CN111940729B - 一种铺粉装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铺粉装置及其应用，属于增材制造领域。该铺粉装置包括：基座、落粉控制装置、料斗开口限制装置和进粉料斗；在所述基座上开有落粉长孔；在所述落粉长孔的上方设置所述落粉控制装置，所述落粉控制装置用于控制粉末的下落量；在所述落粉控制装置的上方设置所述料斗开口限制装置，所述料斗开口限制装置用于打开和关闭所述进粉料斗的落料口；在所述料斗开口限制装置的上方设置所述进粉料斗。利用本发明实现了双向铺粉，提高了成型效率，且可以控制各铺粉口的铺粉量。
Description
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种铺粉装置及其应用。
背景技术
激光增材制造技术是一种利用激光对粉末等原料进行融化烧结，从而逐层对所需零件进行成形的加工技术，是一种“快速制造技术”。其基本制造思路为层积的堆叠制造方式，将原材料均匀铺设在代加工平面，利用激光对所需成形区域进行融化加工，随后进行下一层原料的铺设，再次利用激光加工，重复加工直至零件成型完毕。该制造技术可以一次成形较为复杂的零件，使零件的一体化性能更强，减少分体零件组合装配时零件间的互相作用力，目前在航空航天、船舶、医疗、核电等诸多领域均有应用。
传统的增材制造激光成型设备包括：成形室、在成形室的背板设置的铺粉装置、可以上升和下降的基板平台，基板安装在基板平台上，成形室的一侧为供粉缸，另一侧为成型缸。每层粉末激光成型结束后，供粉缸上升一个层厚，成型缸下降一个层厚，粉末刮刀由供粉缸向成型缸水平移动，完成铺粉后水平移动返回，完成一层粉末的铺设。在工作工程中，不能控制铺粉量，而且只能实现单向铺粉方式，成型效率低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种铺粉装置及其应用，可实现粉增材制造激光成型设备加工过程中粉末用量的精确控制，并提高生成效率、减少浪费。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铺粉装置，包括：基座、落粉控制装置、料斗开口限制装置和进粉料斗；
在所述基座上开有落粉长孔；
在所述落粉长孔的上方设置所述落粉控制装置，所述落粉控制装置用于控制粉末的下落量；
在所述落粉控制装置的上方设置所述料斗开口限制装置，所述料斗开口限制装置用于打开和关闭所述进粉料斗的落料口；
在所述料斗开口限制装置的上方设置所述进粉料斗。
所述落粉控制装置包括护板、外粉末挡板、两个粉末挡板以及第一驱动部分；
所述护板与外粉末挡板平行设置在所述基座的落粉长孔的两侧，两者的长度方向与所述落粉长孔的长度方向平行，且两者的下端均与基座的上端面固定连接，两者之间形成空间，两个粉末挡板设置在该空间内，所述第一驱动部分设置在该空间外；
所述第一驱动部分包括第一动力源、一个齿轮和两个齿条，两个齿条平行设置，分别位于所述齿轮的上方和下方，且分别与所述齿轮咬合；所述齿轮设置在护板的内侧的中间位置处；
在所述护板上开有两个与所述落粉长孔的长度方向平行的长条形空槽，其中一个长条形空槽位于另一个长条形空槽的上方；每个齿条对应设置在一个长条形空槽的外部；
两个粉末挡板通过连接件分别与两个齿条连接；
第一动力源带动齿轮旋转，齿轮带动两个齿条运动，两个齿条带动两个粉末挡板相向运动或者相背运动。
每个粉末挡板均为L形粉末挡板，每个L形粉末挡板均包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度；所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形；
所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行；
两个L形挡板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口。
优选的，所述连接件采用螺栓，所述螺栓的一端与所述端板固定连接，另一端穿过护板上的一个所述长条形空槽后与齿条连接。
所述料斗开口限制装置包括：安装在所述护板上方的上盖板、安装在所述上盖板上方的料斗开口限制板和第二驱动部分；
所述第二驱动部分包括：第二动力源、料斗用齿轮、料斗用齿条；
在所述上盖板上开有长条形进口槽，所述长条形进口槽的长度方向与基座上的落粉长孔的长度方向平行；
在所述长条形进口槽上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对所述长条形进口槽；
所述料斗开口限制板设置在料斗的落料口与长条形进口槽之间，并与上盖板平行；
所述料斗开口限制板的一侧伸出到长条形进口槽的外侧，该侧与所述料斗用齿条的一端固定连接，所述料斗用齿轮安装在所述上盖板上；所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直；
所述料斗用齿轮的中心轴线与上盖板垂直；
第二动力源带动料斗用齿轮旋转，齿轮带动齿条移动，齿条带动料斗开口限制板移动，进而打开和关闭进粉料斗的落料口。
