CN103817939B - 粉末打印机及粉末材料成型方法 - Google Patents

Abstract

粉末打印机及粉末材料成型方法，粉末打印机包括机架，该机架上设置有一工作平台，该工作平台上设置有一落料平台、镂空部；固定在机架上且位于落料平台上方的料仓，该料仓的下部设置有下料口；嵌置在镂空部内部的打印平台；用于带动打印平台沿机架高度方向运动的第一驱动组件；滑动组件；带动滑动组件的第二驱动组件；枢接在滑动组件上的铺粉辊；用于带动铺粉辊转动的第三驱动组件；安装在滑动组件上且位于铺粉辊前侧的打印机；用于带动打印机沿机架的宽度方向滑动的第四驱动组件。本发明能够实现工件的立体成型，可以精确的控制工件的精度，提高工件的仿真度，同时，简化了打印机的结构、提高了工件打印的效率。

Description

粉末打印机及粉末材料成型方法

技术领域

本发明涉及粉末打印技术领域，具体涉及一种粉末打印机以及粉末材料成型方法。

背景技术

粉末打印是一种新型的工件成型工艺，其具体是将粉末状的打印耗材利用打印成型的原理以粘结的形式固定在一起，粉末打印设备相较于传统的模具成型技术，具有设备成本低、打印成型工件的仿真度高等特点，因此，在一些工艺品加工过程中，粉末打印技术已经被较为广泛的应用。

目前，粉末打印机在工作时，首先将工件的3D模型按照一个预定方向分割成若干层，每一层均形成一个具有外轮廓的图案，然后将料仓内的粉末逐层铺设在打印区域，每层铺粉完成后，利用打印机按照与该层对应的图案将胶水打印在铺粉层上，重复这样的步骤，最终完成工件的成型；现阶段的粉末打印机在完成上述动作时，往往要求打印胶水的打印机能够上下移动，用以实现不同对应层的铺粉和打印，这样就使得粉末打印机的结构较为复杂、工件精度难于控制且打印速度较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种粉末打印机，其结构简单、效率较高，且打印出的工件精度高。

本发明的目的之二在于提供一种粉末材料成型方法。

为实现上述目的一，本发明采用如下技术方案：

粉末打印机，包括，

机架，该机架上设置有一工作平台，该工作平台上设置有一落料平台、以及位于落料平台前方并与落料平台沿机架的长度方向排列的镂空部；

固定在机架上且位于落料平台上方的料仓，该料仓的下部设置有下料口；

嵌置在镂空部内部的打印平台；

用于带动打印平台沿机架高度方向运动的第一驱动组件；

滑动组件；

用于带动滑动组件沿机架的长度方向在落料平台上方和打印平台前端部上方之间运动的第二驱动组件；

枢接在滑动组件上且沿机架宽度方向延伸的铺粉辊；

用于带动铺粉辊转动的第三驱动组件；

安装在滑动组件上且位于铺粉辊前侧的打印机，该打印机用于将粘结粉末的胶水打印在打印平台上；

用于带动打印机沿机架的宽度方向滑动的第四驱动组件。

机架上固定安装有围绕于打印平台外周缘的挡板，该挡板上端部延伸至镂空部的上方，挡板的顶端面与落料平台的上表面平齐。

第一驱动组件包括机体固定在机架上的第一电机、沿机架的高度方向延伸且同步联接在第一电机转轴上的传动丝杆、匹配的套接在传动丝杆上的丝杆螺母，打印平台固定连接在丝杆螺母上；机架上固定有沿机架高度方向延伸的纵向导杆，打印平台滑动的套接在纵向导杆上。

滑动组件包括沿着机架宽度方向延伸的横梁、以及两个分别固定在横梁两端的滑块，机架的两侧分别设置有一沿其长度方向延伸的滑轨，两滑块分别与两滑轨滑动配合。

料仓上可转动的安装有一封盖于下料口下方的挡料板，该挡料板与料仓之间设置有一弹性元件，该弹性元件用于提供一个将挡料板向着靠近下料口顶压的弹性应力；滑动组件上设置有一当滑动组件滑动至落料平台上方时用于将挡料板向着远离下料口的方向顶压的顶压部。

为实现上述目的二，本发明采用如下技术方案：

粉末材料成型方法，其包括如下步骤：

A、将工件的3D模型文件分层处理，形成多个依次层叠且具有外部封闭轮廓线的图案层；

B、利用铺粉辊将粉末状打印耗材滚压在一打印平台上，使粉末状打印耗材平铺于打印平台的打印区域上，在打印平台上形成一个粉末层；

C、利用打印机在铺平的粉末状打印耗材上打印胶水，胶水被平铺于相应图案层的外部封闭轮廓线所限定的区域内部，使位于相应图案层的外部封闭轮廓线以内的粉末状打印耗材粘接在一起；

