CN106553344A - 3d打印智能送粉系统及3d打印机 - Google Patents

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胡高峰
梁崇智
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高文华
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Abstract

本发明涉及一种3D打印智能送粉系统，用于将待成型粉末输送并平铺在成型缸内的成型基板上，该成型缸穿设在工作台内。该3D打印智能送粉系统包括盛粉罐、输送管道、铺粉器、以及开关。该盛粉罐用于储存该待成型粉末。该输送管道包括相背的输入端及输出端，该输入端处设置有一快换接头，该快换接头用以快速地使该盛粉罐的开口与该输入端的开口相接通或相分离。该铺粉器与该输出端的开口相连接，该铺粉器用以将该待成型粉末输送并平铺在该成型基板上。该开关设置在该快换接头与该铺粉器之间并用于阻隔或开放该输送管道的输送路径。本发明还提供一种3D打印机。

Description

3D打印智能送粉系统及3D打印机
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印智能送粉系统及具有该3D打印智能送粉系统的3D打印机。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用金属或非金属材料制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化堆积成型来构造三维的实体的打印设备。随着3D打印技术的快速发展，3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用。其中，送粉系统是3D打印机的重要组成部分，传统的送粉系统通常是打开手动操作窗口，手动朝送粉缸中添加特定量的待成型粉末，再通过刮刀将送粉缸中的待成型粉末平铺在成型缸中的成型基板的上表面。每次送粉缸中的待成型粉末使用完之后，都需要再次打开手动操作窗口来进行添加，浪费时间及精力，降低了3D打印的效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够节省时间及精力，提高3D打印的效率的3D打印智能送粉系统及一种具有该3D打印智能送粉系统的3D打印机。
一种3D打印智能送粉系统，用于将待成型粉末输送并平铺在成型缸内的成型基板上，该成型缸穿设在工作台内。该3D打印智能送粉系统包括盛粉罐、输送管道、铺粉器、以及开关。该盛粉罐用于储存该待成型粉末。该输送管道包括相背的输入端及输出端，该输入端处设置有一快换接头，该快换接头用以快速地使该盛粉罐的开口与该输入端的开口相接通或相分离。该铺粉器与该输出端的开口相连接，该铺粉器用以将该待成型粉末输送并平铺在该成型基板上。该开关设置在该快换接头与该铺粉器之间并用于阻隔或开放该输送管道的输送路径。
进一步地，该开关为电阀门，该3D打印智能送粉系统还包括处理器，该处理器包括第一感测器及第一控制器，该第一感测器设置在该铺粉器上并用于感测该铺粉器内的待成型粉末的剩余重量，该第一控制器用于在该剩余重量小于一预定下限值时开启该电阀门，并在该剩余重量到达一预定上限值时关闭该电阀门。
进一步地，该处理器还包括第二感测器，该第二感测器用于感测该盛粉罐中的待成型粉末的储存重量。
进一步地，该3D打印智能送粉系统还包括机械手，该处理器还包括第二控制器，该第二控制器用于在该储存重量小于一预设值时控制该机械手通过该快换接头更换该盛粉罐。
进一步地，该输送管道包括一弯折段，该弯折段位于该开关与该铺粉器之间。
进一步地，该铺粉器包括自转滚筒及设置在该滚筒两侧的刮刀，该滚筒的外圆周面上设置有多个凹陷，该滚筒的外圆周面与该输出端的开口对准。
进一步地，该工作台上开设有至少一个通孔，该3D打印智能送粉系统还包括至少一个收粉装置，该至少一个收粉装置包括：收粉罐，用于储存从该通孔落入的待成型粉末；传送管道，包括相背的第一端及第二端，该第一端与该通孔相接，该第二端处设置有一快换接头，该快换接头用以快速地使该收粉罐的开口与该第二端的开口相接通或相分离； 及电阀门，设置在该快换接头与该通孔之间并用于阻隔或开放该传送管道的传送路径。
