CN110406099B - 铺粉装置与3d打印系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铺粉装置与3D打印系统，所述铺粉装置，包括：铺粉结构与开合结构；所述开合结构设于所述铺粉结构的出粉口；所述开合结构，用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出。所述开合结构包括开合电机与若干活动件；所述开合电机，用于控制所述活动件处于闭合位置或打开位置；所述活动件，用于在处于所述闭合位置时，遮挡于所述出粉口，处于所述打开位置时，不遮挡所述出粉口；且当所述若干活动件均处于所述闭合位置时，所述若干活动件覆盖所述出粉口。本发明可实现选择性铺粉与铺粉厚度可控。

Description

铺粉装置与3D打印系统
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种铺粉装置与3D打印系统。
背景技术
3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印金属、塑料、陶瓷、砂等可粘合材料的方式来成型物体的技术，目前可用于直接制造金属或陶瓷零件的快速成型技术主要包括：选区激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）技术、选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、激光近净成型（Laser Engineered Net Shaping，LENS）技术、电子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）技术和电弧送丝增材制造（Wireand Arc Additive Manufacturing , WAAM）技术等等。
现有的SLS技术中，3D打印系统包括铺粉装置，铺粉装置可将粉体铺在打印平台或已烧结完毕的粉体层上。现有铺粉方式中，在改变粉缸和打印平台的相对高度的同时，将粉体铺在打印平台或已烧结完毕的粉体层上。这种铺粉方式中，对于每一个切片层均需要将粉体铺满平台，在例如大面积的打印平台或者小尺寸小批量等多样的零件打印任务中，这种铺粉方式铺出粉体的有效烧结体积占总体积的比例很低，而且未利用的粉体还需要等打印任务完成后依靠回收装置回收，打印效率低下。
发明内容
本发明提供了一种铺粉装置与3D打印系统，以解决现有铺粉装置无法控制铺粉范围，未用粉体需回收处理，打印效率低的技术问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种铺粉装置，包括：铺粉结构与开合结构；所述开合结构设于所述铺粉结构的出粉口；所述开合结构，用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出；
所述开合结构包括开合电机与若干活动件；
所述开合电机，用于控制所述活动件处于闭合位置或打开位置；
所述活动件，用于在处于所述闭合位置时，遮挡于所述出粉口，处于所述打开位置时，不遮挡所述出粉口；且当所述若干活动件均处于所述闭合位置时，所述若干活动件覆盖所述出粉口。
可选的，所述铺粉结构的运动速度和/或所述开合结构的打开幅度与所述出粉口送出粉料的速度相匹配。
可选的，所述铺粉结构包括送粉槽体与铺粉转轴，所述铺粉转轴设于所述送粉槽体的出口，以在所述送粉槽体的出口处形成所述送粉口。
可选的，所述铺粉结构包括送粉槽体与铺粉刮板，所述铺粉刮板设于所述送粉槽体的出口，以在所述送粉槽体的出口处形成所述送粉口。
可选的，所述活动件为伸缩件，所述伸缩件的第一伸缩位置为所述闭合位置，所述伸缩件的第二伸缩位置为所述打开位置，所述开合电机用于驱动所述伸缩件伸缩。
可选的，所述活动件为旋转件，所述旋转件的第一旋转位置为所述闭合位置，所述旋转件的第二旋转位置为所述打开位置，所述开合电机用于驱动所述旋转件旋转。
