CN104451669B - 一种随动下落式铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随动下落式铺粉装置，用于粉末材料快速成形中铺设粉末，属于粉末材料快速成形领域，其包括工作台、直线导轨和导轨上的滑块，工作台开有铺粉口，滑块用于支撑位于其上的且具有通口的支撑板；两个刮刀调整块相对固定在支撑板通口两侧以使其上的坡形内壁相对而形成漏斗形通口；刮刀为具有坡形内壁和刀刃的块状，两个刮刀分别相对的可拆卸安装在刮刀调整块底部，使刮刀的坡形内壁相对形成刮刀通口，同时使刀刃相对形成出粉口，刀刃受往复运动的支撑板带动而对落入刀刃处的粉末来回执行铺粉工作，实现粉末均匀快速的铺设。本发明装置结构简单、拆装方便、且铺粉效率高、铺粉质量好。

Description

一种随动下落式铺粉装置

技术领域

本发明属于粉末材料快速成形领域，更具体地，涉及一种粉末材料增材制造快速成形用随动下落式铺粉装置。

背景技术

金属或陶瓷零部件实现无模化快速精密成形是21世纪制造业的发展趋势。目前用于粉末材料快速成形的工艺主要有：基于激光技术的选择性激光烧结(简称SLS)；基于激光技术的选择性激光熔化(简称SLM)；基于微喷射粘结技术的三维打印(简称3DP)。这三种工艺都是采用分层制造思想，通过CAD(英文全称：Computer Aided Design)与CAM(英文全称：Computer Aided Manufacturing)相结合，成形过程由计算机全程控制，无需专用夹具、工具和模具。它们与传统的加工成形工艺相比，具有设计制造一体化、成形过程高度柔性化和快速化、劳动强度低、材料利用率高、操作简便等优势。这三种工艺既克服了传统制造技术的众多缺点，又充分体现了当前快速成形技术的优势。因此，它们在金属或陶瓷新产品的开发和生产方面具有良好的应用前景。

粉末材料增材制造工艺主要包括铺粉工艺和粉末选择性固化工艺。铺粉工艺对成形制件的致密度、表面质量、精度和强度都有较大影响，而铺粉装置的稳定性、可靠性与连续性是成形过程顺利进行并获得高质量制件的重要保证。目前，商品化的粉末材料增材制造快速成形设备的铺粉装置主要有基于双缸结构的铺粉辊式和移动刮板式、基于移动料斗的铺粉辊式和移动刮板式两类，现有的铺粉方式存在以下几方面的问题：

(1)现有铺粉装置结构复杂，不利于拆装和维修

基于双缸式粉末材料增材制造过程中，细小的成形粉末在铺粉时容易产生飞溅和悬浮，沉降后粘附在成形室中的运动机构表面，包括导轨、轴承、带轮和铰链等运动部件上，影响各机构的可靠性。而基于铺粉辊的铺粉装置结构复杂，传动机构较多，微小成形粉末的附着对其可靠性影响更显著。

(2)现有铺粉装置的铺粉效率低

目前，基于双缸式增材制造快速成形设备的铺粉装置由导轨、齿形带和电机带动。其铺粉过程为：储粉缸上升一定层厚，铺粉辊或刮刀从储粉缸外侧向成形缸的另一侧运动进行铺粉动作，这种铺粉方式的铺粉行程长、铺粉效率低。而基于移动漏斗式铺粉装置，其铺粉过程是先通过漏斗在铺粉辊或刮刀运动前方定量送粉后，再由铺粉辊或刮刀进行铺粉，这种铺粉方式虽然粉末浪费较少，但铺粉效率依然较低。效率低的具体原因是：为保证铺粉过程中的稳定与可靠，使其粉末材料不产生飞溅和颗粒悬浮物，铺粉辊或刮刀需保持低速运行，这严重影响了铺粉效率。

