CN108145966A - 一种激光送粉3d打印系统用铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光3D打印领域，具体涉及一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置。该铺粉装置由储粉机构、摆臂机构、成形机构、架体构成，储粉机构和成形机构镶嵌在架体内部，摆臂机构固定在架体上表面，储粉机构主要由活塞垫块、活塞密封胶圈、传动螺杆、齿带轮、减速器、调速电机组成，成形机构由活塞垫块、活塞密封胶圈、传动螺杆、齿带轮、减速器、调速电机组成，摆臂机构由刮粉板、摆臂、定心螺杆、齿带轮、减速器和伺服电机组成，储粉机构、摆臂机构、成形机构的电机直接与原激光送粉3D打印系统的电控系统相连。本发明可以针对不同尺寸的零件制备不同尺寸的架体，可在激光送粉3D打印设备中直接放置，实现铺粉和送粉的直接转换。

Description

一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置

技术领域

本发明涉及激光3D打印领域，具体涉及一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置，该装置放置于激光送粉3D打印工作台上，可实现送粉和铺粉的一体控制，也可在零部件的成形过程中实现铺粉向送粉的转换。

背景技术

激光3D打印技术是一种新兴的先进制造技术，一般通过送粉或铺粉两种方式实现物料的输送，这两种物料输送方式各有优劣。到目前位置，还没有设备能够集成送粉和铺粉以实现3D打印过程中铺粉向送粉的转变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置，该装置能够实现零件3D打印过程中送粉和铺粉的一体控制，综合送粉和铺粉的优势，提高3D打印零件质量、节约成本。

本发明的技术方案是：

一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置，该装置由架体、储粉机构、成形机构、摆臂机构构成，所述储粉机构和成形机构分别镶嵌在架体的内部，摆臂机构固定在架体上表面，储粉机构、成形机构和摆臂机构的电机分别与原激光送粉3D打印设备的电控系统相连，使其实现原激光送粉和铺粉的一体控制。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，架体含两个中空圆柱结构，其中：一个中空圆柱的内圆部分为架体铜套一，架体铜套一与架体在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆一固定架体铜套一与架体的相对位置，该中空圆柱与储粉机构配合；另一个中空圆柱的内圆部分为架体铜套二，架体铜套二与架体在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆二固定架体铜套二与架体的相对位置，该中空圆柱与成形机构配合。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，储粉机构由活塞垫块一、活塞密封胶圈一、传动螺杆一、齿带轮一、减速器一、调速电机一组成，活塞垫块一设置于架体铜套一中，活塞密封胶圈一镶嵌在活塞垫块一的侧面凹槽和架体的中空架体铜套一的中间，以防止粉末进入活塞垫块一和架体中间的缝隙，传动螺杆一的上部固定在活塞垫块一上，传动螺杆一的下部通过齿带轮一与减速器一相连，减速器一与调速电机一连接；在调速电机一的带动下，通过减速器一和齿带轮一，传动螺杆一带动活塞垫块一于架体铜套一中上下移动。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，传动螺杆一与活塞垫块一的连接端有外螺纹，活塞垫块一与传动螺杆一连接的地方有与螺杆端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆一与活塞垫块一通过螺纹相连。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，成形机构由活塞垫块二、活塞密封胶圈二、传动螺杆二、齿带轮二、减速器二、调速电机二组成，活塞垫块二设置于架体铜套二中，活塞密封胶圈二镶嵌在活塞垫块二的侧面凹槽和架体的中空架体铜套二的中间，以防止粉末进入活塞垫块二和架体中间的缝隙，传动螺杆二的上部固定在活塞垫块二上，传动螺杆二的下部通过齿带轮二与减速器二相连，减速器二与调速电机二连接；在调速电机二的带动下，通过减速器二和齿带轮二，传动螺杆二带动活塞垫块二于架体铜套二13中上下移动。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，传动螺杆二与活塞垫块二的连接端有外螺纹，活塞垫块二与传动螺杆二连接的地方有与螺杆端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆二与活塞垫块二通过螺纹相连。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，摆臂机构由刮粉板、摆臂、定心螺杆、齿带轮三、减速器三、伺服电机和定位螺栓组成，刮粉板和摆臂在整个铺粉装置架体的上表面，刮粉板固定在摆臂的一端，摆臂的另一端连接在定心螺杆上，定心螺杆穿过架体，通过齿带轮三与减速器三相连，减速器三与伺服电机连接；在伺服电机的带动下，通过减速器三和齿带轮三，定心螺杆带动摆臂进行摆动；摆臂的摆动区域固定在储粉机构和成形结构之间，将粉末由储粉机构的活塞垫块区域输送到成形结构的活塞垫块区域，并将粉末均匀地平铺在成形机构的活塞垫块区域。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，刮粉板与摆臂的连接端设有连接孔，在连接孔上通过定位螺栓将刮粉板固定在摆臂上。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，摆臂和定心螺杆的连接端有内螺纹，定心螺杆和摆臂连接的地方有与摆臂端部外螺纹相匹配的外螺纹，摆臂与定心螺杆通过螺纹相连。