根据本发明的第二方面，提供了一种3D打印系统，包括第一方面及其可选方案提供的铺粉装置，还包括控制装置与运动驱动单元；
所述控制装置，用于根据零件模型得到铺粉结构的第一运动信息，以及对应的开合控制信息，并向所述运动驱动机构发送所述第一运动信息与所述开合控制信息；
其中，所述第一运动信息包括所述铺粉结构在铺粉过程中的运动路径与第一运动参数，所述第一运动参数用于指示所述铺粉结构的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一；
所述运动驱动单元，用于根据所述第一运动信息控制所述铺粉结构运动，并同时根据所述开合控制信息控制所述开合结构的打开与闭合，以使得：所述开合结构送出粉料的时机和/或速度、所述铺粉结构的运动情况，以及所需的铺粉范围相匹配。
可选的，所述控制装置，具体用于：
根据所述零件模型确定所述铺粉范围；
根据所述铺粉范围，得到所述第一运动信息与所述开合控制信息。
可选的，所述控制装置，具体用于：
针对所述零件模型，根据零件摆放后烧结和支撑的需求，对所述零件模型进行体积补偿，得到基础模型；
对所述基础模型切片，得到N层模型；
对所述基础模型进行逐层的拔模偏置后，得到各层最终的所述铺粉范围。
可选的，所述控制装置，还用于根据所述零件模型得到第二运动信息与热源控制信息，并向所述运动驱动机构发送所述第二运动信息，向热源发送所述热源控制信息；所述第二运动信息包括所述热源在打印过程中的运动路径与第二运动参数，所述第二运动参数用于指示所述热源的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一；
所述运动驱动机构，还用于根据所述第二运动信息驱动所述热源运动；
所述热源，用于根据所述热源控制信息输出热能。
可选的，所述控制装置，还用于根据零件模型得到打印平台的第三运动信息，并向所述运动驱动机构发送所述第三运动信息；其中，所述第三运动信息包括所述打印平台在打印过程中的升降控制参数；
所述运动驱动机构，用于根据所述第三运动信息控制所述打印平台升降。
本发明提供的铺粉装置与3D打印系统，通过所述开合结构设于所述铺粉结构的出粉口，以及所述开合结构用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出，使得基于本发明所实现的铺粉过程能够结合开合结构控制粉料的送出与否，以及铺粉结构的运动信息，进而可实现选择性铺粉与铺粉厚度可控，从而还可实现只针对所需的待烧结区域的选择性铺粉与烧结，降低粉体回收量，节省回收时间，提高3D打印生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中铺粉装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例中铺粉装置的结构示意图；
图3是本发明一实施例中3D打印系统的结构示意图；
图4是本发明一实施例中3D打印系统的工作原理示意图；
图5是本发明一实施例中铺粉过程的效果示意图；
图6是本发明一实施例中铺粉范围的网格示意图。
具体实施方式
下面将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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本发明一实施例中铺粉装置的结构示意图；图2是本发明另一实施例中铺粉装置的结构示意图。
请参考图1和图2，所述铺粉装置，包括：铺粉结构2与开合结构1；所述开合结构1设于所述铺粉结构2的出粉口；所述开合结构1，用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出。其中，所述铺粉结构2的运动速度和/或所述开合结构1的打开幅度可与所述出粉口送出粉料的速度相匹配，其可理解为，铺粉装置可通过控制铺粉结构2的运动速度和/或开合结构1的打开幅度，改变自所述出粉口送出粉料的速度。
铺粉结构2，可以为领域内任意可实现铺粉，且具有出粉口的结构形式。其可以如图1所示采用转轴的结构形式进行铺粉，也可以如图2所示采用刮板的结构形式进行铺粉。