(3)现有铺粉装置的铺粉质量差

当粉末材料粒径较小、流动性较差时，采用铺粉辊进行铺粉时，铺粉辊表面容易粘黏粉末而使粉末层形成划痕甚至是沟痕，严重降低铺粉质量。当上一层的粉末固化过程中发生翘起变形时，再采用铺粉辊进行下一层粉末铺粉时，翘起部位会阻碍铺粉的顺利进行并容易使铺粉辊磨损，同样降低铺粉质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种随动下落式铺粉装置，其目的在于采用刮刀来回刮粉，采用刮刀铺粉不易粘黏粉末，可对翘起部位进行铣削，提高铺粉质量，且使粉末和刮刀同步运动，从而可提高铺粉效率，并刮刀可拆卸，有利于拆装、维修以及更换，由此解决现有铺粉装置结构复杂，不利于拆装和维修以及铺粉效率和质量均较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种随动下落式铺粉装置，用于粉末材料快速成形中铺设粉末，其包括：

工作台，所述工作台开有铺粉口和粉末下落口；

直线导轨，所述直线导轨具有相互平行的第一导轨和第二导轨，分别位于所述铺粉口两侧，所述第一导轨和第二导轨上均具有滑块，所述滑块用于支撑位于其上的且具有通口的支撑板；

刮刀调整块，该刮刀调整块具有坡形的内壁，所述刮刀调整块具有形状相同的两个，两个所述的刮刀调整块相对固定在所述支撑板通口两侧以使坡形内壁相对而形成漏斗形通口，以供来自所述支撑板通口的粉末从漏斗形通口流出；

刮刀，其为具有坡形内壁和刀刃的块状，具有形状相同的两个，两个所述刮刀分别相对的可拆卸安装在所述刮刀调整块底部，以使坡形内壁相对形成刮刀通口，以及使刀刃相对形成出粉口，所述刮刀通口与所述漏斗形通口以及所述出粉口形成粉末流出通道；所述刀刃受支撑板带动而往复运动以能对从粉末流出通道落入刀刃处的粉末在铺粉面来回抹平，实现粉末均匀快速的铺设。

进一步的，相对固定在所述支撑板通口两侧的刮刀调整块间的距离能够调节，以调节固定在刮刀调整块上的刮刀刀刃形成的出粉口大小。

进一步的，所述刮刀调整块通过支撑板上的长条孔固定在该支撑板上，所述长条孔用于供固定所述刮刀调整块和所述支撑板的紧固件灵活移动位置从而实现调整刮刀调整块间的距离。

进一步的，还包括工作粉缸，其固定在所述工作台底面，且位于所述铺粉口的正下方，并该工作粉缸的开口与铺粉口大小一致且紧密吻合，所述工作粉缸内容置有能够上下活动的粉末床，粉末床与工作台面低一定距离以形成用于容置一层粉末的空间，即在粉末床处进行粉末的铺设。

进一步的，所述支撑板通口上方安装有储粉仓，该储粉仓底部具有开口，并该开口与支撑板上的通口形成通道，以供来自储粉仓的粉末通过所述通道流经漏斗形通口后落入刮刀处，也可以说用于供来自储粉仓的粉末通过所述通道落入所述粉末流出通道。

进一步的，所述储粉仓的形状为棱锥形，所述棱锥形储粉仓的斜面的倾斜角度大于50度，其底部的所述开口为长方形，开口的长度略大于粉末床的宽度。

进一步的，还包括多个粉末回收箱，其分别位于所述工作粉缸的两侧，并正对分布在铺粉口两端的粉末下落口的位置，以用于铺粉过程中溢出的粉末从粉末下落口落入其中实现粉末回收利用。

进一步的，所述支撑板与齿形同步带相固定连接，所述齿形同步带受被步进电机驱动的同步带轮带动，以实现所述支撑板的往复运动。

进一步的，所述刮刀调整块的坡形内壁上安装有衬底，所述衬底与刮刀调整块的坡形内壁可拆卸连接，以方便更换。

进一步的，所述衬底的材料可为任意材质，如金属、陶瓷、尼龙或者聚四氟乙烯等。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、储粉仓开口直接对应粉末流出通道，直接以刮刀刀刃形成的开口为出粉口，利用刮刀进行往复来回的铺粉，其结构简单，占用空间小，由于简化了装置结构，从而也使结构的可靠性得到提高。