进一步地，该3D打印智能送粉系统还包括处理器，该处理器包括收粉感测器，该收粉感测器用于感测该收粉罐中的待成型粉末的收粉重量。
进一步地，该3D打印智能送粉系统还包括机械手，该处理器还包括收粉控制器，该收粉控制器用于在该收粉重量大于一设定值时控制该机械手通过该快换接头更换该收粉罐。
进一步地，包括激光装置及如上所述的3D打印智能送粉系统，该激光装置设置在该工作台的上方，该激光装置发出的激光光束与该成型基板的上表面对准。
相较于现有技术，本发明中的3D打印智能送粉系统在待成型粉末使用完后，可以通过快换接头进行整罐更换，避免现有技术中每次需要打开手动操作窗口来进行手动添加，节省时间及精力，提高了3D打印的效率。
附图说明
图1是本发明第一实施方式提供的3D打印智能送粉系统的立体示意图。
图2是图1的3D打印智能送粉系统中的铺粉器的平面示意图。
图3是图1的3D打印智能送粉系统中的处理器的模块示意图。
图4是图1的3D打印智能送粉系统的工作流程示意图。
图5是本发明第二实施方式提供的3D打印机的立体示意图。
主要元件符号说明
3D打印智能送粉系统 100
成型缸 10
成型基板 12
上表面 122
调平基板 14
活塞 16
活塞缸 162
活塞杆 164
活塞本体 166
工作台 20
穿孔 22
通孔 24
盛粉罐 30
输送管道 40
输入端 42
输出端 44
快换接头 46、746
弯折段 48、748
铺粉器 50
滚筒 52
外圆周面 522
凹陷 524
刮刀 54
开关 60
电阀门 60、76
收粉装置 70
传送管道 74
第一端 742
第二端 744
处理器 80
第一感测器 81
第二感测器 82
第三感测器 83
第四感测器 84
第一控制器 85
第二控制器 86
第三控制器 87
第四控制器 88
机械手 200
3D打印机 300
激光装置 90
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明第一实施方式提供的3D打印智能送粉系统100。该3D打印智能送粉系统100用于将待成型粉末输送并平铺在成型缸10内的成型基板12上，该成型缸10穿设在工作台20内。
具体地，该工作台20开设有一个穿孔22及两个通孔24，该成型缸10安装在该穿孔22内，且该成型缸10的开口与该穿孔22对准。该两个通孔24分别位于该工作台20的相背两端。该成型缸10内除了设置有成型基板12外，还设置有调平基板14及活塞16。该活塞16包括活塞缸162、能够伸缩的活塞杆164及活塞本体166，该活塞缸162位于该成型缸10的底部，该活塞杆164的一端连接该活塞缸162，另一端连接该活塞本体166。该调平基板14及该成型基板12依序设置在该活塞本体166上，且该成型基板12固定在该调平基板14上。当该活塞缸162驱动该活塞杆164伸长时，该成型基板12与该调平基板14会一起向上(图1中Z轴正方向)移动直至该成型基板12的上表面122与该工作台20的上表面齐平。
该3D打印智能送粉系统100包括盛粉罐30、输送管道40、铺粉器50、开关60、两个收粉装置70、处理器80、以及机械手200(图2示)。
该盛粉罐30用于储存待成型粉末。本实施方式中，盛粉罐30的数量为多个，且初始状态下，每个盛粉罐30均存满待成型粉末以便更换。另外，该待成型粉末可以是由金属或非金属材料制成。
该输送管道40包括相背的输入端42及输出端44。该输入端42处设置有一快换接头46。该快换接头46用以快速地使该盛粉罐30的开口与该输入端42的开口相接通或相分离，从而实现盛粉罐30的更换动作。该输送管道40包括一弯折段48，该弯折段48位于该输入端42与该输出端44之间，用于在待成型粉末落下对其起到缓冲作用。在其他实施方式中，该输送管道40还可以不包括弯折段48，而是全直线管道，此时取代弯折段48的可以是其他的缓冲结构，例如，直接在管道内壁上设置凸起增大摩擦、或沿着径向或者轴向设置缓冲条等。在又一实施方式中，该输送管道40还可以包括连续弯曲的多段结构，同样也可以起到缓冲作用。
请结合图2，该铺粉器50与该输出端44的开口相连接，用以将该待成型粉末输送并平铺在该成型基板12的上表面122上。具体地，该铺粉器50包括一个自转滚筒52及两个设置在该滚筒52两侧的刮刀54。该滚筒52的外圆周面522与该输出端44的开口对准，且该滚筒52的外圆周面522具有一定的粗糙度，例如，设置有多个凹陷524。