D、带动打印平台下降一个高度h，该高度h与粉末层的厚度相等；

E、重复上述步骤B、C、D，直至所有的3D模型文件分层处理后形成的图案层均打印完毕；

F、去除未被粘接的粉末打印耗材。

高度h为0.01-0.2mm。

在步骤F之后，还需要进行如下步骤：

G、利用烘干设备对成型的工件进行烘干，完成粉末材料的成型。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明的粉末打印机实现打印平台的上下移动，仅使用平面打印机，就能够实现工件的立体成型，可以精确的控制工件的精度，提高工件的仿真度，同时，简化了打印机的结构、提高了工件打印的效率。此外，本发明的方法能够实现粉末的快速成型，并且，可以在胶水内部添加不同的颜色，实现工件的全彩打印。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明局部结构示意图；

其中：10、机架；11、落料平台；12、滑轨；13、传动皮带；20、料仓；21、挡料板；30、滑动组件；31、滑块；32、横梁；321、顶压部；40、打印平台；41、挡板；42、第一电机；43、传动丝杆；44、纵向导杆； 51、横向导杆；52、打印机；53、第四电机；54、传动皮带；61、铺粉辊；62、第三电机。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1、2、3所示，为本发明的一种粉末打印机，其包括机架10、料仓20、打印平台40、滑动组件30、铺粉辊61、打印机52、其中，机架10作为整个粉末打印机的基础，其中图示中的X向为机架10的长度方向、Y向为机架10的宽度方向、Z向为机架10的高度方向，机架10顶部为一工作平台，该工作平台上靠后的位置设置有一落料平台11、工作平台靠前的位置设置有一镂空部，该镂空部与落料平台11沿着机架10的长度方向排列，料仓20通过一支架固定在机架10的上并位于落料平台11的上方，该料仓20下部设置有一下料口，料仓20的下料口可以是一沿机架10宽度方向延伸的长条状开口，也可以是多个沿着机架10宽度方向排列的通孔，下料口用于供料仓20内部的粉末下落，下落的粉末被堆积在落料平台11上，料仓20内部可以安装搅拌机构，用于使料仓20内部的粉末能够顺利的从下料口落下；打印平台40嵌置在镂空部内，其可以通过一第一驱动组件的带动，在机架10的高度方向上下活动，打印平台40上表面形成一个打印区域，该打印区域用于供粉末的平铺在其上，同时还用于供打印机52在其上打印胶水。第一驱动组件包括机体部分固定在机架10上的第一电机42、沿机架10的高度方向延伸且同步联接在第一电机42转轴上的传动丝杆43、匹配的套接在传动丝杆43上的丝杆螺母（图未示），打印平台40固定连接在丝杆螺母上；机架10上固定有沿机架10高度方向延伸的纵向导杆44，打印平台40滑动的套接在纵向导杆44上，由此，在第一电机42的带动下，打印平台40能够沿机架10的高度方向上下运动，并且丝杆传动机构能够精确的控制打印平台40向下移动的位移。当然，为了实现打印平台40的上下移动，该第一驱动组件还可以是其他类似的结构，例如，由电机带动的皮带传动机构，也可以是将打印平台40直接固定连接在一直线电机的活动轴上。

滑动组件30滑动的安装在机架10上，其能够沿着机架10的长度方向滑动，具体的是，滑动组件30包括沿机架10宽度方向延伸的横梁32、以及两个分别固定在横梁32两端的滑块31，机架10的宽度方向两侧分别设置有一沿其长度方向延伸的滑轨12，两滑块31分别与两滑轨12滑动配合，并且保证横梁32位于机架10的顶部上方。滑动组件30由一第二驱动组件带动，在该第二驱动组件的带动下，滑动组件30能够沿机架10的长度方向在落料平台11的上方和打印平台40的前端部（即远离落料平台11的一端）上方之间运动，具体的是，第二驱动组件包括一第二电机（图未示）以及一传动皮带13，该第二电机的机体固定在机架10上，传动皮带13的两端分别被安装在机架10前后两端的皮带轮张紧，第二电机带动其中一个用于张紧传动皮带13的皮带轮，其中一个滑块31固定在传动皮带13上，从而，在第二电机的带动下，可使滑动组件30沿机架10的长度方向滑动，铺粉辊61和打印机52均安装在滑动组件30上，能够随着滑动组件30沿机架10的长度方向运动。