所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，利用所述装置进行高温合金的铺粉和送粉耦合的3D打印，增材制造前，将所述铺粉装置固定在原激光送粉3D打印设备的工作台上，其电控系统连接在原设备的电控系统上，由原设备进行统一控制；增材制造过程中，先采用所述装置进行铺粉的3D打印，完成零部件的铺粉部分成形后，停止铺粉，利用原激光送粉设备在铺粉的基础上进行送粉的3D打印，直至零部件成形完毕，关闭设备及铺粉装置。

本发明的设计思想是：

本发明铺粉装置在使用时，将其固定在原有激光送粉3D打印设备的工作台上，可随着工作台在X、Y、Z方向上移动。工作时，将粉末放进储粉机构的活塞中，由调速电机带动传动螺杆将活塞垫块向上推动一定距离，使粉末高出本发明铺粉装置架体的上表面；而后，由摆臂机构带动刮粉板，将粉末输送到成形机构的活塞垫块上。此时，成形机构活塞垫块上基板的上表面比架体上表面下降一定距离，刮粉板带来的粉末，将会在刮粉板的带动下均匀平铺在基板上。粉末铺完后，刮粉板回到储粉机构旁边的位置，为下一次铺粉做准备。此时，激光束便可按照已设定好的路径进行扫描。激光扫描完毕，成形机构的活塞连同基板和基板上的粉末在调速电机、减速器和传统螺杆的带动下向下移动一定距离，以待刮粉板进行第二次铺粉。已回到储粉机构旁边位置的刮粉板，再次将储粉机构活塞向上输送的粉末输送到成形机构，以此循环，直至完成所成形零部件的铺粉部分。如果零部件3D打印还需送粉，可以在上述铺粉的基础上直接关闭铺粉功能，开启设备的送粉功能，实现送粉3D打印。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明提供一种可以放置在原有激光送粉3D打印设备工作台上的一个铺粉装置，可进行送粉、铺粉一体控制，在3D打印过程中实现铺粉向送粉的转变。

2、本发明铺粉装置安装方便，不用时可移出原有激光送粉3D打印设备的工作台，不影响原有3D打印设备的正常运行。

3、本发明铺粉装置可以固定在原有工作台上，能有效提高成品率，降低成本。

4、本发明在3D打印过程中，可以随着原有工作台在X、Y、Z三个方面运动，无需另加位移控制系统，且不用时可以移出，不影响原设备的使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(俯视图)。

图2是本发明的结构示意图(纵剖面)。

图3是本发明摆臂机构的结构示意图(纵剖面)。

图中：1-架体；11-架体铜套一；12-定位螺杆一；13-架体铜套二；14-定位螺杆二；2-储粉机构；21-活塞垫块一；22-活塞密封胶圈一；23-传动螺杆一；24-齿带轮一；25-减速器一；26-调速电机一；3-成形机构；31-活塞垫块二；32-活塞密封胶圈二；33-传动螺杆二；34-齿带轮二；35-减速器二；36-调速电机二；4-摆臂机构；41-刮粉板；42-摆臂；43-定心螺杆；44-齿带轮三；45-减速器三；46-伺服电机；47-定位螺栓。

