CN109290577A - 一种铺粉成形增材制造设备及方法 - Google Patents

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王殿政
何智
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Abstract

本发明公开了一种铺粉成形增材制造设备及方法。所述设备包括：成形件、成形封板、随形盖板、成形室、成形室底面和铺粉器，其中，所述成形封板为包裹于所述成形件外的一层半封闭结构；所述随形盖板设置于所述成形室底面上，所述随形盖板的四周与所述成形室连接，且所述随形盖板的上表面水平高度低于打印水平高度；所述成形室为所述成形件和所述成形封板的打印空间，所述成形室底面设置有安装孔；所述铺粉器设置于所述成形室内，以在成形过程中，在所述随形盖板上移动。本发明能有效减少成形封板外非打印区域的粉末逐层累积消耗，又保证成形封板内成形件周边区域的铺粉质量，确保构件的成形质量。

Description

一种铺粉成形增材制造设备及方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及一种铺粉成形增材制造设备及方法。
背景技术
铺粉增材制造技术基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件。该技术成形构件复杂程度高、精度高，制造周期短，近年来在航空航天、医疗、电子、汽车等领域广泛应用。而随着打印构件尺寸的增大，铺粉增材制造装备的成形尺寸越来越大，打印过程需大量粉末填充成形室，造成材料成本的增高。
因此，减少大尺寸构件铺粉成形非打印区域的粉末消耗需求是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明实施例提供了一种铺粉成形增材制造设备及方法，能有效减少成形封板外非打印区域的粉末逐层累积消耗，又保证成形封板内成形件周边区域的铺粉质量，确保构件的成形质量。
为了解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种铺粉成形增材制造设备，其特征在于，包括：成形件、成形封板、随形盖板、成形室、成形室底面和铺粉器，其中，所述成形封板为包裹于所述成形件外的一层半封闭结构；所述随形盖板设置于所述成形室底面上，所述随形盖板的四周与所述成形室连接，且所述随形盖板的上表面水平高度低于打印水平高度；所述成形室为所述成形件和所述成形封板的打印空间，所述成形室底面设置有安装孔；所述铺粉器设置于所述成形室内，以在成形过程中，在所述随形盖板上移动。
优选地，所述成形室的尺寸为500×500×500mm。
优选地，所述随形盖板的四角通过螺丝与所述成形室底面固定连接。
优选地，所述随形盖板的厚度为20mm。
优选地，所述随形盖板的材质为不锈钢材质。
优选地，还包括基材，所述基材为所述成形件和所述成形封板的成形底板。
优选地，所述成形封板在整体成形后与所述基材对所述成形件形成底面和四周的半封闭结构。
优选地，所述随形盖板为一中空平板。
优选地，所述成形件包括成型构件本体和支撑。
第二方面，本发明实施例还提供了一种铺粉成形增材制造方法，应用于上述任一项所述的制造设备，包括：在成形过程中，铺粉器在随形盖板上移动；在所述铺粉器移动至所述随形盖板的中心区域时，粉末在成形封板围成的空腔内逐层填充。
本发明具有以下优点：
本发明实施例公开了一种铺粉成形增材制造设备及方法，能有效减少成形封板外非打印区域的粉末逐层累积消耗，又保证成形封板内成形件周边区域的铺粉质量，确保构件的成形质量。随形盖板可根据成形件设计的成形封板的形状尺寸进行设计更换。适用于水平投影最大尺寸小于成形室尺寸的所有类型构件的铺粉增材制造成形。
附图说明
图1示出了本发明实施例提供的一种铺粉成形增材制造设备的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种粉末填充示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种铺粉成形增材制造方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种铺粉成形增材制造设备的结构示意图，如图1所示，铺粉成形增材制造设备可以包括：成形件4、成形封板3、随形盖板2、成形室7、成形室底面1和铺粉器6，成形封板3为包裹于成形件4外的一层半封闭结构；随形盖板2设置于成形室底面1上，随形盖板2的四周与成形室7连接，且随形盖板2的上表面水平高度低于打印水平高度；成形室7可以为成形件4和成形封板3的打印空间，成形室底面1上设置有安装孔；铺粉器6设置于成形室7内，以在成形过程中，在随形盖板2上移动。
优选地，成形室7的尺寸可以为500×500×500(mm)。
优选地，随形盖板2的四角通过螺丝与成形室底面1固定连接。
优选地，随形盖板2的厚度为20mm。
优选地，随形盖板2的材质为不锈钢材质。
优选地，铺粉成形增材制造设备还包括基材5，
基材5可以为成形件4和成形封板3的成形底板。
优选地，成形封板3在整体成形后与基材5对成形件4形成底面和四周的半封闭结构。
优选地，随形盖板2可以为一中空平板。
优选地，成形件4可以包括成型构件本体和支撑。
以下结合附图对本发明实施例提供的铺粉成形增材制造设备进行如下详细描述：
成形室底面1设置安装孔，与随形盖板2的四边安装结构配合，将随形盖板2安装在成形室底面1上。安装位置保证随形盖板2上表面水平高度低于打印层水平高度，保证铺粉过程中刮刀不会与随形盖板2发生碰撞。随形盖板2可以为一中空平板，四边设计安装结构，中间空腔尺寸大于成形封板在水平面上的最大投影尺寸，空腔位置保证在成形的整个阶段成形封板的所有截面在竖直方向上能顺利通过空腔，随形盖板2可根据成形件4设计的成形封板3的形状尺寸进行设计更换。成形件4可以为成形构件本体和支撑等结构。成形封板3可以为成形件4外侧的半封闭结构，随成形件4一同增材成形，成形封板3的每一层为封闭轮廓，将成形件4的轮廓完全围住，打印的任何阶段成形封板3与基材5一起形成半封闭结构，保证成形封板3内粉末的高质量铺粉与逐层累计。基材5可以为成形件4和成形封板3的成形底板，随着打印过程不断下降，保证当前打印面始终处于同一水平面。