2、刀刃相对形成的出粉口的间隙可调，可满足不同铺粉速度下的送粉要求以及出粉量。

3、刮刀可拆卸，方便拆装、维修以及更换。

4、相对于双缸式铺粉装置和移动漏斗式铺粉装置而言，一方面，本发明中铺粉装置为实时送粉，且刮刀来回往复运动的速度同通过调节步进电机转速来调节，可实现高效率铺粉；另一方面，本发明采用刀刃铺粉，刀刃具有铣削作用，可把已成形粉末层中翘起部位铣平，避免影响当前铺粉层的铺粉质量。

5、相对于辊式铺粉机构，由于设置了衬底，使装置不容易发生粘粉现象，可提高铺粉过程的稳定性。

6、该装置在铺粉过程中无外露粉末，不易使粉末产生扬灰而污染成形室中运动机构表面，更环保。

7、具有多个粉末回收箱以用于铺粉过程中溢出的粉末从粉末下落口落入其中，实现粉末回收利用，更加节约资源和成本。

总之，本发明的铺粉装置结构简单、拆装方便、运行控制便捷，有利于设备的维护和使用寿命，且总体质量轻，移植方便，且铺粉效率高，铺粉质量好，可节省铺粉时间，提高成形效率，还可以通过调节出粉口使其适应各种粉末材料。

附图说明

图1是本发明实施例中铺粉装置的结构示意图；

图2(a)、(b)均是本发明实施例中刮刀调整块连接刮刀和支撑板的结构示意图；

图3是本发明实施例中支撑板与刮刀调整块拆分后的结构示意图；

图4是本发明实施例中铺粉装置的支撑板俯视图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-储粉仓 2-支撑板 3-刮刀调整块

4-步进电机 5-同步带轮 6-齿形同步带

7-滑块 8-直线导轨 9-工作台

10-粉末回收箱 11-工作粉缸 12-刮刀

13-衬底，

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例中铺粉装置的结构示意图，从图中可知，该装置包括工作台9，工作台9开有铺粉口和粉末下落口，粉末下落口具有两个，分别位于铺粉口的两端；直线导轨具有相互平行的第一导轨和和第二导轨，分别位于所述铺粉口两侧，所述第一导轨和和第二导轨上均具有滑块7，所述滑块7用于支撑位于其上的且具有通口的支撑板2，即支撑板横跨导轨并在两端被滑块7支撑。

图2(a)、(b)均是本发明实施例中刮刀调整块连接刮刀和支撑板的结构示意图，从图中可知，刮刀调整块3具有坡形的内壁，所述刮刀调整块具有形状相同的两个，两个所述的刮刀调整块相对固定在所述支撑板2通口两侧以使坡形内壁相对而形成漏斗形通口，该漏斗形通口是横截面呈倒置的等腰梯形的长条状的通口，以供来自所述支撑板通口的粉末从漏斗形通口流出。刮刀调整块的坡形内壁上安装有衬底13，所述衬底与刮刀调整块的坡形内壁可拆卸连接，以方便更换。所述衬底的材料可为任意材质，本实施例中衬底为尼龙。尼龙材质的衬底导热性能要低于金属，在SLS成形过程中，不容易粘黏覆膜粉末而阻碍落粉。刮刀12具有坡形内壁和刀刃的块状，其具有形状相同的两个，两个所述刮刀分别相对的可拆卸安装在所述刮刀调整块底部，即一个刮刀调整块底部安装一个刮刀12，相对安装以使坡形内壁相对形成刮刀通口，同时使刀刃相对形成出粉口，所述刮刀通口与所述漏斗形通口以及所述出粉口形成粉末流出通道，组成该粉末流出通道的壁倾斜角度相一致，使得粉末流出通道的壁为整体的平面状，刮刀通口的形状类似于漏斗形通口，其横截面也呈倒置的等腰梯形状，粉末从粉末流出通道落入刮刀刀刃处，被刮刀进行铺设。