铺粉辊61沿机架10的宽度方向延伸，其枢接在滑动组件30上，具体的是，铺粉辊61位于横梁32的后侧，其两端分别枢接在两滑块31上，该铺粉辊61在一第三驱动组件的带动下绕其中心轴线转动，该第三驱动组件为一第三电机62，该第三电机62的机体部分固定在其中一个滑块31上，其转轴以皮带传动的方式与铺粉辊61的相应端部同步联接；该第三驱动组件还可以是其他能够带动铺粉辊61转动的机构。

打印机52安装在滑动组件30的前侧，其内部的打印耗材为能够将粉末粘结在一起的胶水，打印机52用于将胶水打印在打印平台40上。在横梁32上固定安装有两个相互错开且沿机架10的宽度方向延伸横向导杆51，打印机52滑动的套接在两横向导杆51上，且该打印机52能够在一第四驱动组件的带动下在两横向导杆51上滑动（即沿着机架10的宽度方向滑动），该第四驱动组件包括第四电机53和一传动皮带54，该传动皮带54由第四电机53带动，打印机52固定连接在传动皮带54上，启动第四电机53，即可带动打印机52在机架10的宽度方向运动。当然，还第四驱动组件还可以是其他机构，例如可以是有电机带动的丝杆传动机构。

上述的机架10上固定安装有围绕于打印平台40外周缘的挡板41，该挡板41的内表面与打印平台40的上表面围成一个上部开口的腔室，打印平台40向下运动时，上述腔室的深度不断的增加，从而可以逐渐的容纳更多的粉末层，挡板41用于防止铺粉时，粉末外漏至打印平台40以外。挡板41的顶端面与落料平台11的上表面平齐。

本发明在工作时，滑动组件30移动至落料平台11上方，打印平台40的上表面与挡板41的顶端面之间的距离正好相当于一次铺粉的厚度，此时，铺粉辊61位于料仓20的下料口下部后侧，定量的粉末从料仓20的下料口下并堆积在落料平台11上且位于铺粉辊61的前侧，第二电机启动并正转、第三电机62启动，滑动组件30朝向打印平台40的前端部移动，带动铺粉辊61朝向打印平台40前端部移动，在铺粉辊61移动的过程中，铺粉辊61绕其中心轴转动，将堆积在落料平台11上的粉末平铺于打印平台40上，当滑动组件30移动到打印平台40前端部上部时，挡板41与打印平台40围成的腔室内部前部充满粉末，并且，滑动组件30在打印平台40上方移动的过程中，铺粉辊61将充满于上述腔室的粉末滚压平铺，之后，第二电机启动并反转带动滑动组件30向着落料平台11的方向移动，同时第四电机53启动，带动打印机52在机架10的宽度方向移动，如此，形成的两轴联动机构使打印机52按照工件的分层文件在铺设了粉末的打印平台40上打印胶水，胶水在粉末层上打印与分层文件对应的图案，当滑动组件30移动到落料平台11上方时，完成胶水打印，胶水将其所打印的范围内的粉末粘接成型，第一电机42带动打印平台40向下移动一个距离h，该距离h正好等于一个粉末层的厚度，此时，料仓20重新下落定量的粉末，铺粉辊61位于落下的粉末的后侧，准备下一次铺粉动作，重复上述过程，最终在打印平台40和挡板41围成的腔室内部填满粉末，将未被胶水粘接的粉末去除，最终完成工件的打印。

为了便于操作，上述的料仓20上可转动的安装有一挡料板21，该挡料板21封盖于料仓20的下料口下方，挡料板21与料仓20之间设置有一弹性元件，该弹性元件用于提供一个将挡料板21向着靠近下料口顶压的弹性应力，弹性元件可以是设置在挡料板21相对于料仓20转动轴上的扭簧，扭簧两自由端分别抵接挡料板21和料仓20，当然也可以是一连接在挡料板21自由端和料仓20之间的拉簧，总之，能够在不受外力时，使挡料板21能够封盖料仓20的下料口即可。上述的横梁32上设置有一顶压部321，该顶压部321可以是由横梁32的上表面向上延伸的板状结构，当滑动组件30滑动至落料平台11上方时，顶压部321正好将挡料板21向着远离下料口的方向顶开，即，当铺粉辊61移动到准备铺粉的位置时，挡料板21正好打开，使得粉末下落。

