CN111267345A - 一种铺粉式3d打印装置 - Google Patents

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CN111267345A CN202010061594.2A CN202010061594A CN111267345A CN 111267345 A CN111267345 A CN 111267345A CN 202010061594 A CN202010061594 A CN 202010061594A CN 111267345 A CN111267345 A CN 111267345A
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Abstract

本发明属于3D打印装置，具体涉及一种铺粉式3D打印装置，主要是解决现有粉末粘结3D打印机存在设备附加振动大、打印效率低和取件复杂的问题。铺粉式3D打印装置包括固定支架、成型缸，设置在成型缸下方的升降组件，以及固定于成型缸上方的送粉机构和打印头；成型缸外侧沿打印方向设置有两条平行的滑动导轨，成型缸安装于固定支架上，送粉机构包括粉斗、转轴、筛板电机、支撑轴和同步带，转轴垂直于打印方向固定于粉斗内，表面开设有两组旋向相反的螺旋槽，粉斗底部设有上下布置的可动筛板和固定筛板，粉斗底部设有刮刀，外部固定于安装支架上，打印头与送粉机构相邻固定于安装支架上，成型缸底部放置有铁板，升降组件顶部设有与铁板接触的电磁吸块。

Description

一种铺粉式3D打印装置
技术领域
本发明属于3D打印装置，具体涉及一种铺粉式3D打印装置。
背景技术
粉末粘接3D打印技术被越来越多的应用到工业领域。粉末粘接3D打印通常需要一个成型腔和送粉腔，通过刮刀或辊轮等机构的运动将送粉腔的粉体材料均匀地铺在成型腔内，再通过喷射粘接剂完成相邻层的粘接成型，最终逐层打印便可得到最终模型。
常见粉末粘接3D打印机采用的供粉方式有下送粉和上送粉两种：对于下送粉方式，需要在成型腔旁边配备一个供粉腔，打印时成型腔先下降一个层厚的高度，然后供粉腔上升，通过刮刀或辊轮的运动将供粉腔的粉体材料均匀地铺在成型腔内，随着成型腔体积的增加，供粉腔的体积也随之增加，导致设备整体体积变大，另外供粉腔只在铺粉时工作且其储粉量有限，因此下送粉方式造成设备空间浪费并且限制了成型尺寸；上送粉方式通常采用振动方式通过供粉漏斗送粉，设备附加振动大会影响粉床平整度，另外也会造成落粉不均匀，进而影响打印质量。
常见的粉末粘接3D打印机在打印完成后要将成型腔内残余的粉体材料去除后再将模型取出，而成型腔大多为固定式，就需要将前一模型取出并将成型腔清理完成后再开始下一模型的打印，因此也存在打印效率低和清粉取件复杂等问题。
发明内容
本发明的主要目的是在于解决现有粉末粘接3D打印机下送粉方式易造成设备空间浪费并且限制了成型尺寸，上送粉方式存在设备附加振动大，进而影响打印质量，以及两者均存在打印效率低和取件复杂的问题，提供一种铺粉式3D打印装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铺粉式3D打印装置，其特殊之处在于，包括固定支架、成型缸、设置在成型缸下方的升降组件，以及安装于成型缸上方的送粉机构和打印头；所述成型缸外侧沿打印方向设置有两条平行的滑动导轨，成型缸安装于固定支架上；所述成型缸底部为设有卡接凸台的敞口结构，卡接凸台上放置有成型板，成型板为铁磁性材料板；或者所述成型缸底部开设有通孔，成型缸内底面放置有成型板，成型板为铁磁性材料板；所述送粉机构包括粉斗、转轴、筛板电机、支撑轴和同步带；转轴垂直于打印方向固定于粉斗内，转轴表面开设有两组旋向相反的螺旋槽；粉斗底部为开口结构，底部开口处设有上下布置的可动筛板和固定筛板，筛板电机的输出轴和支撑轴外套设同步带，可动筛板的任一端固定连接于筛板电机的输出轴和支撑轴之间的同步带；粉斗外部固定于安装支架上，安装支架两侧设有与滑动导轨相配合的第一滑块；粉斗底部设有刮刀；所述打印头与送粉机构相邻固定于安装支架上；所述升降组件顶部设有电磁吸块，电磁吸块与成型板底面相接触。