支撑板2通口上方安装有储粉仓1，该储粉仓1底部具有开口，并该开口与支撑板上的通口形成通道，以供来自储粉仓的粉末通过所述通道流经漏斗形通口后落入刮刀处。储粉仓的形状为棱锥形，棱锥斜面倾斜角度大于50度，底部开口为长方形，其长度略大于粉末床的宽度。棱锥斜面倾斜角度大于50度是为了满足流动性较差粉末的顺利落粉。

本实施例装置还包括工作粉缸11，工作粉缸固定在工作台底面，且位于铺粉口的正下方并该工作分缸的开口与铺粉口大小一致紧密吻合，以防止铺设粉末过程中，粉末从缝隙中漏出。工作粉缸内有一上下活动的粉末床，粉末床与工作台面低一定距离用于形成容置待铺设的粉末的空间。实际中，该工作粉缸内具有一活塞杆，粉末床被活塞杆支撑固定，并可随活塞杆上升或者下降，使活塞杆下降一定高度后，粉末床则下降相同高度，也即粉末床比工作台的台面低一定距离，则形成了一定层厚的空间，可用于铺设粉末。

本实施例装置还包括粉末回收箱10，其分别位于所述工作粉缸11的两侧，并正位于铺粉口两端的粉末下落口处，以用于铺粉过程中溢出的粉末从粉末下落口落入其中实现粉末回收利用。

本实施例装置中，支撑板2与一金属块通过螺纹固定连接，该金属块挤压齿形同步带6，金属块与齿形同步带形成的压力使得支撑板2与齿形同步带固定连接，齿形同步带6受被步进电机4驱动的同步带轮5带动，同步带轮5正转或者反转使得齿形同步带6来回移动，带动了支撑板2与滑块7在直线导轨8上往复移动。刀刃受往复运动的支撑板带动而对从粉末流出通道落入刀刃处的粉末来回执行铺粉工作，实现粉末均匀的快速的铺设在粉末床。

图3是本发明实施例中支撑板与刮刀调整块拆分后的结构示意图，图4是本发明实施例中铺粉装置的支撑板俯视图，结合以上四副图，进一步详细说明出粉口大小可调节。本实施例装置中，相对固定在所述支撑板2通口两侧的刮刀调整块间的距离能够调节，以调节固定在刮刀调整块上的刮刀刀刃形成的出粉口大小。刮刀调整块通过支撑板2上的长条形孔固定在该支撑板上，所述长条形孔用于灵活移动螺钉的位置从而实现调整刮刀调整块间的距离。当需要调宽时，按照相反的方向沿长条形孔调节螺钉，使螺钉相互远离，接着旋紧螺钉，即实现了调宽刮刀调整块间的距离，反之，则按照相对的方向沿长条形孔调节螺钉，使螺钉相互靠近，即可实现调窄刮刀调整块间的距离。具体到图4中，可知支撑板通口两侧具有3对长条形口，但是本发明对长条状螺纹口的数量不进行具体限定。

本发明铺粉装置的铺粉过程为：

(1)先将工作粉缸中的粉末床降低一定高度，使粉末床低于工作台面以形成具有一定层厚的空间，该空间即为容置待铺设粉末的空间；

(2)由步进电机4作为动力源，启动步进电机，电机正反交替转动从而使电机轴正反交替转动，电机轴与同步带轮5连接，从而使同步带轮与电机轴同步转动，同步齿形带与支撑板固定，即可带动支撑板以及支撑上方的储料仓和支撑板下方的刮刀同步往复移动，粉末从储粉仓经过粉末流出通道流出后，落入刀刃处，被来回移动的刮刀来回正反刮动，即实现均匀快速的铺粉。