在所述基座上固定安装有两个第一限位块，其设置在齿轮的两侧；所述第一限位块包括：竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同一侧，且与竖直板垂直连接，所述固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角；通过在固定板上安装螺栓将第一限位块固定在基座上；上方的齿条依次穿过两个第一限位块的上限位板、下限位板之间；所述竖直板将两个齿条顶住。
在所述上盖板上固定安装有第二限位块，第二限位块与料斗用齿轮相对设置在料斗用齿条的两侧。
优选的，所述基座的横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上；
在所述基座上开有两条平行的落粉长孔，两条落粉长孔对称分布在所述上平板的中线的两侧；
在每个落粉长孔的上方均安装有一个所述落粉控制装置，在每个所述落粉控制装置上方均安装有一个所述料斗开口限制装置，在每个料斗开口限制装置的上方均安装有一个进粉料斗；
两侧的料斗开口限制板分别与同一个料斗用齿条的两端固定连接；
在所述下平板的下端设有刮刀安装槽。
本发明还提供一种利用所述的铺粉装置进行增材制造激光成型的方法，所述方法包括：
(1)将所述铺粉装置安装在增材制造激光成型设备的成形室的背板上，并将其与增材制造激光成型设备的供粉装置连接；
(2)将两个进粉料斗的落料口均关闭，在两个进粉料斗内均装入需要加工的金属粉末原料；
(3)将两侧的落粉口调整至基板对应的尺寸；
(4)将基板安装在增材制造激光成型设备的基板平台上；
(4)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(5)铺粉装置沿水平方向从成形室的起始位置开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的终止位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(6)对粉末进行激光成形加工；
(7)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(8)铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开另一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的起始位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(9)对粉末进行激光成形加工；
(10)重复步骤(4)到(9)直到成形完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：传统增材制造激光成型设备只能实现单向铺粉方式，成型效率低。利用本发明实现了双向铺粉，提高了成型效率，且可以控制各铺粉口的铺粉量。
附图说明
图1铺粉装置主视爆炸视图；
图2铺粉装置主视安装完成视图；
图3铺粉装置左视安装完成视图；
图4铺粉装置料斗开口限制部分局部俯视图；
图5铺粉装置左视爆炸视图；
图6限位块9的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明提供了一种铺粉装置。如图1-图5所示，本发明中的铺粉装置包括基座1，安装在基座1上方的落粉控制装置3，安装在所述落粉控制装置3上方的料斗开口限制装置4，安装在所述料斗开口限制装置4上方的进粉料斗2。使用时，可以只在基座上设置一个落粉控制装置3、一个料斗开口限制装置4和一个进粉料斗2，实现粉量可调控的单向铺粉，也可以在基座上对称布置两个落粉控制装置3、两个料斗开口限制装置4和两个进粉料斗2，实现粉量可调控的双向铺粉，下面对实现双向铺粉的结构进行详细描述。
所述基座1为T形结构，即其横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，上平板、下平板的长度方向平行，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上，在下平板的下端设有刮刀安装槽，所述刮刀安装槽用于安装刮刀。所述基座1的上平板上开有沿其中线对称分布在两侧的两个平行的落粉长孔，两个落粉长孔的长度方向与上平板的长度方向平行，在所述上平板的上端面安装其他部件。
所述进粉料斗2固定于上盖板20上，用于存储待加工粉末，可与外部的供粉装置相连，保持粉末存储。
所述落粉控制装置3，包括L形粉末挡板5，护板6，第一驱动部分7，外粉末挡板35。