开合结构1，可以为任意可实现出粉口的封闭与打开的结构形式。基于不同的铺粉结构2，以及不同位置、形式的出粉口，可以任意变化开合结构1的开合原理。
本发明提供的铺粉装置，通过所述开合结构设于所述铺粉结构的出粉口，以及所述开合结构用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出，使得基于本发明所实现的铺粉过程能够结合开合结构控制粉料的送出与否，以及铺粉结构的运动信息，进而可实现选择性铺粉和/或铺粉厚度可控，从而还可实现只针对所需的待烧结区域的选择性铺粉与烧结，降低粉体回收量，节省回收时间，提高3D打印生产效率。
此外，本发明及其可选方案还可拓宽选择性铺粉烧结工艺在大型打印平台的应用可能性。
为了实现开合变化，其中一种实施方式中，所述开合结构1包括开合电机12与若干活动件11。
所述开合电机12，用于控制所述活动件11处于闭合位置或打开位置。
所述活动件11，用于在处于所述闭合位置时，遮挡于所述出粉口，处于所述打开位置时，不遮挡所述出粉口；且当所述若干活动件均处于所述闭合位置时，所述若干活动件覆盖所述出粉口。
在以上结构形式下，开合结构1的开合以活动件11闭合与打开的数量来确定，开合电机12仅需控制活动件11实现两种位置状态，控制方式较为便捷迅速。同时，也可采用电机直接控制活动件11的打开幅度来确定，相较于此，闭合与打开的数量来确定的方式，还可为根据需求有针对性选择活动件11进行打开与闭合成为可能。
此外，开合电机12的数量可以为一个，控制所述若干活动件11，若干活动件11可以理解为N个活动件，对应的，开合电机12的数量也可以为大于1小于或等于N的任意整数。
请参考图1，其中一种实施方式中，所述铺粉结构2包括送粉槽体22与铺粉转轴21，所述铺粉转轴21设于所述送粉槽体22的出口，以在所述送粉槽体22的出口处形成所述送粉口。
送粉口，可直接以送粉槽体22的出口为送粉口，当铺粉转轴21部分遮挡送粉槽体22的出口时，也可以出口的未被遮挡的部分作为送粉口。
所述活动件11为伸缩件，所述伸缩件的第一伸缩位置为所述闭合位置，所述伸缩件的第二伸缩位置为所述打开位置，所述开合电机12用于驱动所述伸缩件伸缩。具体实施方式中，所述伸缩件伸展时的位置为所述闭合位置，所述伸缩件收缩时的位置为所述打开位置。
请参考图2，所述铺粉结构2包括送粉槽体22与铺粉刮板25，所述铺粉刮板25设于所述送粉槽体22的出口，以在所述送粉槽体22的出口处形成所述送粉口。
送粉口，可直接以送粉槽体22的出口为送粉口，当铺粉刮板25部分遮挡送粉槽体22的出口时，例如，铺粉刮板25尾部设置有遮挡部，也可以出口的未被遮挡的部分作为送粉口。
所述活动件11为旋转件，所述旋转件的第一旋转位置为所述闭合位置，所述旋转件的第二旋转位置为所述打开位置，所述开合电机用于驱动所述旋转件旋转。
铺下的粉体，可以利用铺粉转轴21或铺粉刮板25压实，以供烧结。
活动件11与开合电机12可安装于送粉槽体22。
除了图1和图2的举例，旋转件结构形式的活动件11也可适用于采用铺粉转轴21的铺粉结构，伸缩件结构形式的活动件11也可适用于采用铺粉刮板25的铺粉结构。
此外，所述铺粉结构2还可包括基体23和传动部件24，送粉槽体22设于基体23，基体23连接传动部件24，基体23及其上送粉槽体22可由传动部件24控制进行移动。
图3是本发明一实施例中3D打印系统的结构示意图；图4是本发明一实施例中3D打印系统的工作原理示意图。
请参考图3和图4，所述3D打印系统，包括：以上实施例及其可选方案提供的铺粉装置，还包括控制装置4与运动驱动单元5；
所述控制装置4，用于根据零件模型得到铺粉结构2的第一运动信息，以及对应的开合控制信息，并向所述运动驱动机构5发送所述第一运动信息与所述开合控制信息；
其中，所述第一运动信息包括所述铺粉结构2在铺粉过程中的运动路径与第一运动参数，所述第一运动参数用于指示所述铺粉结构2的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一。