图4是利用本发明制备的SRR99样品显微组织。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

如图1所示，本发明为一种激光送粉3D打印装备用铺粉装置，由架体1、储粉机构2、成形机构3、摆臂机构4构成，所述储粉机构2和成形机构3分别镶嵌在架体1的内部，摆臂机构4固定在架体1上表面，储粉机构2、成形机构3和摆臂机构4的电机分别与原激光送粉3D打印设备的电控系统相连，使其实现原激光送粉和铺粉的一体控制。

所述架体1含两个中空圆柱结构，其中一个中空圆柱的内圆部分为架体铜套一11，架体铜套一11与架体1在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆一12固定架体铜套一11与架体1的相对位置，该中空圆柱与储粉机构2配合。另一个中空圆柱的内圆部分结构相似，架体铜套二13镶嵌在内，架体铜套二13与架体1在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆二14固定架体铜套二13与架体1的相对位置，该中空圆柱与成形机构3配合，见图1和图2。

所述储粉机构2用于储存粉末，主要由活塞垫块一21、活塞密封胶圈一22、传动螺杆一23、齿带轮一24、减速器一25、调速电机一26组成，活塞垫块一21设置于架体铜套一11中，活塞密封胶圈一22镶嵌在活塞垫块一21的侧面凹槽和架体1的中空架体铜套一11的中间，以防止粉末进入活塞垫块一21和架体1中间的缝隙，传动螺杆一23的上部固定在活塞垫块一21上，传动螺杆一23的下部通过齿带轮一24与减速器一25相连，减速器一25与调速电机一26连接。在调速电机一26的带动下，通过减速器一25和齿带轮一24，传动螺杆一23可带动活塞垫块一21于架体铜套一11中上下移动，见图1和图2。

所述传动螺杆一23与活塞垫块一21的连接端有外螺纹，活塞垫块一21与传动螺杆一23连接的地方有与螺杆23端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆一23与活塞垫块一21通过螺纹相连。

所述成形机构3是激光3D打印过程中的激光束的工作区域，以便零部件的成形。主要由活塞垫块二31、活塞密封胶圈二32、传动螺杆二33、齿带轮二34、减速器二35、调速电机二36组成，活塞垫块二31设置于架体铜套二13中，活塞密封胶圈二32镶嵌在活塞垫块二31的侧面凹槽和架体1的中空架体铜套二13的中间，以防止粉末进入活塞垫块二31和架体1中间的缝隙，传动螺杆二33的上部固定在活塞垫块二31上，传动螺杆二33的下部通过齿带轮二34与减速器二35相连，减速器二35与调速电机二36连接。在调速电机二36的带动下，通过减速器二35和齿带轮二34，传动螺杆二33可带动活塞垫块二31于架体铜套二13中上下移动，见图1和图2。

所述传动螺杆二33与活塞垫块二31的连接端有外螺纹，活塞垫块二31与传动螺杆二33连接的地方有与螺杆33端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆二33与活塞垫块二31通过螺纹相连。

所述摆臂机构4主要由刮粉板41、摆臂42、定心螺杆43、齿带轮三44、减速器三45、伺服电机46和定位螺栓47组成，刮粉板41和摆臂42在整个铺粉装置架体1的上表面，刮粉板41通过定位螺栓47固定在摆臂42的一端，摆臂42的另一端连接在定心螺杆43上，定心螺杆43穿过架体1，通过齿带轮三44与减速器三45相连，减速器三45与伺服电机46连接。在伺服电机46的带动下，通过减速器三45和齿带轮三44，定心螺杆43带动摆臂42进行摆动(见图2和图3)。摆臂42的摆动区域固定在储粉机构2和成形结构3之间，将粉末由储粉机构2的活塞垫块区域输送到成形结构3的活塞垫块区域，并将粉末均匀地平铺在成形机构3的活塞垫块区域。

