CN107891147A - 一种铺撒构件、连续铺撒机构以及连续粉末沉积打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铺撒构件、连续铺撒机构以及连续粉末沉积打印设备。属于3D打印领域，包括两个对称设置的容器壁，铺撒构件为长条形顶开容器，容器壁倾斜设置，两个容器壁间隔设置形成狭缝或者出料口。本发明提供的铺撒构件由两个相互倾斜设置的容器壁构成，在两个容器壁的底部形成一个可以供粉末材料通过的狭缝或者出料口，由容器壁的底部与打印台之间的距离来决定粉末材料层的厚度，这种铺撒构件可以让粉末材料层更加的均匀且连续。

Description

一种铺撒构件、连续铺撒机构以及连续粉末沉积打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体而言，涉及一种铺撒构件、连续铺撒机构以及连续粉末沉积打印设备。

背景技术

用于通过增材制造或三维打印生产金属部件的设备在过去二十年中迅速发展，这种设备通常是粉末投放设备将粉末材料投放到铺撒装置内，然后利用铺撒装置在打印台上一层一层的铺撒粉末材料并逐层熔化来实现三维打印。

发明人在研究中发现，现有的铺撒构件至少存在以下缺点：现有的铺撒构件铺撒出的粉末材料层均匀度不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续铺撒机构，以改善现有的连续铺撒机构铺撒出的粉末材料层均匀度不足的问题。

本发明的目的在于提供一种连续粉末沉积打印设备，以改善现有的连续铺撒机构铺撒出的粉末材料层均匀度不足的问题。

本发明是这样实现的：

基于上述的第一目的，本发明提供了一种铺撒构件，包括两个对称设置的容器壁，所述铺撒构件为长条形顶开容器，所述容器壁倾斜设置，两个所述容器壁间隔设置形成狭缝或者出料口。

进一步地，所述铺撒构件为长条形顶开容器，所述铺撒构件包括两个对称设置的容器壁，所述容器壁倾斜设置，两个所述容器壁间隔设置形成狭缝或者出料口。

进一步地，所述容器壁呈板状。

进一步地，所述容器壁呈弧形，且两个所述容器壁的内侧相向设置。

基于上述的第一目的，本发明提供了一种连续铺撒机构，粉末材料供应装置、铺撒构件、安装构件、底座、打印台和基脚，所述粉末材料供应装置安装于所述底座，且所述粉末材料供应装置与所述底座之间形成条形的空隙；所述安装构件与所述底座滑动连接，所述安装构件相对于所述底座移动的方向与所述空隙垂直，且所述空隙位于所述安装构件的移动路径上，所述铺撒构件安装于所述安装构件；所述打印台安装于所述基脚，所述打印台的工作面朝向所述铺撒构件的输出端设置，所述基脚能够带动所述打印台沿朝向或者远离所述底座的方向移动。

进一步地，所述安装构件包括滑架装置和驱动装置，所述驱动装置和所述滑架装置分别安装于所述底座，所述驱动装置包括第一磁体和线性驱动器，所述线性驱动器驱动连接所述第一磁体，令所述第一磁体相对于所述底座滑动；所述滑架装置上设置有第二磁体，所述第一磁体与所述第二磁体磁性连接，所述第一磁体带动所述滑架装置移动，所述铺撒构件安装于所述滑架装置。

进一步地，所述线性驱动器包括电机、螺纹轴和悬臂，所述电机安装于所述底座，所述电机驱动连接所述螺纹轴，所述螺纹轴的轴心线与所述空隙垂直设置，所述悬臂的一端与所述螺纹轴螺接，所述悬臂的另一端与所述第一磁体连接。

进一步地，所述螺纹轴的一端与所述电机的输出端连接，所述螺纹轴的另一端与所述底座转动连接，所述螺纹轴沿其轴心线相对于所述底座转动。

基于上述的第二目的，本发明还提供了一种连续粉末沉积打印设备，包括如上所述的铺撒构件。

进一步地，所述连续粉末沉积打印设备还包括上壳体，所述上壳体安装于所述底座，所述上壳体与所述打印台之间形成处理室，所述粉末材料供应装置和所述铺撒构件均位于所述处理室内。

