合页挡板2由固定在所述下粉口左侧壁外侧的合页片一7和合页片二8组成，合页片一7通过销钉9与合页片二8配合使用，合页片二8由用于开启关闭下粉口的活动挡片10以及固定在活动挡片10左侧下方的支杆一11组成。所述活动挡片10右侧边缘开有用于安装弹簧的弹簧安装孔12，所述弹簧的另一端固定在所述下粉口的右侧外部。所述开启件为支杆一11，移动支架4左侧对应设置有与支杆一11配合使用的支杆二17，并且支杆一11和活动挡片10相垂直。另外，所述支杆一11和支杆二17的数量均为三个且均呈均匀布设。

综上，所述合页片二8、合页片一7和销钉9组成合页挡板2，合页挡板2为可转动结构且其通过垫板5固定在所述下粉口的左侧壁外侧，具体是合页片一7固定于所述下粉口左侧壁的垫板5上，合页片二8通过销钉9与合页片一7相连，合页片二8由活动挡片10及与活动挡片10相垂直的三个支杆一11组成，并且合页片二8可绕销钉9转动以开合下粉口。活动挡片10右侧边缘开有弹簧安装孔12，便于以弹簧与储粉箱1侧面板即所述下粉口的右侧外部相连。

本实施例中，合页挡板2中的活动挡片10、合页片二8和合页片一7均采用不锈钢材料制成且三个部件的厚度都为4mm，其中，合页片一7的尺寸皆为70mm×30mm且焊接于垫板5上，以将整个合页挡板2悬挂固定于下粉口下方；而用以开合下粉口的大面积活动挡片10的长宽为245mm×50mm，与其垂直的三个支杆一11长宽为35mm×150mm；距离活动挡板10右侧边缘前后端点3mm×10mm处开有Φ4mm的两个弹簧安装孔12，以便用弹簧与储粉箱1的侧面板相连。

实际使用过程中，正常状态下，活动挡板10由弹簧拉住，密闭下粉口；当需要向移动漏斗3内供料，即当移动漏斗3向左移动至支杆一11被支杆二17推动，合页片二8向上转动，继而带动活动挡片10向下转动并使得下粉口打开，下漏粉末。当下漏粉量满足要求，移动漏斗3移开，弹簧则拉动活动挡片10转动并关闭下粉口，此期间为防止弹簧因反复拉伸而产生失效，无法将下粉口关顶死，造成粉末泄漏，需要定期检查并更换弹簧。

本实施例中，移动料斗3采用厚度为1.5mm的不锈钢钢板材制成，其上部开口长宽为250mm×80mm，左右侧面板的高低分别为60mm和106mm，这样保持上部倾斜开口即移动料斗3的四个侧壁上边线与水平方向的倾角为30°。在移动料斗3的上部四个侧壁中央且距离底部60mm处分别焊接尺寸为20mm×5mm×3mm的不锈钢支撑平台一13和尺寸为50mm×5mm×3mm的支撑平台二14，具体是支撑平台一13焊接在移动漏斗3的前后两个侧壁上，支撑平台二14焊接在移动漏斗3的左右两个侧壁上，支撑平台一13和支撑平台二14的作用是可使移动料斗3悬挂固定在移动支架4上。移动料斗3底部的铺粉口尺寸为250mm×20mm，为保证由较宽粉末入口(即接料口)向较窄的铺粉口过度，本实施例中，左右两个倾斜料斗壁呈左右对称，二者的向内倾斜角度均为45°；左右两个料斗壁底部的竖直料斗壁长宽尺寸为250mm×6mm。前后两个竖直料斗壁底部比左右两个料斗壁底部多伸出9mm，并且在左右两个料斗壁底部的竖直料斗壁上需等距离焊接10个Φ3×5mm螺栓，以安装柔性刮片20，所述螺栓均安装该竖直料斗壁的中间。

柔性刮片20为一长宽为250mm×15mm，厚度为0.3-0.5mm的长条形不锈钢钢片，在刮片中部长度为230mm的区域内，从柔性刮片20的底部中心处以0.5-1.0mm固定间距、6mm高切开，将柔性刮片20切成梳子状，且每个梳齿具备弹性。柔性刮片20通过个螺栓固定在移动料斗3的左右两个倾斜料斗壁15上，对应螺栓的安装位置，柔性刮片20上部等距离开有10个直径Φ为3.5mm的螺栓安装孔以便于安装固定。移动支架4以厚度为4mm的钢板切割而成，其主要作用是用于连接驱动机构和安放移动料斗3，其中，驱动机构为步进电机。移动支架4的前后两个侧壁的外边缘均设置有一个长宽为50mm×20mm的凸出平台16，凸出平台16用于连接驱动部件；其移动支架4中部的长宽为253mm×83mm矩形通孔用于移动料斗3的安放与撤除，支架左部切割出3根长宽为60mm×35mm的支杆二17，支杆二17与合页挡板2的三个支杆一11对应设置。