控制装置4，可以采用领域内任意控制系统的硬件与软件来实现。
所述运动驱动单元5，用于根据所述第一运动信息控制所述铺粉结构2运动，并同时根据所述开合控制信息控制所述开合结构1的打开与闭合，以使得：所述开合结构1送出粉料的时机和/或速度、所述铺粉结构2的运动情况，以及所需的铺粉范围相匹配。
运动驱动单元5，可以采用任意可根据所得到的信息输出可供热源6、铺粉结构2、开合装置1、打印平台3识别并执行的命令的装置，例如可以为PLC控制系统。
其中送出粉料的时机可以理解为开合结构1的开合的时间和/或位置，送出粉料的速度可以理解为与开合的幅度以及铺粉结构2的运动情况相关，通过以上控制，可以使得开合结构1的开合与铺粉结构2的运动相结合，满足铺粉的需求。
其中一种实施方式中，所述控制装置4，具体用于：
根据所述零件模型确定所述铺粉范围；
根据所述铺粉范围，得到所述第一运动信息与所述开合控制信息。
进一步的，请参考图3与图5，确定铺粉范围的过程，还可包括：
针对所述零件模型，根据零件摆放后烧结和支撑的需求，对所述零件模型进行体积补偿，得到基础模型。
具体的，在确定零件摆放位置后，计算出在此摆放位置零件覆盖的面积，根据需要烧结和支撑的面积及零件的高度，补全实际零件烧结和支撑的模型体积，生成基础的粉体烧结模型，即所述基础模型。其可理解为体积补偿的过程。
对所述基础模型切片，得到N层模型；具体的，可以根据粉体7的支撑性，对模型完成切片。其可理解为切片分层的过程。
对所述基础模型进行逐层的拔模偏置后，得到各层最终的所述铺粉范围。具体的，可以针对N层模型，从底层到顶层，按照一定偏置余量进行拔模偏置，确定需要铺粉的具体铺粉的范围与体积。其可理解为拔模偏置的过程。
例如，粉体7自支撑需要偏置m毫米，则底层切片层偏置m×N微米，次底层偏置m×（N-1）微米，以此类推，直至顶层不再偏置。
图6是本发明一实施例中铺粉范围的网格示意图。
请参考图6，铺粉范围可以分割为网格区域。开合结构1中活动件11的打开数量，即开合结构1的打开幅度与铺粉速度，即铺粉结构2的运动速度之间存在一定的关系，具体地：打开数量多时，铺粉速度可适当放慢，即：打开幅度大时，铺粉结构2的移动速度可适当放慢。在铺粉结构2指定的运动速度下，通过控制开合结构1开合的时机，即开合的位置和开合的时间，就可以控制实际铺粉的范围。
在通过以上过程实现铺粉控制的同时，还可通过以下方案实现热源的运动控制、打印平台的运动控制，以及热源的工艺控制。铺粉控制可以理解为控制过程的第一子步骤，热源的运动控制、打印平台的运动控制，以及热源的工艺控制可以理解为控制过程的第二子步骤，两个子步骤可以基于零件模型分别实施，在第一子步骤中，所得到的控制数据需基于对零件模型的体积补偿与拔模偏置得到；在第二子步骤中，所得到的控制数据可以为基于零件模型直接得到。
其中一种实施方式中，所述控制装置4，还用于根据所述零件模型得到第二运动信息与热源控制信息，并向所述运动驱动机构5发送所述第二运动信息，向热源6发送所述热源控制信息；所述第二运动信息包括所述热源6在打印过程中的运动路径与第二运动参数，所述第二运动参数用于指示所述热源6的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一。
所述运动驱动机构5，还用于根据所述第二运动信息驱动所述热源6运动。
所述热源6，用于根据所述热源控制信息输出热能。同时，热源6，并不局限于加热功能，还能够实现对在每层粉体铺完后的加热、熔化以及胶粘。
打印平台3，可以理解为用于为铺粉结构2送出的粉体7提供基础的支撑。
其中，热源控制信息，可以理解为热源6工作的工艺参数信息。
通过以上过程，可以实现热源6的运动控制与工艺控制，以达到3D打印的过程需求。
其中一种实施方式中，所述控制装置4，还用于根据零件模型得到打印平台3的第三运动信息，并向所述运动驱动机构5发送所述第三运动信息；其中，所述第三运动信息包括所述打印平台3在打印过程中的升降控制参数。