铺粉过程中，工作台9多余溢出的粉在刮刀12的推动下落到粉末床两端的粉末回收箱10，粉末回收箱10为活动式，当装满粉末后可直接抽出进行替换。

按照以上步骤交替重复进行，即可重复进行铺粉。

实际情况中，还可以在工作台的一端上安装粘结剂体系的喷射装置，用于在铺设一层粉末后选择性喷射粘结剂体系以固化粉末。或者，在粉末床正上方安装激光器及配套装置，实现对粉末层的选择性烧结固化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种随动下落式铺粉装置，用于粉末材料快速成形中铺设粉末，其包括：

工作台(9)，所述工作台(9)开有铺粉口和粉末下落口；

直线导轨(8)，所述直线导轨具有相互平行的第一导轨和第二导轨，分别位于所述铺粉口两侧，所述第一导轨和第二导轨上均具有滑块(7)，所述滑块(7)用于支撑位于其上的且具有通口的支撑板(2)；

刮刀调整块(3)，该刮刀调整块具有坡形的内壁，所述刮刀调整块具有形状相同的两个，两个所述的刮刀调整块相对固定在所述支撑板(2)通口两侧以使坡形内壁相对而形成漏斗形通口，以供来自所述支撑板通口的粉末从该漏斗形通口流出；

刮刀(12)，其为具有坡形内壁和刀刃的块状，具有形状相同的两个，两个所述刮刀分别相对的可拆卸安装在所述刮刀调整块底部，以使刮刀的坡形内壁相对形成刮刀通口，同时使刀刃相对形成出粉口，所述刮刀通口与所述漏斗形通口以及所述出粉口形成粉末流出通道；所述刀刃受支撑板带动而往复运动以能对从粉末流出通道落入刀刃处的粉末在铺粉面来回抹平，实现粉末均匀快速的铺设。

2.如权利要求1所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，相对固定在所述支撑板(2)通口两侧的刮刀调整块间的距离能够调节，以用于调节固定在刮刀调整块上的刮刀刀刃形成的出粉口大小。

3.如权利要求2所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，所述刮刀调整块通过支撑板(2)上的长条孔固定在该支撑板上，所述长条孔用于供固定所述刮刀调整块和所述支撑板的紧固件灵活移动位置从而实现调整刮刀调整块间的距离。

4.如权利要求1所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，还包括工作粉缸(11)，其固定在所述工作台底面，且位于所述铺粉口的正下方并该工作粉缸的开口与铺粉口大小一致且紧密吻合，所述工作粉缸容置有能够上下活动的粉末床，用于移动所述粉末床以使该粉末床与工作台的台面低一定距离从而形成用于容置一层粉末的空间。

5.如权利要求4所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，所述支撑板(2)通口上方安装有储粉仓(1)，该储粉仓(1)底部具有开口，并该开口与支撑板上的通口形成通道，以供来自储粉仓的粉末通过所述通道落入所述粉末流出通道。

6.如权利要求5所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，所述储粉仓的形状为棱锥形，且该棱锥形的斜面的倾斜角度大于50度，并底部的所述开口为长方形，该开口长度大于粉末床的宽度。

7.如权利要求4所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，还包括多个粉末回收箱(10)，其分别位于所述工作粉缸(11)的两侧，并正位于粉末下落口处，以用于铺粉过程中溢出的粉末从粉末下落口落入其中实现粉末回收利用。

8.如权利要求1所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，所述支撑板(2)与齿形同步带(6)相固定连接，所述齿形同步带(6)受被步进电机(4)正反驱动的同步带轮(5)带动，以实现所述支撑板的往复运动。

9.如权利要求1所述的一种随动下落式铺粉装置，其特征在于，所述刮刀调整块的坡形内壁上安装有衬底(13)，所述衬底与刮刀调整块的所述坡形内壁可拆卸连接，以方便更换。