该开关60设置在该快换接头46与该铺粉器50之间并用于阻隔或开放该输送管道40的输送路径。本实施方式中，该开关60为电阀门，其不仅能够控制该输送路径的开启及关闭，还可以通过控制该电阀门60开启的大小来控制待成型粉末的流量。为了更好的起到缓冲作用，该输送管道40的弯折段48或者其他的缓冲结构设置在该开关60与该铺粉器50之间。
该两个收粉装置70分别与该两个通孔24一一对应安装，每个收粉装置70包括多个收粉罐72、一个传送管道74、以及一个电阀门76。
该收粉罐72用于储存从对应的通孔24落入的待成型粉末。
该传送管道74包括相背的第一端742及第二端744，该第一端742与对应的通孔24相接，该第二端744处设置有一快换接头746，该快换接头746用以快速地使该收粉罐72的开口与该第二端744的开口相接通或相分离，从而实现收粉罐72的更换动作。该传送管道74包括一弯折段748，该弯折段748位于该第一端742及该第二端744之间，用于在待成型粉末落下对其起到缓冲作用。在其他实施方式中，该传送管道74还可以不包括弯折段748，而是全直线管道，取代弯折段748的可以是其他的缓冲结构，例如，直接在管道内壁上设置凸起增大摩擦、或沿着径向或者轴向设置缓冲条等。在又一实施方式中，该传送管道74还可以包括连续弯曲的多段结构，同样也可以起到缓冲作用。
该电阀门76设置在该快换接头746与该通孔24之间并用于阻隔或开放该传送管道74的传送路径。本实施方式中，该电阀门76还可以通过控制该电阀门76开启的大小来控制待成型粉末的流量。为了更好的起到缓冲作用，该传送管道74的弯折段748或者其他的缓冲结构设置在电阀门76与收粉罐72之间。
请参阅图3，该处理器80包括一个第一感测器81、一个第二感测器82、一个第三感测器83(收粉感测器)、一个第四感测器84(收粉感测器)、一个第一控制器85、一个第二控制器86、一个第三控制器87(收粉控制器)、以及一个第四控制器88(收粉控制器)。
请一并参阅图1及图3，该第一感测器81设置在该铺粉器50上，用于感测该铺粉器50内的待成型粉末的剩余重量X0。该第一控制器85与该第一感测器81及该电阀门60电性连接，用于在该剩余重量X0小于一预定下限值Xmin时开启该电阀门60，并在该剩余重量X0到达一预定上限值Xmax时关闭该电阀门60。
该第二感测器82用于感测该盛粉罐30中的待成型粉末的储存重量Y0。该第二控制器86用于在该储存重量Y0小于一预设值Ymin时控制该机械手200通过该快换接头46更换该盛粉罐30。
该第三感测器83及该第四感测器84分别对应该两个收粉装置70，该第三控制器87及该第四控制器88也分别对应该两个收粉装置70，该第三控制器87与该第三感测器83及该机械手200电性连接，该第四控制器88与该第四感测器84及该机械手200电性连接。
具体地，该第三感测器83及该第三控制器87均对应其中一个收粉装置70，例如图1中右边的收粉装置70，该第三感测器83用于感测对应收粉装置70中的收粉罐72中的待成型粉末的收粉重量W0，该第三控制器87用于在该第三感测器83感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并控制该机械手200通过对应的快换接头746更换对应的收粉罐72。该第四感测器84及该第四控制器88均对应另外一个收粉装置70，例如图1中左边的收粉装置70，该第四感测器84用于感测对应收粉装置70中的收粉罐72中的待成型粉末的收粉重量W0，该第四控制器88用于在该第四感测器84感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并控制该机械手200通过对应的快换接头746更换对应的收粉罐72。
初始状态时，该铺粉器50中待成型粉末的重量X0为零，该盛粉罐30中盛满待成型粉末。请参阅图4，以下为本实施方式中的3D打印智能送粉系统100将待成型粉末输送并平铺在成型缸10内的成型基板12上的工作原理：
第一步，该第一感测器81持续感测该铺粉器50中待成型粉末的剩余重量X0。
第二步，该第一控制器85将第一感测器81感测到的剩余重量X0与一预定下限值Xmin及一预定上限值Xmax进行比较，并根据比较结果来控制是否开启该电阀门60，当X0<Xmin，该第一控制器85开启该电阀门60并执行第三步至第四步，当X0到达预定上限值Xmax，该第一控制器85关闭该电阀门60并执行第五步。