进一步地，所述连续粉末沉积打印设备还包括子壳体，所述子壳体安装于所述底座，所述底座位于所述上壳体和所述子壳体之间，所述子壳体设置有构建室，所述打印台位于所述构建室内。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明提供的铺撒构件由两个相互倾斜设置的容器壁构成，在两个容器壁的底部形成一个可以供粉末材料通过的狭缝或者出料口，由容器壁的底部与打印台之间的距离来决定粉末材料层的厚度，这种铺撒构件可以让粉末材料层更加的均匀且连续。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要实用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提供的连续粉末沉积打印设备的示意图；

图2示出了本发明实施例提供的连续铺撒机构的示意图；

图3示出了本发明实施例提供的连续铺撒机构的剖视图；

图4示出了本发明实施例提供的铺撒构件与粉末材料供应装置配合示意图；

图5示出了本发明实施例提供的铺撒构件与粉末材料供应装置配合剖视图；

图6示出了本发明实施例提供的底座的示意图；

图7示出了本发明实施例提供的铺撒构件的驱动示意图；

图8示出了本发明实施例提供的驱动装置的示意图；

图9示出了本发明实施例提供的粉末材料供应装置的示意图；

图10示出了本发明实施例提供的粉末材料供应装置的剖视图；

图11示出了本发明实施例提供的流量控制阀筒的示意图；

图12示出了本发明实施例提供的铺撒构件的示意图；

图13示出了本发明实施例提供的竖向调节机构的示意图。

图中：100-基脚；110-竖向调节机构；111-液压马达；112-液压装置；

200-上壳体；

300-底座；310-内轨道；320-外轨道；

400-子壳体；410-打印台；420-构建室；

500-光学头装置；

600-粉末材料供应装置；610-料斗；620-阀壳体；621-凸缘；622-通道；630-控制电机；640-流量控制阀筒；641-通孔；

700-铺撒构件；710-容器壁；720-出料口；

800-安装构件；810-驱动装置；811-电机；812-悬臂；813-螺纹轴；814-第一磁体；820-滑架装置。

具体实施方式

用于通过增材制造或三维打印生产金属部件的设备在过去二十年中迅速发展，这种设备通常是粉末投放设备将粉末材料投放到铺撒装置内，然后利用铺撒装置在打印台上一层一层的铺撒粉末材料并逐层熔化来实现三维打印。发明人在研究中发现，现有的铺撒构件至少存在以下缺点：现有的铺撒构件铺撒出的粉末材料层均匀度不足。

为了使上述问题得到改善，本发明提供了一种铺撒构件，所述铺撒构件包括两个对称设置的容器壁，所述铺撒构件为长条形顶开容器，所述容器壁倾斜设置，两个所述容器壁间隔设置形成狭缝或者出料口。

本发明提供的铺撒构件由两个相互倾斜设置的容器壁构成，在两个容器壁的底部形成一个可以供粉末材料通过的狭缝或者出料口，由容器壁的底部与打印台之间的距离来决定粉末材料层的厚度，这种铺撒构件可以让粉末材料层更加的均匀且连续。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

参照图1至图3，连续粉末沉积打印设备具有基脚100，该基脚100用于支撑其他部分。连续粉末沉积打印设备还包括上壳体200、底座300、打印台410、子壳体400、铺撒构件700、粉末材料供应装置600、光学头装置500和安装构件800，上壳体200是包括前壁、与前壁相对的后壁、连接前壁和后壁的相对的侧壁、顶盖和底壁的箱形形式，前壁上设置有检查窗的检修门。

打印台410和上壳体200之间形成处理室，该处理室能够维持非反应性或惰性气氛；底座300包括外框架，该外框架具有限定中间大致矩形开口的内周缘，打印台410的外边缘有外框架的内周缘形成，当大致矩形的打印台410容纳在开口中时，在开口中该打印台410的上表面形成主要的操作部分。

参阅图3，子壳体400被固定在上壳体200的下方，子壳体400内具有一个构建室420，打印台410可以逐步的下降到该构建室420内，在打印台410上一层一层的铺撒上粉末材料后，随着打印台410的每一步下降，打印台410上的粉末材料层都可以与外框架形成新的用于铺撒粉末材料的铺撒层，逐渐下降到构建室420中的粉末材料包括已经通过至少一种电磁波束在连续粉末材料层中选择性地熔化以构建金属部件的金属以及来自各连续层的未熔化的粉末材料。