进一步地，所述升降组件包括电机支座、升降支架，升降导向柱和固定在电机支座上的升降电机；升降支架套设于升降导向柱外，电磁吸块固定于升降支架顶部；升降导向柱底部固定于电机支座上；升降电机的输出端连接有螺杆，螺杆穿过升降支架并与升降支架螺纹配合。升降电机输出端连接的螺杆与升降支架之间形成滚珠丝杠运动副，使升降支架在螺杆的带动下做升降运动，升降导向柱保证了升降支架沿固定轨迹运动。
进一步地，所述送粉机构两侧均安装有打印头。送粉机构沿滑动导轨往返运动时均能够进行打印，有效提高了打印效率。
进一步地，所述成型缸沿打印方向依次开设有第一集粉槽、成型腔和第二集粉槽，成型缸的底部固定有第一集粉盒和第二集粉盒，第一集粉槽底部与第一集粉盒相连通，第二集粉槽底部与第二集粉盒相连通；所述成型腔底部为设有卡接凸台的敞口结构，卡接凸台上放置有成型板，电磁吸块与成型板底面相接触，成型板为铁磁性材料板。第一集粉槽和第二集粉槽能够将多余的打印粉末进行收集。
进一步地，所述成型缸沿打印方向依次开设有第一集粉槽、成型腔和第二集粉槽，成型缸的底部固定有第一集粉盒和第二集粉盒，第一集粉槽底部与第一集粉盒相连通，第二集粉槽底部与第二集粉盒相连通；所述成型腔底部开设有通孔，成型腔内底面放置有成型板，电磁吸块穿过通孔与成型板相接触，成型板为铁磁性材料板。
进一步地，所述成型缸通过设置在底部的第二滑块，以及设置在所述固定支架顶部的固定导轨安装于固定支架上，所述第二滑块与固定导轨相适配。通过第二滑块与固定导轨的配合，成型缸装卸更加方便。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的铺粉式3D打印装置，送粉机构的转轴上开设两组旋向相反的螺旋槽，打印粉末从转轴上方中部加入粉斗，通过转轴的转动打印粉末能够沿转轴的轴向均匀分布，并沿螺旋槽落至粉斗下部，粉斗下部安装有固定筛板和可动筛板，需要向成型缸内供粉时，将固定筛板和可动筛板的筛孔对齐，打印粉末即可落下；当无需向成型缸内供粉时，将固定筛板和可动筛板的筛孔错开即可。与传统铺粉机构相比降低了设备的附加振动。粉斗底部设置的刮刀，能将成型缸内的打印粉末刮平，同时对打印粉末有一定压实的作用；通过电磁吸块实现成型缸内成型板与升降组件的贴合和分离，当打印完成时可将电磁吸块与成型板分离，并将粉缸整体取下更换即可，操作简便。打印装置采用可控式送粉机构进行铺粉操作，可使成型缸内打印粉末分布更加均匀，实现落粉位置和均匀性可控，有效减小了设备空间体积，提高了设备空间利用率。
2.本发明的升降组件中的升降电机输出端连接有与升降支架螺纹配合的螺杆，使升降组件在升降电机的驱动下做升降运动，升降导向柱进一步保证了升降组件的稳定升降。
3.本发明可通过在送粉机构两侧均安装打印头，使得送粉机构在往返运动过程中均可打印，有效提高打印效率。
4.本发明可通过在成型缸的成型腔两侧设置集粉槽，收集多余的打印粉末。
5.本发明可通过设置第二滑块与固定导轨，使成型缸取出与更换更加便利。
附图说明
图1为本发明铺粉式3D打印装置实施例的结构示意图；
图2为图1实施例中成型缸和送粉机构的剖视结构示意图；
图3为图1实施例中送粉机构的剖视结构示意图；
图4为图1实施例中可动筛板驱动的结构示意图。
其中，1-送粉机构；101-粉斗；102-转轴；103-固定筛板；104-可动筛板；105-螺旋槽；106-安装支架；107-第一滑块；108-刮刀；2-打印头；3-固定导轨；4-成型缸；401-滑动导轨；402-第二滑块；403-卡接凸台；404-成型板；405-第一集粉槽；406-成型腔；407-第二集粉槽；408-第一集粉盒；409-第二集粉盒；5-升降组件；501-电磁吸块；502-升降电机；503-升降导向柱；504-升降支架；505-电机支座；6-筛板电机；7-支撑轴；8-同步带。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