优选地，所述落粉控制装置3为左右完全对称的两套结构，每套结构均包括安装在所述基座落粉长孔内侧的护板6，安装在护板6外侧的两个L形粉末挡板5，安装在所述基座落粉长孔外侧的外粉末挡板35，以及安装在护板内侧的第一驱动部分7。护板6、外粉末挡板35平行设置，且长度方向均与落粉长孔的长度方向平行，护板6和外粉末挡板35围合形成一个空间，两个所述L形粉末挡板5设置在该空间内。所述护板6、外粉末挡板35均固定在基座1上。所述第一驱动部分7包括安装在所述基座1的上平板上的第一动力源22，安装在第一动力源22和护板6中间部分的齿条传动组件21，及安装在齿条传动组件21内侧的第一限位块9；在所述护板6上开有两条长条形空槽，分别为第一长条形空槽和第二长条形空槽，两个长条形空槽的长度方向均与护板的长度方向平行，且第一长条形空槽位于第二长条形空槽的上方。所述L形粉末挡板安装在所述护板6的外侧，用于控制落粉口大小，从而控制落粉量及落粉范围，减少粉末消耗。具体来说，在护板与外粉末挡板形成的空间内设置有两个L形挡板5，每个L形粉末挡板5为L形，包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度，所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形，所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行。两个横向板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口。在所述端板上连接有螺栓8，所述螺栓8的一端与所述端板固定连接，另一端穿过一个所述长条形空槽后与齿条传动组件21连接。
所述齿条传动组件21包括两个齿条，分别为上齿条和下齿条，两个齿条均与护板6的长度方向平行，所述上齿条位于下齿条的上方，所述上齿条位于第一长条形空槽外，与第一个L形挡板5连接的螺栓8穿过第一长条形空槽后与上齿条连接，所述下齿条位于第二长条形空槽外，与第二个L形挡板5连接的螺栓8穿过第二长条形空槽后与下齿条连接，与第一动力源22连接的齿轮位于上齿条和下齿条之间，且位于护板的内侧的中间位置。所述下齿条的底面与基座1接触，通过基座1保持下齿条的水平。
所述第一限位块9用于限制两个齿条沿齿轮的径向发生移动，保证两个齿条与齿轮的紧密啮合。具体来说，在齿轮的两侧分别设置一个第一限位块9，第一限位块9的结构如图6所示，包括竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同侧，且与竖直板垂直连接，固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角。通过在固定板上安装螺栓将第一限位块9固定在基座1上，所述上齿条穿过两侧的限位块的上限位板、下限位板之间，这样能够保持上齿条的水平。同时，由于竖直板能够将上齿条、下齿条顶住，也进一步保证了齿条与齿轮的紧密咬合。
使用时，根据所需落粉口尺寸，所述第一动力源22经由传动组件21驱动L形粉末挡板5，沿所述护板6的长条形空槽的方向水平移动至指定位置，完成落粉口尺寸限制。具体如下：当第一动力源22带动齿轮旋转时，由于上齿条和下齿条分别位于齿轮的上方和下方，两个齿条的移动方向相反，进而带动第一个L形挡板与第二个L形挡板相向运动或者相背运动，当两个L形挡板相向运动时，落粉口变小，进而落粉量、落粉范围变小，当两个L形挡板相背运动时，落粉口变大，进而落粉量、落粉范围变大。当两个L形挡板相背运动时，两个L形挡板的横向板的外端能够分别从护板与外粉末挡板形成的空间的前、后端伸出。
所述料斗开口限制装置4，包括安装在所述护板6上方的上盖板20；安装在所述上盖板20上方的料斗开口限制板10，以及第二驱动部分11。所述第二驱动部分11包括第二动力源24和齿轮传动组件25；所述上盖板20水平设置，在所述上盖板20上开有两个长条形进口槽，两个长条形进口槽平行设置，且与基座上平板上的落粉长孔的长度方向一致，两个长条形进口槽分别位于两个落粉长孔的正上方，料从料斗落下后，依次通过长条形进口槽、落粉口、落粉长孔后落到基板上。在每个长条形进口槽的上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对长条形进口槽，在每个料斗的落料口与长条形进口槽之间设置有水平的料斗开口限制板10。两侧的料斗开口限制板10通过齿条23连接(即齿条与两侧的料斗开口限制板10的长度方向垂直，也就是说所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直，齿条的一端与一侧的料斗开口限制板10连接，另一端与另一侧的料斗开口限制板10连接)，在所述上盖板20上安装有齿轮传动组件25，所述齿轮传动组件25包括齿轮(主动件)和齿条23(从动件)，齿轮设置在齿条的中部的一侧，所述齿轮传动组件25的一侧安装有第二限位块12，通过螺栓将第二限位块12固定于上盖板20上，第二限位块12与齿轮相对设置在齿条的两侧，第二限位块12将齿条23顶住，用于限制齿条沿齿轮的径向移动，保证齿条与齿轮的紧密啮合。所述第二动力源24安装在安装板13上，所述安装板13固定于所述基座1的上平板上，使用螺栓进行连接。所述第二动力源24与所述齿轮传动组件25中的齿轮连接。齿轮传动组件25中的齿轮的中心轴线与上盖板20垂直，所述料斗开口限制板10与上盖板水平设置。
所述两个进粉料斗，安装在所述上盖板和料斗开口限制板上方，与上盖板连接，用于存储待加工粉末。所述的进粉料斗与所述的供粉装置相连，用于粉末存储。所述料斗开口限制板10与所述第二驱动部分11中的齿条23为一体件，当齿条移动时，带动两侧的料斗开口限制板10进行同向移动。两侧料斗开口限制板10的尺寸大于两侧的料斗的落料口的尺寸。