参阅图1和图13，基脚100位于打印台410的下方，基脚100包括竖向调节机构110，该竖向调节机构110可以控制打印台410下降或者上升，可以通过打印台410下降的步幅来控制连续粉末材料层的厚度，通常平台下降的步幅和连续粉末材料层的厚度各自为约20至50μm或者更大，竖向调节机构110包括液压马达111和液压装置112，液压马达111可以对液压装置112进行控制，该液压装置112与打印台410的底部连接，由液压马达111来动打印台410的下降步幅进行控制。当然，液压马达111只是竖向调节机构110的一种实施方式，采用电动或者液压剪刀式的升降装置也是可以的。

相互连接的上壳体200和子壳体400由前后立式支撑件支撑在基脚100上方，子壳体400位于上壳体200和支撑件之间，子壳体400包括前壁、后壁和相对的侧壁，这些壁分别与上壳体200的相应的前壁、后壁和侧壁平行，子壳体400采用内嵌的方式与上壳体200连接，使得子壳体400的周缘紧密地遵循底座300的开口的轮廓。子壳体400还包括底壁，液压装置112从基脚100穿过该底壁伸到打印台410的底端，液压装置112能够使打印台410逐步的下降，并且在完成金属部件的制造之后，液压装置112还能够使打印台410返回到初始位置。

参阅图13，液压装置112包括一对平行设置的伸缩液压杆，每个直立的伸缩液压杆都被包围在保护性的波纹管中，伸缩液压杆能够以逐步的方式竖向地收缩，以将打印台410及打印台410上的材料逐渐地下降到子壳体400内的构建室420中，并且伸缩液压杆还能伸长以用于让打印台410返回升高，以上的每种情况都是在液压马达111的作用下进行的。

参阅图9至图11，粉末材料供应装置600安装在外框架上，粉末材料供应装置600完全容纳在上壳体200内，粉末材料供应装置600位于外框架的一侧，粉末材料供应装置600包括料斗610、阀壳体620和流量控制阀筒640，该料斗610用于保持一定量的粉末材料，通过该阀壳体620，粉末材料能够定期的定量的落入铺撒构件700内。

料斗610位于阀壳体620的上方，从阀壳体620远离料斗610的一侧垂下凸缘621，该凸缘621安装于底座300的外框架上，通过该凸缘621，阀壳体620与外框架之间形成一个间隙。阀壳体620内设置有通道622，该通道622位于料斗610的底部的长条形开口下方，该开口与通道622连通，流量控制阀筒640位于该通道622内，流量控制阀筒640与阀壳体620转动连接，流量控制阀筒640沿其轴心线相对于阀壳体620转动，料斗610通过固定在开口周围的凸起固定在阀壳体620的顶部。在料斗610和阀壳体620之间还设置有弹性密封件，弹性密封件沿通道622的每侧设置在凸起和阀壳体620之间，因此每个弹性密封件都位于流量控制阀筒640的一侧且提供密封。其中，弹性密封件可以有诸如橡胶或氯丁橡胶等具有弹性的材料制成。

在流量控制阀筒640上设置有多个通孔641，多个通孔641沿流量控制阀筒640的轴心线间隔设置，通孔641的轴心线与流量控制阀筒640的轴心线垂直，多个通孔641的轴心线平行设置，且通孔641的轴心线穿过流量控制阀筒640的轴心线，因此流量控制阀筒640可以实现或者阻止粉末材料从料斗610流动穿过阀壳体620。

在阀壳体620内还可以安装控制电机630，该控制电机630用于控制流量控制阀筒640的转动，在控制电机630的控制下，流量控制阀筒640可以间歇性的转动，以交替实现通道622的打开和关闭，其中，控制电机630可以控制流量控制阀筒640在一个方向上间歇转动，也可以控制流量控制阀筒640在交替方向上来回间歇性转动。

料斗610的顶部为敞开的入口，粉末材料供应装置600还包括管道或者其他适合送料的装置将料斗610与上壳体200外的粉末材料供应源连通，以根据需要将粉末材料补充到料斗610内；作为本实施例的另一种实施方式，可以让料斗610具有伸出上壳体200顶部的上端部，使得料斗610的入口在上壳体200外部，从而方便补充粉末材料，在安装料斗610时，料斗610与上壳体200之间可以是分开的形式，也可以使用连接件将料斗610与上壳体200固定。