所述运动驱动机构，用于根据所述第三运动信息控制所述打印平台升降。
通过以上过程，可以实现打印平台3的升降控制，以达到3D打印的过程需求。
以上关于第二子步骤的描述，可以参照领域内打印平台3的控制以及热源6的控制实现。
综上可见，在基于铺粉结构2的控制过程中，控制装置4能够向运动驱动单元5和热源3输出打印工程所需的数据，运动驱动单元5能够按照控制装置4输出的信息移动热源6、铺粉结构2、打印平台3，此外，运动驱动单元5能够控制开合结构1，实现在有效范围的粉体7在打印平台3的沉积与烧结，直至零件8成型完毕。通过以上控制过程，可以保证铺粉结构2经开合结构1铺出的粉体7尽可能地应用在烧结零件本身和支撑待烧结。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种3D打印系统，其特征在于，包括铺粉装置，所述铺粉装置包括：铺粉结构与开合结构；所述开合结构设于所述铺粉结构的出粉口；所述开合结构，用于在打开时将输送至所述出粉口的粉料送出，在闭合时禁止粉料自所述出粉口送出；
所述开合结构包括开合电机与若干活动件；
所述开合电机，用于控制所述活动件处于闭合位置或打开位置；
所述活动件，用于在处于所述闭合位置时，遮挡于所述出粉口，处于所述打开位置时，不遮挡所述出粉口；且当所述若干活动件均处于所述闭合位置时，所述若干活动件覆盖所述出粉口；
还包括控制装置与运动驱动单元；
所述控制装置，用于根据零件模型得到铺粉结构的第一运动信息，以及对应的开合控制信息，并向所述运动驱动单元发送所述第一运动信息与所述开合控制信息；
所述控制装置具体用于：根据所述零件模型确定铺粉范围，以及根据所述铺粉范围，得到所述第一运动信息与所述开合控制信息；其中，确定所述铺粉范围的过程包括：针对所述零件模型，根据零件摆放后烧结和支撑的需求，对所述零件模型进行体积补偿，得到基础粉体烧结模型；对所述基础粉体烧结模型切片，得到N层模型；以及，对所述基础粉体烧结模型进行逐层的拔模偏置后，得到各层最终的所述铺粉范围；
其中，所述第一运动信息包括所述铺粉结构在铺粉过程中的运动路径与第一运动参数，所述第一运动参数用于指示所述铺粉结构的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一；
所述运动驱动单元，用于根据所述第一运动信息控制所述铺粉结构运动，并同时根据所述开合控制信息控制所述开合结构的打开与闭合，以使得：所述开合结构送出粉料的时机和/或速度、所述铺粉结构的运动情况，以及所需的铺粉范围相匹配。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置，还用于根据所述零件模型得到第二运动信息与热源控制信息，并向所述运动驱动单元发送所述第二运动信息，向热源发送所述热源控制信息；所述第二运动信息包括所述热源在打印过程中的运动路径与第二运动参数，所述第二运动参数用于指示所述热源的运动启停、运动速度、运动加速度中至少之一；
所述运动驱动单元，还用于根据所述第二运动信息驱动所述热源运动；
所述热源，用于根据所述热源控制信息输出热能。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置，还用于根据零件模型得到打印平台的第三运动信息，并向所述运动驱动单元发送所述第三运动信息；其中，所述第三运动信息包括所述打印平台在打印过程中的升降控制参数；
所述运动驱动单元，用于根据所述第三运动信息控制所述打印平台升降。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活动件为伸缩件，所述伸缩件的第一伸缩位置为所述闭合位置，所述伸缩件的第二伸缩位置为所述打开位置，所述开合电机用于驱动所述伸缩件伸缩，或者：所述活动件为旋转件，所述旋转件的第一旋转位置为所述闭合位置，所述旋转件的第二旋转位置为所述打开位置，所述开合电机用于驱动所述旋转件旋转。
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