第三步，该第二感测器82持续感测该盛粉罐30中的待成型粉末的储存重量Y0。
第四步，该第二控制器86将第二感测器82感测到的储存重量Y0与一预设值Ymin进行比较，并根据比较结果来控制该机械手200通过该快换接头46更换该盛粉罐30。具体地，当Y0<Ymin，该第二控制器86控制该机械手200通过该快换接头46更换该盛粉罐30，当Y0>Ymin，不进行更换该盛粉罐30的动作。
第五步，该滚筒52转动及该铺粉器50沿X轴正方向移动，该滚筒52转动使从该输出端44的开口落到滚筒52凹陷524内的待成型粉末因为重力的原因掉落在工作台20上，该铺粉器50沿X轴正方向移动使刮刀54也沿着X轴正方向移动直到完全经过该成型基板12，刮刀54将掉落在工作台20上待成型粉末输送并平铺在该成型基板12的上表面122上，即完成第一层的铺粉动作，之后便可以进行第一层的3D打印动作。在第五步的执行过程中会返回执行第一步的动作直至完成第一层铺粉动作。
在进行下一层的铺粉动作时，步骤同上述第一步至第五步，所不同的是第五步中铺粉器50是沿X轴负方向移动。如此来回进行多层铺粉及多层打印，即可完成最终的3D打印获得需要的三维实体。
在第五步执行过程中，未充分利用的待成型粉末会通过两个通孔24被对应的两个收粉装置70收集起来，可以作为下一次铺粉所用，两个电阀门76的初始状态均为开启状态，未充分利用的待成型粉末可以直接落入收粉罐72内。以下就来详细叙述收粉装置70的收粉原理：
当铺粉器50沿X轴正方向移动使刮刀54推动未充分利用的待成型粉末(未铺到成型基板12的上表面122上的待成型粉末)进入右边通孔24时，未充分利用的待成型粉末可以直接落入右边的收粉罐72内，该第三感测器83用于感测对应收粉装置70中的收粉罐72中的待成型粉末的收粉重量W0，该第三控制器87用于在该第三感测器83感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并控制该机械手200通过对应的快换接头746更换对应的收粉罐72。更换完成后，该第三控制器87重新开启电阀门76。
当铺粉器50沿X轴负方向移动使刮刀54推动未充分利用的待成型粉末进入左边通孔24，未充分利用的待成型粉末可以直接落入左边的收粉罐72内，该第三感测器83用于感测对应收粉装置70中的收粉罐72中的待成型粉末的收粉重量W0，该第三控制器87用于在该第三感测器83感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并控制该机械手200通过对应的快换接头746更换对应的收粉罐72。更换完成后，该第三控制器87重新开启电阀门76。
本实施方式中的3D打印智能送粉系统100在待成型粉末使用完后，可以通过快换接头46进行整罐更换，避免现有技术中每次需要打开手动操作窗口来进行手动添加，节省时间及精力，提高了3D打印的效率。而且，3D打印智能送粉系统100还使用了处理器80对铺粉器50中的待成型粉末是否需要补充，补充的量是否足够，以及盛粉罐30中的待成型粉末是否已经用光进行监控，并通知电阀门60、机械手200、铺粉器50进行对应的动作，全程避免了人为参与，实现了全智能化，进一步提高了3D打印的效率。
可以理解，在其他实施方式中，3D打印智能送粉系统100可以不包括机械手200，此时，该第二控制器86用于在盛粉罐30的储存重量小于一预设值时报警提示操作人员更换盛粉罐30，操作人员可以手动更换该盛粉罐30。该第三控制器87用于在该第三感测器83感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并报警通知操作人员更换对应的收粉罐72，操作人员可以手动更换对应的收粉罐72。该第四控制器88用于在该第四感测器84感测到的收粉重量W0大于一设定值Wmax时关闭电阀门76并报警通知操作人员更换对应的收粉罐72，操作人员可以手动更换对应的收粉罐72。
可以理解，在其他实施方式中，通孔24的数量可以不局限于本实施方式中为两个，可以为一个，或者三个、四个、甚至更多个，对应地，收粉装置70的数量也不局限于本实施方式中为两个，可以为一个，或者三个、四个、甚至更多个，通常情况下，收粉装置70的数量需与通孔24的数量相同，且位置为一一对应的关系。
