CN104475729B - 一种用于制造三维物体的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造三维物体的装置及方法,装置包括承载器,在所述承载器上制造三维物体;送铺粉系统,按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,将粉末平铺到所述承载器上,或平铺到在先固化的层上;固化系统,用于在每一层的对应位置烧结粉末;其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量,本发明的用于制造三维物体的装置可在保证三维物体顺利制造的前提下,通过精确控制送粉量,从而减少了剩余粉量,进而减小了供粉缸的体积大小,使整个装置结构更紧凑。
Description
技术领域
本发明属于快速成型制造领域,具体涉及一种用于制造三维物体的装置及方法。
背景技术
现有技术中制造三维物体的方法,首先在工作平面平铺一层粉末,通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化、接着在已固化层上平铺相同层厚的粉末,通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化粘接在已固化层上,重复上述步骤直至三维物体成型结束。
现有技术中,每一层所铺的粉末是相同厚度,然而由于每一层所需粉末的实际量不同,因此为了保证三维物体顺利烧结完成,因此每一层所述铺粉的厚度则根据所需粉末实际量最大层的粉末量而定,这样,虽然可以实现三维物体的顺利制造,但这样会大大增加粉末的剩余量,从而相应地增加了供粉缸的体积。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术存在的问题,提供了一种精确控制送粉量,减少剩余粉量的用于制造三维物体的装置及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种用于制造三维物体的装置,包括:
承载器,在所述承载器上制造三维物体;
送铺粉系统,按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,将粉末平铺到所述承载器上,或平铺到在先固化的层上;
固化系统,用于在每一层的对应位置烧结粉末;
其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
进一步优选地,所述当前层所需的送粉量根据当前单位区域所需的送粉量计算得到。
进一步优选地,所述送铺粉系统根据以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量 :
其中,为工作平面单位区域的烧结面积, 为粉末下陷系数,为单位区域的X轴坐标值,为粉末流动性系数,d为送铺粉系统的铺粉器在X轴方向上的长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
进一步优选地,以送铺粉方向为Y轴方向对工作平面建立XY轴直角坐标系,并沿X轴方向将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且单位区域与X轴方向垂直。
进一步优选地,所述送铺粉系统根据以下方式计算当前单位区域所需的送粉量:
根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量,其中
根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和,其中,
根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和,其中
计算当前单位区域实际剩余粉末量,其中,
当的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量。
一种用于制造三维物体的方法,包括以下步骤:
按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,送铺粉系统将粉末平铺到承载器或在先固化的层上;
通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化;
重复上述步骤直至三维物体成型完成结束;
其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
进一步优选地,所述当前层所需的送粉量根据当前单位区域所需的送粉量计算得到。
进一步优选地,所述送铺粉系统根据以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量:
其中,为工作平面单位区域的烧结面积, 为粉末下陷系数,为单位区域的X轴坐标值,为粉末流动性系数,d为送铺粉系统的铺粉器在X轴方向的长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
进一步优选地,以送铺粉方向为Y轴方向对工作平面建立XY轴直角坐标系,并沿X轴方向将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且单位区域与X轴方向垂直。
进一步优选地,所述送铺粉系统计算当前单位区域所需的送粉量具体包括:
根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量,其中
根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和,其中,
根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和,其中
计算当前单位区域实际剩余粉末量,其中,
当的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量。