所述刮粉板41与摆臂42的连接端设有连接孔，在连接孔上通过定位螺栓47将刮粉板41固定在摆臂42上，见图3。

所述摆臂42和定心螺杆43的连接端有内螺纹，定心螺杆43和摆臂42连接的地方有与摆臂42端部外螺纹相匹配的外螺纹，摆臂42与定心螺杆43通过螺纹相连。

所述减速器一25、减速器二35、减速器三45和调速电机一26、调速电机二36、调速电机三46固定在架体1上。

实施例

如图1-图3所示，利用上述装置进行SRR99高温合金叶片模拟件的铺粉和送粉耦合的3D打印。增材制造前，将所述铺粉装置固定在原激光送粉3D打印设备的工作台上，其电控系统连接在原设备的电控系统上，由原设备进行统一控制；增材制造过程中，先采用所述装置进行铺粉的3D打印，完成零部件的铺粉部分成形后，停止铺粉，利用原激光送粉设备在铺粉的基础上进行送粉的3D打印，直至零部件成形完毕，关闭设备及铺粉装置。

(1)将所述装置固定在原有激光送粉3D打印设备的工作台上，其可随着工作台在X、Y、Z方向上移动，将所述装置的电控系统连接在原设备的电控系统上，由原设备进行统一控制；

(2)打开原设备及所述装置，将粉末放进所述装置储粉机构2的活塞垫块一21上面，由调速电机一26带动传动螺杆一23，将活塞垫块一21向上推动一定距离，如：0.2mm，使粉末高出本发明铺粉装置架体1的上表面；

(3)由摆臂机构4带动刮粉板41，将粉末输送到成形机构3的活塞垫块二31上，活塞垫块二31上面放置一个SRR99单晶合金的基板。此时，成形机构3的活塞垫块二31上SRR99基板的上表面比架体1上表面下降一定距离，该距离即铺粉层厚，如：0.2mm，在刮粉板41的带动下，粉末将会均匀地平铺在基板上；

(4)粉末铺完后，刮粉板41回到储粉机构2旁边的位置，为下一次铺粉做准备；

(5)此时，激光束便可按照已设定好功率(800W)、扫描速度(1000mm/min)及扫描路径(平行直线扫描)进行扫描；

(6)激光扫描完毕，成形机构3的活塞垫块二31连同基板和基板上的粉末在调速电机二36、减速器二35和传统螺杆的带动下向下移动一定距离，如：0.2mm，以待刮粉板41进行第二次铺粉；

(7)已回到储粉机构2旁边位置的刮粉板41，再次将储粉机构2活塞向上输送的粉末输送到成形机构3，以此循环，直至完成所成形零部件的铺粉部分；

(8)如果零部件3D打印还需送粉进行，可以在上述铺粉的基础上直接关闭铺粉功能，开启设备的送粉功能，实现送粉3D打印。

如图4所示，通过本发明铺粉装置和工艺获得SRR99试样的显微组织可见，所得试样的显微组织均匀细小，孔隙率低，且形成具有一定晶体取向的柱状晶组织。

实施例结果表明，采用本发明装置，可以利用原激光送粉3D打印设备的激光热源和机械位移系统，在原设备的基础上进行铺粉3D打印，提高原设备的利用效率，扩展送粉设备的用途。本发明专利可以针对不同尺寸的零件制备不同尺寸的架体，可在激光送粉3D打印设备中直接放置，实现铺粉和送粉的直接转换。

Claims (10)

1.一种激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，该装置由架体、储粉机构、成形机构、摆臂机构构成，所述储粉机构和成形机构分别镶嵌在架体的内部，摆臂机构固定在架体上表面，储粉机构、成形机构和摆臂机构的电机分别与原激光送粉3D打印设备的电控系统相连，使其实现原激光送粉和铺粉的一体控制。