参阅图12，铺撒构件700呈长条形顶开容器的形式，该铺撒构件700沿上壳体200的两个侧壁相对的方向设置，铺撒构件700的底部与打印台410的上表面紧密接触，并且铺撒构件700与底座300滑动连接，可以沿垂直于其长度的方向相对于底座300和打印台410移动，该容器包括横截面呈V形或者U形的顶开槽，容器具有两个相对倾斜设置的容器壁710，在两个容器壁710的下边缘之间限定有此狭长的狭缝或者出料口720，容器能够在打印台410的上表面相对之间来回移动，以便能够位于阀壳体620的通道622下方，用于接收由流量控制阀筒640的操作而被允许排出的一定量的粉末材料，在容器朝向粉末材料供应装置600移动时，铺撒构件700可以移动到阀壳体620与外框架之间形成的间隙之中，因此铺撒构件700可以接收从料斗610中排出的一定量的粉末材料。

在装有一定量的粉末材料的容器从打印台410的一侧移动到打印台410的另一侧的过程中，容器能够铺防一层粉末材料在打印台410上，这层粉末材料的厚度主要由容器壁710下边缘与打印台410的上表面之间的狭促间距来控制，其中，该间距和层厚度可以为20至50μm，但最高达约100μm。

在容器工作时，在容器中可以容纳足以随着铺撒构件700从相对两侧中的一侧移动到另一侧形成单个粉末材料层的粉末材料的容量，在这种情况下，在底座300的两侧都应当设置粉末材料供应装置600以便铺撒构件700可以连续的工作；除上述实施方式外，还可以只在底座300的一侧设置粉末材料供应装置600，容器具有容纳足以形成两个连续的粉末材料层的粉末材料的容量，同时，在每次粉末材料供应装置600工作时，都将会有足够容器形成两个粉末材料层的粉末材料落入到容器内。在上述的过程中，在形成下一层粉末材料层之前，都应当对每层的粉末材料层进行加热以选择性的熔融该粉末材料层。

参阅图4至图8，在底座300上设置有内轨道310，内轨道310的延伸方向与上壳体200的侧壁平行，支撑铺撒构件700的相应的安装构件800设置在铺撒构件700的每个端部处，其中安装构件800使铺撒构件700能够沿着上壳体200的两个相对的侧壁之间进行可逆地移动，在实施时，可以在铺撒构件700的一端设置单个的安装构件800，铺撒构件700的另一端设置在内轨道310上，此时，当安装构件800带动铺撒构件700移动时，铺撒构件700的另一端可以在内轨道310上滑动。

作为本实施例的较优实施方式，可以在铺撒构件700的两端分别设置一个安装构件800，由两个安装构件800协同带动铺撒构件700移动具有更强的稳定性和精度，特别是在两个安装构件800能够一致操作以带动铺撒构件700横向移动的时候。

安装构件800包括驱动装置810和可以沿着内轨道310滑动的滑架装置820，滑架装置820安装在内轨道310上，铺撒构件700安装在滑架装置820上，驱动装置810驱动该滑架装置820，在安装时，可以让驱动装置810位于上壳体200的外部，在本实施例中的优选实施方案中，上壳体200的两个侧壁具有磁铁材料，驱动装置810通过上壳体200的侧壁磁性的耦合到相应的滑架装置820。

驱动装置810包括此意磁体814和线性驱动器，其中，分别位于两个驱动装置810内的两个线性驱动器可以进行一致的操作，在底座300上还设置有外轨道320，外轨道320与内轨道310平行设置，此意磁体814安装于外轨道320，且此意磁体814可以沿外轨道320滑动，相应的滑架装置820由磁性材料制成或者在滑架装置820上设置有与此意磁体814配合的第二磁体，并且此意磁体814可以通过上壳体200的侧壁带动第二磁体移动，从而使滑架装置820可以随着此意磁体814移动，并且根据铺撒粉末材料的需要来使铺撒构件700在打印台410上移动。

驱动装置810可以是固定在底座300的上方，其中此意磁体814被支撑在底座300的上表面并且可以在外轨道320上移动，驱动装置810由电机811(诸如步进电机811)、螺纹轴813和悬臂812构成，该电机811具有端对端连接到螺纹轴813的输出轴，螺纹轴813安装在底座300的下方，螺纹轴813的轴心线与外轨道320平行，螺纹轴813的轴心线方向即为第一磁体814运动的预定方向，并且被固定为不能沿其轴心线方向移动，螺纹轴813本身与底座300为转动连接，螺纹轴813可沿其轴心线相对于底座300转动，悬臂812的一端与螺纹轴813螺接，悬臂812的另一端与此意磁体814连接，在电机811驱动螺纹轴813转动时，悬臂812会沿螺纹轴813的轴心线相对于螺纹轴813移动，从而带动此意磁体814移动，进而带动铺撒构件700移动。