本发明的用于制造三维物体的装置,通过包括承载器,在所述承载器上制造三维物体;送铺粉系统,按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,将粉末平铺到所述承载器上,或平铺到在先固化的层上;固化系统,用于在每一层的对应位置烧结粉末;其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量,使得在保证三维物体顺利制造的前提下,通过精确控制送粉量,从而减少了剩余粉量,进而减小了供粉缸的体积大小,使整个装置结构更紧凑。
本发明的用于制造三维物体的方法,通过包括以下步骤:按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,送铺粉系统将粉末平铺到承载器或在先固化的层上;通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化;重复上述步骤直至三维物体成型完成结束;其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量,使得在保证三维物体顺利制造的前提下,通过精确控制送粉量,从而减少了剩余粉量,进而减小了供粉缸的体积大小,使整个装置结构更紧凑。
附图说明
图1是本发明用于制造三维物体的装置提供的一实施例的结构示意图;
图2为本发明用于制造三维物体的方法提供的一实施例的方法流程图;
图3是本发明实施例提供的送铺粉系统计算当前单位区域所需送粉量的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明用于制造三维物体的装置提供的一实施例的结构示意图,如图1所示,用于制造三维物体的装置包括:
承载器3,在所述承载器3上制造三维物体2;
送铺粉系统4,按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,将所述粉末平铺到所述承载器3上,或平铺到在先固化的层上;
固化系统1,用于在所述每一层的对应位置烧结粉末;
其中,所述送铺粉系统4根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
本发明的用于制造三维物体的装置,通过包括承载器3,在所述承载器3上制造三维物体2;送铺粉系统4,按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,将粉末平铺到所述承载器3上,或平铺到在先固化的层上;固化系统1,用于在每一层的对应位置烧结粉末;其中,所述送铺粉系统4根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量,使得在保证三维物体2顺利制造的前提下,通过精确控制送粉量,从而减少了剩余粉量,进而减小了供粉缸的体积大小,使整个装置结构更紧凑。
可以理解的是,所述当前层所需的送粉量可根据当前单位区域所需的送粉量计算得到,因为当前层所需的送粉量的层高与当前单位区域所需的送粉量层高相等,因此可通过当前单位区域所需的送粉量计算层高,再由层高计算当前层所需的送粉量,或者直接控制当前层所需的送粉量的层高进行送铺粉。
作为本发明的一种优选实施方式,所述送铺粉系统4根据以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量:
其中,为工作平面单位区域的烧结面积, 为粉末下陷系数,为单位区域的X轴坐标值,为粉末流动性系数,d为送铺粉系统4的铺粉器在X轴方向上的长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
在此需说明的是,上述公式中的为中间量,可通过该中间量计算得到当前单位区域所需的送粉量。
在本发明的具体实施中,以送铺粉方向为Y轴方向对工作平面建立XY轴直角坐标系,并沿X轴方向将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且单位区域与X轴方向垂直,所述铺粉器可为辊筒或刮板。
作为本发明的一种优选实施方式,所述送铺粉系统4根据以下方式计算当前单位区域所需的送粉量:
根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量,其中
根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和,其中,
根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和,其中
计算当前单位区域实际剩余粉末量,其中,
当的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量,从而可获得当前层所需的送粉量。
图2为本发明用于制造三维物体的方法提供的一实施例的方法流程图,如图2所示,用于制造三维物体的方法包括以下步骤:
步骤21、按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,送铺粉系统将粉末平铺到承载器或在先固化的层上,其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
步骤22、通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化;
步骤23、重复上述步骤直至三维物体成型完成结束;
该步骤具体为,当三维物体成型完成时,结束流程,否则返回执行步骤21。
本发明的用于制造三维物体的方法,通过包括以下步骤:按照平行于工作平面的X轴方向或Y轴方向,送铺粉系统将粉末平铺到承载器或在先固化的层上;通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化;重复上述步骤直至三维物体成型完成结束;其中,所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量,使得在保证三维物体顺利制造的前提下,通过精确控制送粉量,从而减少了剩余粉量,进而减小了供粉缸的体积大小,使整个装置结构更紧凑。
可以理解的是,所述当前层所需的送粉量可根据当前单位区域所需的送粉量计算得到,因为当前层所需的送粉量的层高与当前单位区域所需的送粉量层高相等,因此可通过当前单位区域所需的送粉量计算层高,在有层高计算当前层所需的送粉量,或者直接控制当前层所需的送粉量的层高进行送铺粉。