如图1和图2所示，一种铺粉式3D打印装置，包括固定支架、成型缸4、设置在成型缸4下方的升降组件5以及固定于成型缸4上方的送粉机构1和打印头2。成型缸4外侧沿打印方向设置有两条平行的滑动导轨401，成型缸4安装于固定支架上。
如图3，送粉机构1包括粉斗101、转轴102、筛板电机6、支撑轴7和同步带8，转轴102垂直于打印方向固定于粉斗101内，转轴102表面开设有两组旋向相反的螺旋槽105，转轴102通过联轴器与转轴电机相连，粉斗101底部为开口结构，底部开口处设有上下布置的可动筛板104和固定筛板103。如图4，筛板电机6的输出轴和支撑轴7外套设同步带8，可动筛板104的任一端固定连接于筛板电机6的输出轴和支撑轴7之间的同步带8，通过筛板电机6的输出轴的正反转带动可动筛板104的运动方向，通过控制筛板电机6的输出轴的角度转动量控制可动筛板104的位移量。粉斗101底部还设有刮刀108，刮刀108最好与粉床平面形成一定角度，以便更好的对打印粉末刮平和压实。
如图2，粉斗101外部固定于安装支架106上，安装支架106两侧设有与滑动导轨401相配合的第一滑块107，安装支架106能够在送粉电机的驱动下沿滑动导轨401做往复运动。打印头2与送粉机构1相邻固定于安装支架106上。
需要打印时，将成型缸4安装在固定支架上，通过第一滑块107与滑动导轨401的配合，将固定在安装支架106上的打印头2和送粉机构1安装于成型缸4的上方，打印粉末通过送粉机构1进入成型缸4。如图1至图4，具体的送粉过程为：打印粉末从粉斗101上方中部加入到粉斗101中，通过转轴电机的旋转带动转轴102转动，转轴102通过转动使打印粉末沿转轴102轴向均布，并经螺旋槽105均匀落下；筛板电机6驱动可动筛板104运动，使固定筛板103和可动筛板104的筛孔对齐，打印粉末自然落下进入成型缸4；筛板电机6反向转动一定角度，使固定筛板103和可动筛板104的筛孔错开，则停止落粉，送粉结束。通过送粉电机的正反向转动，使安装支架106携带打印头2和送粉机构1共同沿滑动导轨401往返移动，打印粉末经刮刀108刮平压实后，打印头2紧随完成打印。送粉机构1通过转轴102转动，配合固定筛板103、可动筛板104完成送粉过程，打印粉末分布更加均匀，且减小了现有上送粉方式中的振动。
上述安装支架106在送粉电机的驱动下沿滑动导轨401做往复运动，其中一种驱动传动方式为同步带传动，同步带套设于送粉电机转轴和另一支撑轴外部，安装支架106任一端固定于送粉电机转轴和支撑轴之间的同步带，当送粉电机转轴带动同步带转动时，同步带能够带动安装支架直线运动，同时通过送粉电机的正反转能够实现安装安装支架106的往复直线运动。
本实施例中的升降组件5具体包括电机支座505、升降支架504，升降导向柱503和固定在电机支座505上的升降电机502，电机支座505用于固定升降电机502和升降导向柱503。升降支架504套设于升降导向柱503外，电磁吸块501固定于升降支架504顶部，升降导向柱503底部固定于电机支座505上，升降电机502的输出端连接有螺杆，螺杆穿过升降支架504并与升降支架504之间形成滚珠丝杠运动副，螺杆即相当于该运动副中的丝杠，螺杆外与升降支架504之间套设螺母，螺母与升降支架固定连接，螺母与螺杆之间还设有一般滚珠丝杠机构中的常规部件，升降导向柱503同时对升降支架504起到支撑作用。此处升降组件5还可以是其他的连接结构，只要能够带动电磁吸块501升降运动即可。
现有的3D打印机打印时，需要成型缸4整体上下移动，才能配合逐层打印的需求，本发明对成型缸的升降进行了改进。本实施例中还包括设置在成型缸4下方的升降组件5，升降组件5顶部设有电磁吸块501，电磁吸块501连接有电源。