在连续粉末沉积打印设备工作时，随着铺撒构件700在打印台410上一层一层的铺上粉末材料，在铺撒构件700铺撒一层粉末材料层进行下一层粉末材料层的铺撒前，都需要对刚铺下的粉末材料层进行选择性的熔化处理，以形成逐渐构建的部件的相应层，为了实现上述操作，将光学头装置500安装在上壳体200的顶部，光学头装置500的输出端朝向打印台410方向，该光学头装置500包括能够至少在XY坐标系上操作的运动系统，通过该光学头装置500，能够根据接收的CAD文件来控制照射在打印台410上的激光束，从而对粉末材料层加热熔化的区域进行控制。

能够与连续粉末沉积打印设备仪器使用的机器的其他部分还包括：

(a)电子和计算机单元，包括用于电磁辐射源(诸如激光源)的电源、扫描仪控制系统、计算机系统和用于操作整个机器所需的其他通用电气系统；

(b)气体/粉末单元，该单元含有再循环过滤器和送粉系统，通过该单元将粉末材料装载到连续粉末沉积打印设备中；

(c)部件，该部件与连续粉末沉积打印设备相关联以形成处理单元，在该处理单元中，部件在供应的保护气氛下构建；

(d)手套箱，在手套箱中，能够在保护气氛下卸载包括所构建部件的构建作业并进行粉末回收和筛选；以及

(e)水冷却器和后处理设施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铺撒构件，其特征在于，包括两个对称设置的容器壁，所述铺撒构件为长条形顶开容器，所述容器壁倾斜设置，两个所述容器壁间隔设置形成狭缝或者出料口。

2.根据权利要求1所述的铺撒构件，其特征在于，所述容器壁呈板状。

3.根据权利要求1所述的铺撒构件，其特征在于，所述容器壁呈弧形，且两个所述容器壁的内侧相向设置。

4.一种连续铺撒机构，其特征在于，粉末材料供应装置安装构件、底座、打印台、基脚和如权利要求1至3任一项所述的铺撒构件，所述粉末材料供应装置安装于所述底座，且所述粉末材料供应装置与所述底座之间形成条形的空隙；所述安装构件与所述底座滑动连接，所述安装构件相对于所述底座移动的方向与所述空隙垂直，且所述空隙位于所述安装构件的移动路径上，所述铺撒构件安装于所述安装构件；所述打印台安装于所述基脚，所述打印台的工作面朝向所述铺撒构件的输出端设置，所述基脚能够带动所述打印台沿朝向或者远离所述底座的方向移动。

5.根据权利要求4所述的连续铺撒机构，其特征在于，所述安装构件包括滑架装置和驱动装置，所述驱动装置和所述滑架装置分别安装于所述底座，所述驱动装置包括第一磁体和线性驱动器，所述线性驱动器驱动连接所述第一磁体，令所述第一磁体相对于所述底座滑动；所述滑架装置上设置有第二磁体，所述第一磁体与所述第二磁体磁性连接，所述第一磁体带动所述滑架装置移动，所述铺撒构件安装于所述滑架装置。

6.根据权利要求5所述的连续铺撒机构，其特征在于，所述线性驱动器包括电机、螺纹轴和悬臂，所述电机安装于所述底座，所述电机驱动连接所述螺纹轴，所述螺纹轴的轴心线与所述空隙垂直设置，所述悬臂的一端与所述螺纹轴螺接，所述悬臂的另一端与所述第一磁体连接。

7.根据权利要求6所述的连续铺撒机构，其特征在于，所述螺纹轴的一端与所述电机的输出端连接，所述螺纹轴的另一端与所述底座转动连接，所述螺纹轴沿其轴心线相对于所述底座转动。

8.一种连续粉末沉积打印设备，其特征在于，包括如权利要求4至7任一项所述的铺撒构件。

9.根据权利要求8所述的连续粉末沉积打印设备，其特征在于，所述连续粉末沉积打印设备还包括上壳体，所述上壳体安装于所述底座，所述上壳体与所述打印台之间形成处理室，所述粉末材料供应装置和所述铺撒构件均位于所述处理室内。

10.根据权利要求9所述的连续粉末沉积打印设备，其特征在于，所述连续粉末沉积打印设备还包括子壳体，所述子壳体安装于所述底座，所述底座位于所述上壳体和所述子壳体之间，所述子壳体设置有构建室，所述打印台位于所述构建室内。