还可以理解，在其他实施方式中，开关60并不局限于本实施方式中为电阀门，还可以是普通的阀门，在此情况下，需要人工进行打开或者关闭的操作。同样地，电阀门76也不用普通的阀门来替代，在此种情况下，也需要人工进行打开或者关闭的操作。
请参阅图5，为本发明第二实施方式提供的3D打印机300。该3D打印机300包括第一实施方式中的3D打印智能送粉系统100及激光装置90。该激光装置90设置在该工作台20的上方，该激光装置90发出的激光光束与该成型基板12的上表面122对准。
本实施方式中的3D打印机300所具备的有益效果与第一实施方式中的3D打印智能送粉系统100所具备的有益效果完全相同，在此不再赘述。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印智能送粉系统，用于将待成型粉末输送并平铺在成型缸内的成型基板上，该成型缸穿设在工作台内，其特征在于，该3D打印智能送粉系统包括：
盛粉罐，用于储存该待成型粉末；
输送管道，包括相背的输入端及输出端，该输入端处设置有一快换接头，该快换接头用以快速地使该盛粉罐的开口与该输入端的开口相接通或相分离；
与该输出端的开口相连接的铺粉器，该铺粉器用以将该待成型粉末输送并平铺在该成型基板上；及
开关，设置在该快换接头与该铺粉器之间并用于阻隔或开放该输送管道的输送路径。
2.如权利要求1所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该开关为电阀门，该3D打印智能送粉系统还包括处理器，该处理器包括第一感测器及第一控制器，该第一感测器设置在该铺粉器上并用于感测该铺粉器内的待成型粉末的剩余重量，该第一控制器用于在该剩余重量小于一预定下限值时开启该电阀门，并在该剩余重量到达一预定上限值时关闭该电阀门。
3.如权利要求2所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该处理器还包括第二感测器，该第二感测器用于感测该盛粉罐中的待成型粉末的储存重量。
4.如权利要求3所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该3D打印智能送粉系统还包括机械手，该处理器还包括第二控制器，该第二控制器用于在该储存重量小于一预设值时控制该机械手通过该快换接头更换该盛粉罐。
5.如权利要求1所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该输送管道包括一弯折段，该弯折段位于该开关与该铺粉器之间。
6.如权利要求1所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该铺粉器包括自转滚筒及设置在该滚筒两侧的刮刀，该滚筒的外圆周面上设置有多个凹陷，该滚筒的外圆周面与该输出端的开口对准。
7.如权利要求1所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该工作台上开设有至少一个通孔，该3D打印智能送粉系统还包括至少一个收粉装置，该至少一个收粉装置包括：
收粉罐，用于储存从该通孔落入的待成型粉末；
传送管道，包括相背的第一端及第二端，该第一端与该通孔相接，该第二端处设置有一快换接头，该第二端的快换接头用以快速地使该收粉罐的开口与该第二端的开口相接通或相分离； 及
电阀门，设置在该第二端的快换接头与该通孔之间并用于阻隔或开放该传送管道的传送路径。
8.如权利要求7所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该3D打印智能送粉系统还包括处理器，该处理器包括收粉感测器，该收粉感测器用于感测该收粉罐中的待成型粉末的收粉重量。
9.如权利要求8所述的3D打印智能送粉系统，其特征在于，该3D打印智能送粉系统还包括机械手，该处理器还包括收粉控制器，该收粉控制器用于在该收粉重量大于一设定值时控制该机械手通过该第二端的快换接头更换该收粉罐。
10.一种3D打印机，包括激光装置及如权利要求1至9任意一项所述的3D打印智能送粉系统，该激光装置设置在该工作台的上方，该激光装置发出的激光光束与该成型基板的上表面对准。
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