其中一种设置方式为，成型缸4底部为设有卡接凸台403的敞口结构，卡接凸台403上放置有成型板404，成型板404为铁板或其他铁磁性材料，电磁吸块501与成型板404底面相接触，
另外一种设置方式为，成型缸4底部开设通孔，成型缸4内底面放置成型板404，电磁吸块501穿过通孔与成型板404相接触。上述两种设置方式均可由升降组件5带动成型板404升降运动，打印过程在成型板404上完成。打印时，电磁吸块501通电，与成型板404紧密贴合，打印过程中的逐层铺粉和打印只需升降成型板404即可。打印完成后成型板404降至成型缸4底部，将成型缸4整体取下，操作便利。
如图2所示，为了方便收集多余的打印粉末，也可以在成型缸4上开设集粉槽，成型缸4沿打印方向依次开设有第一集粉槽405、成型腔406和第二集粉槽407，成型缸4的底部固定有第一集粉盒408和第二集粉盒409，第一集粉槽405底部与第一集粉盒408相连通，第二集粉槽407底部与第二集粉盒409相连通。铺粉过程中，多余的打印粉末能够被刮刀108刮至成型腔406的两端，落入第一集粉槽405和第二集粉槽407；后续清粉时，也可将多余的打印粉末清入第一集粉槽405和第二集粉槽407，多余的打印粉末经第一集粉槽405和第二集粉槽407后，最终分别落入第一集粉盒408和第二集粉盒409进行收集。此时还包括设置在成型缸4下方的升降组件5，升降组件5顶部设有电磁吸块501。
在本发明的一个实施例中，成型腔406底部为设有卡接凸台403的敞口结构，卡接凸台403上放置有成型板404，电磁吸块501与成型板404底面相接触，成型板404为铁板或其他铁磁性材料板。
本发明的另一个实施例中，成型腔406底部开设通孔，成型板404放置在成型腔406内底面，电磁吸块501穿过通孔与成型板404相接触，成型板404是铁板能够与电磁吸块501相配合。上述两种实施例均是在升降组件5的带动下完成升降，打印在成型腔406内的成型板404上完成。
另外，为了提高打印效率，送粉机构1的两侧可以各安装一个打印头2，打印头2通过控制板卡实现打印控制，两个打印头2可以轮流打印，即始终保证在送粉机构1前进方向后侧的打印头2工作，使得送粉机构在来回运动过程中均可打印。另外，为了成型缸4的拆卸方便，成型缸4底部设有第二滑块402，所述固定支架的顶部设有固定导轨3，第二滑块402与固定导轨3相适配。需要拆装成型缸4时，沿固定导轨3移动成型缸4。相较于一般的固定安装方式，这样设置使拆卸更加便捷。
如下是本发明一个实施例铺粉式3D打印装置的工作流程：
(1)将成型缸4整体安装到固定导轨3上；
(2)将打印粉末装入粉斗101，通过转轴电机带动转轴102转动，打印粉末均匀铺设；
(3)通过升降电机502带动电磁吸块501上升，升至与成型板404底面接触，给电磁吸块501通电，继续通过升降电机502使成型板404上升至打印位置；
(4)打印粉末通过送粉机构1落入成型缸4或成型腔406，同时，送粉机构1和打印头2在送粉电机驱动下实现双向铺粉和打印；
(5)每打印完成一层后，升降电机502反向转动使成型板404下降一定高度，再进行下一层的铺粉和打印，如此循环直至完成打印；
(6)打印完成后，成型板404降至成型缸4或成型腔406底部，电磁吸块501断电，使电磁吸块501与成型板404底部分离，升降电机502继续下降至最低点，将成型缸4沿固定导轨3整体取下更换。
本发明成型缸4可实现整体的取出与更换，该成型缸4集成度高，安装简单，通过固定导轨3，成型缸4取出与更换操作更方便，能够广泛推广使用。采用可控的上送粉方式进行铺粉操作，结合转轴102、固定筛板103和可动筛板104，可使成型缸4内的打印粉末分布更加均匀，实现落粉位置和均匀性可控，有效减小了设备空间体积，提高了设备空间利用率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：包括固定支架、成型缸(4)、设置在成型缸(4)下方的升降组件(5)，以及安装于成型缸(4)上方的送粉机构(1)和打印头(2)；