本发明的工作过程是：移动支架4在驱动机构(即步进电机)的驱动下带着移动料斗3平移到储粉箱1下，当支杆二17推动支杆一11转动，合页挡板2也转动，下粉口打开，粉末下漏，落入移动料斗3；通过用驱动机构控制移动支架4的停留时间来控制储粉箱1的下粉量，使下粉量满足往返铺粉两次的用粉。当移动料斗3盛粉足量时，移动支架4向成形平台移动，合页挡板2在弹簧拉动下，密闭储粉箱1。移动料斗3平移时，移动料斗3内存放的粉末从底部自然流出，铺粉口的柔性刮20片同时将流出的粉末刮平；移动料斗3停止于成形平台右侧后，铺粉口底部流出的粉末会自然将狭缝封闭，避免更多的粉末流出。铺粉完毕后，高能束流或喷头随后进行扫描作业，成形出所需的零件的界面轮廓，当一层成形完毕，移动料斗3左移再次进行铺粉，并再次推动合页挡板2开合进行补粉，并准备下一次的铺粉。

综上，本发明采用上置式单料斗储粉和移动料斗铺粉方式进行送铺粉装置的构建。储粉箱1是一个不锈钢制方形箱体，上部设计有安装平台结构6，底部的下粉口处设置有合页挡板2，合页挡板2的活动挡片10由弹簧拉紧顶死下粉口将粉末密封。合页挡板2转动开启供粉动作与移动料斗3的停止移动动作联动，即当移动料斗3移动到储粉箱1下方的同时，移动支架4使合叶挡板2转动，下粉口打开，粉末下漏落入移动料斗3；当移动料斗3启程铺粉，弹簧拉回活动挡片10，关闭储粉箱1底部的下粉口。移动料斗3底部为铺粉口，且铺粉口由两片柔性刮片20和移动料斗3的前后两个侧面板构成，柔性刮片20能适应加工面的凸起，保证铺粉表面平整均匀及整个铺粉工艺的流畅。因此，本发明可靠性高、结构简单紧凑、控制简易，并可作为一独立模块加载到快速成形设备中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于快速成形设备的送铺粉装置，包括储粉箱(1)和移动料斗(3)，其特征在于：所述储粉箱(1)为位于移动料斗(3)上方且底部开有下粉口的上置式储粉箱，储粉箱(1)的位置固定不动，所述下粉口底部设置有自动开启关闭下粉口的活动挡板；所述移动料斗(3)外侧固定有一个移动支架(4)，移动料斗(3)通过驱动机构带动移动支架(4)在快速成型设备的成形工作平台上作左右向水平直线往复运动；所述活动挡板上设置有与移动支架(4)配合使用的开启件；移动料斗(3)上部的接料口与下粉口相对应；移动料斗(3)底部开有铺粉口，所述铺粉口为由前后两个侧挡板和左右两个柔性刮片(20)围成的矩形口。

2.按照权利要求1所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述储粉箱(1)上设置有将其固定于所述快速成形设备成形空间上部的安装平台结构(6)。

3.按照权利要求1或2所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述储粉箱(1)为上部开口的矩形箱体，所述矩形箱体的箱底由左右两个倾斜箱底和前后两个竖直箱底组成，两个倾斜箱底均向下且向内倾斜且二者的倾斜角度不同，所述下粉口为对应设置在所述箱底底部的矩形下粉口。

4.按照权利要求3所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述储粉箱(1)固定在所述成形工作平台的左端部上方，所述矩形下粉口位于储粉箱(1)的右侧底部，所述两个倾斜箱底为位于左侧的倾斜箱底二(19)和位于右侧的倾斜箱底一(18)，倾斜箱底二(19)与水平方向的倾斜度小于倾斜箱底一(18)与水平方向的倾斜度。

5.按照权利要求4所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述移动料斗(3)为矩形漏盒，所述矩形漏盒的上部接料口为向左且向下倾斜的倾斜开口。

6.按照权利要求4所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述活动挡板为由弹簧带动的合页挡板(2)，合页挡板(2)由固定在所述下粉口左侧壁外侧的合页片一(7)和合页片二(8)组成，合页片一(7)通过销钉(9)与合页片二(8)配合使用，合页片二(8)由用于开启关闭下粉口的活动挡片(10)以及固定在活动挡片(10)左侧下方的支杆一(11)组成；所述活动挡片(10)右侧边缘开有用于安装弹簧的弹簧安装孔(12)，所述弹簧的另一端固定在所述下粉口的右侧外部；所述开启件为支杆一(11)，所述移动支架(4)左侧对应设置有与支杆一(11)配合使用的支杆二(17)。

7.按照权利要求6所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述支杆一(11)和活动挡片(10)相垂直。

8.按照权利要求7所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述支杆一(11)和支杆二(17)的数量均为三个且均呈均匀布设。

9.按照权利要求5所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述移动支架(4)为内部带有矩形通口的矩形板，移动料斗(3)通过分别设置在其四个侧壁上的支撑平台固定在所述矩形通口上部。

10.按照权利要求1或2所述的一种用于快速成形设备的送铺粉装置，其特征在于：所述柔性刮片(20)的底部设置有多个呈均匀分布的弹性梳齿。

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