本发明粉末材料成型方法包括如下步骤：

A、将工件的3D模型文件（如.STL文件）分层处理，形成多个依次层叠且具有外部封闭轮廓线的图案层；

B、利用铺粉辊将粉末状打印耗材滚压在一打印平台上，使粉末状打印耗材平铺于打印平台的打印区域上，在打印平台上形成一个粉末层；

C、利用打印机在铺平的粉末状打印耗材上打印胶水，胶水被平铺于相应图案层的外部封闭轮廓线所限定的区域内部，使位于相应图案层的外部封闭轮廓线以内的粉末状打印耗材粘接在一起；

D、带动打印平台下降一个高度h，该高度h与粉末层的厚度相等，高度h为0.01-0.2mm，依据一般的粉末打印耗材的颗粒大小，该高度h可以是0.1mm。

E、重复上述步骤B、C、D，直至所有的3D模型文件分层处理后形成的图案层均打印完毕；

F、去除未被粘接的粉末打印耗材。

如果要保证成型后工件的强度，可以在步骤F之后，进行如下步骤：

G、利用烘干设备对成型的工件进行烘干，完成粉末材料的成型。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.粉末打印机，其特征在于，包括，

机架，该机架上设置有一工作平台，该工作平台上设置有一落料平台、以及位于落料平台前方并与落料平台沿机架的长度方向排列的镂空部；

固定在机架上且位于落料平台上方的料仓，该料仓的下部设置有下料口；

嵌置在镂空部内部的打印平台；

用于带动打印平台沿机架高度方向运动的第一驱动组件；

滑动组件；

用于带动滑动组件沿机架的长度方向在落料平台上方和打印平台前端部上方之间运动的第二驱动组件；

枢接在滑动组件上且沿机架宽度方向延伸的铺粉辊；

用于带动铺粉辊转动的第三驱动组件；

安装在滑动组件上且位于铺粉辊前侧的打印机，该打印机用于将粘结粉末的胶水打印在打印平台上；

用于带动打印机沿机架的宽度方向滑动的第四驱动组件。

2.如权利要求1所述的粉末打印机，其特征在于，机架上固定安装有围绕于打印平台外周缘的挡板，该挡板上端部延伸至镂空部的上方，挡板的顶端面与落料平台的上表面平齐。

3.如权利要求1所述的粉末打印机，其特征在于，第一驱动组件包括机体固定在机架上的第一电机、沿机架的高度方向延伸且同步联接在第一电机转轴上的传动丝杆、匹配的套接在传动丝杆上的丝杆螺母，打印平台固定连接在丝杆螺母上；机架上固定有沿机架高度方向延伸的纵向导杆，打印平台滑动的套接在纵向导杆上。

4.如权利要求1所述的粉末打印机，其特征在于，滑动组件包括沿着机架宽度方向延伸的横梁、以及两个分别固定在横梁两端的滑块，机架的两侧分别设置有一沿其长度方向延伸的滑轨，两滑块分别与两滑轨滑动配合。

5.如权利要求4所述的粉末打印机，其特征在于，料仓上可转动的安装有一封盖于下料口下方的挡料板，该挡料板与料仓之间设置有一弹性元件，该弹性元件用于提供一个将挡料板向着靠近下料口顶压的弹性应力；滑动组件上设置有一当滑动组件滑动至落料平台上方时用于将挡料板向着远离下料口的方向顶压的顶压部。

6.粉末材料成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A、将工件的3D模型文件分层处理，形成多个依次层叠且具有外部封闭轮廓线的图案层；

B、利用铺粉辊将粉末状打印耗材滚压在一打印平台上，使粉末状打印耗材平铺于打印平台的打印区域上，在打印平台上形成一个粉末层；打印平台嵌置在一镂空部内；

C、利用打印机在铺平的粉末状打印耗材上打印胶水，胶水被平铺于相应图案层的外部封闭轮廓线所限定的区域内部，使位于相应图案层的外部封闭轮廓线以内的粉末状打印耗材粘接在一起；

D、带动打印平台下降一个高度h，该高度h与粉末层的厚度相等；

E、重复上述步骤B、C、D，直至所有的3D模型文件分层处理后形成的图案层均打印完毕；

F、去除未被粘接的粉末打印耗材。

7.如权利要求6所述的粉末材料成型方法，其特征在于，高度h为0.01-0.2mm。

8.如权利要求6或7所述的粉末材料成型方法，其特征在于，在步骤F之后，还需要进行如下步骤：

G、利用烘干设备对成型的工件进行烘干，完成粉末材料的成型。