所述成型缸(4)外侧沿打印方向设置有两条平行的滑动导轨(401)，成型缸(4)安装于固定支架上；
所述成型缸(4)底部为设有卡接凸台(403)的敞口结构，卡接凸台(403)上放置有成型板(404)，成型板(404)为铁磁性材料板；或者所述成型缸(4)底部开设有通孔，成型缸(4)内底面放置有成型板(404)，成型板(404)为铁磁性材料板；
所述送粉机构(1)包括粉斗(101)、转轴(102)、筛板电机(6)、支撑轴(7)和同步带(8)；转轴(102)垂直于打印方向固定于粉斗(101)内，转轴(102)表面开设有两组旋向相反的螺旋槽(105)；粉斗(101)底部为开口结构，底部开口处设有上下布置的可动筛板(104)和固定筛板(103)，筛板电机(6)的输出轴和支撑轴(7)外套设同步带(8)，可动筛板(104)的任一端固定连接于筛板电机(6)的输出轴和支撑轴(7)之间的同步带(8)；粉斗(101)外部固定于安装支架(106)上，安装支架(106)两侧设有与滑动导轨(401)相配合的第一滑块(107)；粉斗(101)底部设有刮刀(108)；
所述打印头(2)与送粉机构(1)相邻固定于安装支架(106)上；
所述升降组件(5)顶部设有电磁吸块(501)，电磁吸块(501)与成型板(404)底面相接触。
2.如权利要求1所述一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：所述升降组件(5)包括电机支座(505)、升降支架(504)，升降导向柱(503)和固定在电机支座(505)上的升降电机(502)；
升降支架(504)套设于升降导向柱(503)外，电磁吸块(501)固定于升降支架(504)顶部；
升降导向柱(503)底部固定于电机支座(505)上；
升降电机(502)的输出端连接有螺杆，螺杆穿过升降支架(504)并与升降支架(504)之间形成滚珠丝杠运动副。
3.如权利要求1所述一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：所述送粉机构(1)两侧均安装有打印头(2)。
4.如权利要求1所述一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：所述成型缸(4)沿打印方向依次开设有第一集粉槽(405)、成型腔(406)和第二集粉槽(407)，成型缸(4)的底部固定有第一集粉盒(408)和第二集粉盒(409)，第一集粉槽(405)底部与第一集粉盒(408)相连通，第二集粉槽(407)底部与第二集粉盒(409)相连通；所述成型腔(406)底部为设有卡接凸台(403)的敞口结构，卡接凸台(403)上放置有成型板(404)，电磁吸块(501)与成型板(404)底面相接触，成型板(404)为铁磁性材料板。
5.如权利要求1所述一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：所述成型缸(4)沿打印方向依次开设有第一集粉槽(405)、成型腔(406)和第二集粉槽(407)，成型缸(4)的底部固定有第一集粉盒(408)和第二集粉盒(409)，第一集粉槽(405)底部与第一集粉盒(408)相连通，第二集粉槽(407)底部与第二集粉盒(409)相连通；所述成型腔(406)底部开设有通孔，成型腔(406)内底面放置有成型板(404)，电磁吸块(501)穿过通孔与成型板(404)相接触，成型板(404)为铁磁性材料板。
6.如权利要求1所述一种铺粉式3D打印装置，其特征在于：所述成型缸(4)通过设置在底部的第二滑块(402)，以及设置在所述固定支架顶部的固定导轨(3)安装于固定支架上，所述第二滑块(402)与固定导轨(3)相适配。
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