2.按照权利要求1所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，架体含两个中空圆柱结构，其中：一个中空圆柱的内圆部分为架体铜套一，架体铜套一与架体在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆一固定架体铜套一与架体的相对位置，该中空圆柱与储粉机构配合；另一个中空圆柱的内圆部分为架体铜套二，架体铜套二与架体在上、下两部分接触处设有定位孔，在定位孔内通过定位螺杆二固定架体铜套二与架体的相对位置，该中空圆柱与成形机构配合。

3.按照权利要求1所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，储粉机构由活塞垫块一、活塞密封胶圈一、传动螺杆一、齿带轮一、减速器一、调速电机一组成，活塞垫块一设置于架体铜套一中，活塞密封胶圈一镶嵌在活塞垫块一的侧面凹槽和架体的中空架体铜套一的中间，以防止粉末进入活塞垫块一和架体中间的缝隙，传动螺杆一的上部固定在活塞垫块一上，传动螺杆一的下部通过齿带轮一与减速器一相连，减速器一与调速电机一连接；在调速电机一的带动下，通过减速器一和齿带轮一，传动螺杆一带动活塞垫块一于架体铜套一中上下移动。

4.按照权利要求3所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，传动螺杆一与活塞垫块一的连接端有外螺纹，活塞垫块一与传动螺杆一连接的地方有与螺杆端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆一与活塞垫块一通过螺纹相连。

5.按照权利要求1所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，成形机构由活塞垫块二、活塞密封胶圈二、传动螺杆二、齿带轮二、减速器二、调速电机二组成，活塞垫块二设置于架体铜套二中，活塞密封胶圈二镶嵌在活塞垫块二的侧面凹槽和架体的中空架体铜套二的中间，以防止粉末进入活塞垫块二和架体中间的缝隙，传动螺杆二的上部固定在活塞垫块二上，传动螺杆二的下部通过齿带轮二与减速器二相连，减速器二与调速电机二连接；在调速电机二的带动下，通过减速器二和齿带轮二，传动螺杆二带动活塞垫块二于架体铜套二13中上下移动。

6.按照权利要求5所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，传动螺杆二与活塞垫块二的连接端有外螺纹，活塞垫块二与传动螺杆二连接的地方有与螺杆端部外螺纹相匹配的内螺纹，传动螺杆二与活塞垫块二通过螺纹相连。

7.按照权利要求1所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，摆臂机构由刮粉板、摆臂、定心螺杆、齿带轮三、减速器三、伺服电机和定位螺栓组成，刮粉板和摆臂在整个铺粉装置架体的上表面，刮粉板固定在摆臂的一端，摆臂的另一端连接在定心螺杆上，定心螺杆穿过架体，通过齿带轮三与减速器三相连，减速器三与伺服电机连接；在伺服电机的带动下，通过减速器三和齿带轮三，定心螺杆带动摆臂进行摆动；摆臂的摆动区域固定在储粉机构和成形结构之间，将粉末由储粉机构的活塞垫块区域输送到成形结构的活塞垫块区域，并将粉末均匀地平铺在成形机构的活塞垫块区域。

8.按照权利要求7所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，刮粉板与摆臂的连接端设有连接孔，在连接孔上通过定位螺栓将刮粉板固定在摆臂上。

9.按照权利要求7所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，摆臂和定心螺杆的连接端有内螺纹，定心螺杆和摆臂连接的地方有与摆臂端部外螺纹相匹配的外螺纹，摆臂与定心螺杆通过螺纹相连。

10.按照权利要求1至9之一所述的激光送粉3D打印系统用铺粉装置，其特征在于，利用所述装置进行高温合金的铺粉和送粉耦合的3D打印，增材制造前，将所述铺粉装置固定在原激光送粉3D打印设备的工作台上，其电控系统连接在原设备的电控系统上，由原设备进行统一控制；增材制造过程中，先采用所述装置进行铺粉的3D打印，完成零部件的铺粉部分成形后，停止铺粉，利用原激光送粉设备在铺粉的基础上进行送粉的3D打印，直至零部件成形完毕，关闭设备及铺粉装置。