作为本发明的一种优选实施方式,所述送铺粉系统通过以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量:
其中,为工作平面单位区域的烧结面积, 为粉末下陷系数,单位区域的X轴坐标值,为粉末流动性系数,d为送铺粉系统中铺粉器在X轴方向上的长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
在此需说明的是,上述公式中的为中间量,可通过该中间量计算得到当前单位区域所需的送粉量。
具体实施中,以送铺粉方向为Y轴方向对工作平面建立XY轴直角坐标系,并沿X轴方向将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且单位区域与X轴方向垂直。
所述铺粉器可为辊筒或刮板。
作为本发明的一种优选实施方式,如图3所示,所述送铺粉系统计算当前单位区域所需的送粉量具体包括以下步骤:
步骤31、根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量,其中
步骤32、根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和,其中,
步骤33、根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和,其中
步骤34、计算当前单位区域实际剩余粉末量,其中,
步骤35、当的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量。
在此需说明的是,图3显示了一种按照步骤31-35的顺序执行的具体实施例,但本发明不限于该实施例的步骤顺序,例如步骤31可在步骤33后执行,步骤32和步骤33的顺序也可以交换,……。
以上三个实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出,在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于制造三维物体的装置,包括:
承载器,在所述承载器上制造三维物体;
送铺粉系统,用于将所述粉末平铺到所述承载器上,或平铺到在先固化的层上;
固化系统,用于在所述每一层的对应位置烧结粉末;
其特征在于:所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
2.根据权利要求1所述的用于制造三维物体的装置,其特征在于,所述当前层所需的送粉量根据当前单位区域所需的送粉量计算得到。
3.根据权利要求2所述的用于制造三维物体的装置,其特征在于,所述送铺粉系统根据以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量ω:
Min(λμ)=0;
x∈(μ-2.586σ,μ+2.586σ);
μ∈(0,d);
其中,ΑX为工作平面单位区域的烧结面积,为粉末下陷系数,μ为单位区域的X轴坐标值,σ为粉末流动性系数,d为送铺粉系统中铺粉器的轴向长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
4.根据权利要求3所述的用于制造三维物体的装置,其特征在于,沿着铺粉器的轴向方向,将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且以铺粉器的轴向方向为X轴方向。
5.根据权利要求3或4所述的用于制造三维物体的装置,其特征在于,所述送铺粉系统根据以下方式计算当前单位区域所需的送粉量ω:
根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量δX,其中
根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和Tμs,
其中,
根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和其中
计算当前单位区域实际剩余粉末量λμ,其中,
θx=ω-δX;
当λμ的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量ω。
6.一种用于制造三维物体的方法,包括以下步骤:
送铺粉系统将粉末平铺到承载器或在先固化的层上;
通过电磁辐射或电子束照射相应位置的粉末并烧结固化;
重复上述步骤直至三维物体成型完成结束;
其特征在于:所述送铺粉系统根据当前层的烧结面积、粉末下陷系数、粉末流动性以及粉末流动的正态分布特性计算当前层所需的送粉量。
7.根据权利要求1所述的用于制造三维物体的方法,其特征在于,所述当前层所需的送粉量根据当前单位区域所需的送粉量计算得到。
8.根据权利要求7所述的用于制造三维物体的方法,其特征在于,所述送铺粉系统根据以下公式计算得到当前单位区域所需的送粉量ω:
Min(λμ)=0;
x∈(μ-2.586σ,μ+2.586σ);
μ∈(0,d);
其中,ΑX为工作平面单位区域的烧结面积,为粉末下陷系数,μ为单位区域的X轴坐标值,σ为粉末流动性系数,d为送铺粉系统中铺粉器的轴向长度,T为单位区域单层层高所需的粉末量。
9.根据权利要求8所述的用于制造三维物体的方法,其特征在于,沿着铺粉器的轴向方向,将工作平面划分为若干个面积相等的单位区域,且以铺粉器的轴向方向为X轴方向。
10.根据权利要求8或9所述的用于制造三维物体的方法,其特征在于,所述送铺粉系统计算当前单位区域所需的送粉量ω具体包括:
根据当前层的烧结截面,计算平行于铺粉方向的各单位区域所需的实际送粉量,其中
根据正态分布函数计算当前单位区域的比例和Tμs,其中,
根据粉末流动的正态分布特性计算当前单位区域的剩余粉末的和其中
计算当前单位区域实际剩余粉末量λμ,其中,
θx=ω-δX;
当λμ的最小值为零时,则获得当前单位区域所需的送粉量ω。
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