以下结合说明书附图2对本发明实施例的铺粉过程进行如下详细描述。
参照图2，示出了本发明实施例提供的一种粉末填充示意图，如图2所示，在成形过程中，铺粉器6在打印层上方内移动，当铺粉器6在随形盖板2上移动时，粉末填满随形盖板2与打印层之间0.5mm高度范围内的空间后就无需落粉，粉末消耗量很少；当铺粉器6移动到随形盖板2空腔与成形封板3之间的缝隙位置时，落粉器落下的少部分粉会从缝隙落入随形盖板2下的成形室空腔中；当铺粉器6移动到成形封板3区域范围内，粉末开始组成铺粉累积，该部分粉末全部被围在成形封板3与基材5形成的半封闭空腔内，不会塌落进成形封板3外的成形室空腔中。但不可避免的封板边沿的粉末在刮刀的移动过程中会被带到成形封板3外，沿成形封板3与盖板5空腔缝隙掉入成形室空腔，造成成形封板3外轮廓粉末未铺满等缺粉问题，成形封板3的外表面质量较差。但成形封板3与成形件4之间的区域因为有了成形封板3的保护，铺粉质量能够得到保证，被包在成形封板3内的成形件4能顺利成形，不会出现因粉末掉落引起的质量问题。
传统铺满整个成形室方案需要粉末的体积约为：500mm×500mm×300mm＝75000000mm3；本专利发明的方法填充成形室的粉末体积约为随形盖板空腔截面在整个成形高度上的体积，即：3.14×175mm×175mm×300mm＝28848750mm3，较传统方式节省充填粉末63％，有效降低了粉末成本。
本发明实施例提供的铺粉成形增材制造设备，能有效减少成形封板外非打印区域的粉末逐层累积消耗，又保证成形封板内成形件周边区域的铺粉质量，确保构件的成形质量。随形盖板可根据成形件设计的成形封板的形状尺寸进行设计更换。适用于水平投影最大尺寸小于成形室尺寸的所有类型构件的铺粉增材制造成形。
实施例二
参照图3，示出了本发明实施例提供的一种铺粉成形增材制造方法的步骤流程图，该铺粉成形增材制造方法可以应用于上述实施例一中任一项所述的铺粉成形增材制造设备，具体可以包括如下步骤：
步骤201：在成形过程中，铺粉器在随形盖板上移动；
步骤202：在所述铺粉器移动至所述随形盖板的中心区域时，粉末在成形封板围成的空腔内逐层填充。
本发明实施例可以应用于水平投影最大尺寸小于成形室尺寸的所有类型构件的铺粉增材制造成形。
该方法涉及的结构主要包括成形件、成形封板、基材、随形盖板、成形室。成形件包括成形构件本体和支撑等结构。成形封板为在每层打印过程中包括在该层成形件轮廓外的一层半封闭结构，整体成形后与基材对成形件构件本体形成底面和四周的封闭结构。基材为成形件和成形封板的成形底板，随着打印过程不断下降，保证当前打印面始终处于同一水平面。随形盖板为一中空平板，中空结构保证尺寸大于成形封板在水平面上的最大投影尺寸，保证成形封板在竖直方向上能顺利通过盖板的中空结构空腔，同时随形盖板四周与成形室连接，上表面水平高度低于当前打印水平高度，保证铺粉过程中刮刀不会与随形盖板发生碰撞。成形室为成形件和成形封板的打印空间，也是随形盖板的安装区域。
本发明设计的成形件铺粉成形方法可根据构件形状设计随形盖板，打印过程中盖板封闭区域不会落入金属粉末，大大减少成形过程粉末消耗量，降低打印成本。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种铺粉成形增材制造设备，其特征在于，包括：成形件、成形封板、随形盖板、成形室、成形室底面和铺粉器，其中，
所述成形封板为包裹于所述成形件外的一层半封闭结构；
所述随形盖板设置于所述成形室底面上，所述随形盖板的四周与所述成形室连接，且所述随形盖板的上表面水平高度低于打印水平高度；
所述成形室为所述成形件和所述成形封板的打印空间，所述成形室底面设置有安装孔；
所述铺粉器设置于所述成形室内，以在成形过程中，在所述随形盖板上移动。
2.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述成形室的尺寸为500×500×500mm。
3.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述随形盖板的四角通过螺丝与所述成形室底面固定连接。
4.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述随形盖板的厚度为20mm。
5.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述随形盖板的材质为不锈钢材质。
6.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，还包括基材，所述基材为所述成形件和所述成形封板的成形底板。
7.根据权利要求6所述的制造设备，其特征在于，所述成形封板在整体成形后与所述基材对所述成形件形成底面和四周的半封闭结构。
8.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述随形盖板为一中空平板。
9.根据权利要求1所述的制造设备，其特征在于，所述成形件包括成型构件本体和支撑。
10.一种铺粉成形增材制造方法，应用于权利要求1～9中任一项所述的制造设备，其特征在于，包括：
在成形过程中，铺粉器在随形盖板上移动；
在所述铺粉器移动至所述随形盖板的中心区域时，粉末在成形封板围成的空腔内逐层填充。
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