使用时，如需将两侧料斗的落料口均关闭，则第二动力源24经由齿条23驱动两侧的料斗开口限制板10移动至关闭位置，此时齿轮位于齿条的中间位置；如需将左侧料斗的落料口打开至规定大小，则第二动力源24经由齿条23驱动料斗开口限制板10向右侧料斗移动，移动至规定位置后左侧的落料口被打开，同时右侧的落料口仍处于关闭状态，由于料斗开口限制板10的尺寸大于落料口的尺寸，右侧的料斗开口限制板10的一部分从预留口穿出，但仍然能够保证右侧落料口是关闭的。
本发明还提供一种利用所述的铺粉装置进行增材制造激光成型的方法，所述方法包括：
(1)将所述铺粉装置安装在增材制造激光成型设备的成形室的背板上，并将其与增材制造激光成型设备的供粉装置连接；
(2)将两个进粉料斗的落料口均关闭，在两个进粉料斗内均装入需要加工的金属粉末原料；
(3)将两侧的落粉口调整至基板对应的尺寸；
(4)将基板安装在增材制造激光成型设备的基板平台上；
(4)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(5)铺粉装置沿水平方向从成形室的起始位置开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的终止位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(6)对粉末进行激光成形加工；
(7)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(8)铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开另一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的起始位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(9)对粉末进行激光成形加工；
(10)重复步骤(4)到(9)直到成形完成。
本发明实现了粉床式增材制造设备加工过程中双向铺粉，且粉末用量的精确控制，提高了生产效率。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (6)
1.一种铺粉装置，用于增材制造激光成型设备，其特征在于：所述铺粉装置包括：基座、落粉控制装置、料斗开口限制装置和进粉料斗；
在所述基座上开有落粉长孔；
在所述落粉长孔的上方设置所述落粉控制装置，所述落粉控制装置用于控制粉末的下落量；
在所述落粉控制装置的上方设置所述料斗开口限制装置，所述料斗开口限制装置用于打开和关闭所述进粉料斗的落料口；
在所述料斗开口限制装置的上方设置所述进粉料斗；
所述落粉控制装置为左右完全对称的两套结构，每套结构均包括护板、外粉末挡板、两个粉末挡板以及第一驱动部分；
所述护板与外粉末挡板平行设置在所述基座的落粉长孔的两侧，两者的长度方向与所述落粉长孔的长度方向平行，且两者的下端均与基座的上端面固定连接，两者之间形成空间，两个粉末挡板设置在该空间内，所述第一驱动部分设置在该空间外；
所述第一驱动部分包括第一动力源、一个齿轮和两个齿条，两个齿条平行设置，分别位于所述齿轮的上方和下方，且分别与所述齿轮咬合；所述齿轮设置在护板的内侧的中间位置处；
在所述护板上开有两个与所述落粉长孔的长度方向平行的长条形空槽，其中一个长条形空槽位于另一个长条形空槽的上方；每个齿条对应设置在一个长条形空槽的外部；
两个粉末挡板通过连接件分别与两个齿条连接；
第一动力源带动齿轮旋转，齿轮带动两个齿条运动，两个齿条带动两个粉末挡板相向运动或者相背运动；
每个粉末挡板均为L形粉末挡板，每个L形粉末挡板均包括横向板和端板，所述横向板的长度大于所述端板的长度；所述横向板的内端与端板的上端垂直连接，形成L形；
所述横向板的长度方向与长条形空槽的长度方向平行；
两个L形挡板的上端面位于同一个平面内，两个端板之间形成落粉口；
所述连接件采用螺栓，所述螺栓的一端与所述端板固定连接，另一端穿过护板上的一个所述长条形空槽后与齿条连接。
2.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于：所述料斗开口限制装置包括：安装在所述护板上方的上盖板、安装在所述上盖板上方的料斗开口限制板和第二驱动部分；
所述第二驱动部分包括：第二动力源、料斗用齿轮、料斗用齿条；
在所述上盖板上开有长条形进口槽，所述长条形进口槽的长度方向与基座上的落粉长孔的长度方向平行；
在所述长条形进口槽上方设置有一个料斗，所述料斗的落料口正对所述长条形进口槽；
所述料斗开口限制板设置在料斗的落料口与长条形进口槽之间，并与上盖板平行；
所述料斗开口限制板的一侧伸出到长条形进口槽的外侧，该侧与所述料斗用齿条的一端固定连接，所述料斗用齿轮安装在所述上盖板上；所述齿条的长度方向与长条形进口槽的长度方向垂直；
所述料斗用齿轮的中心轴线与上盖板垂直；
第二动力源带动料斗用齿轮旋转，齿轮带动齿条移动，齿条带动料斗开口限制板移动，进而打开和关闭进粉料斗的落料口。
3.根据权利要求2所述的铺粉装置，其特征在于：在所述基座上固定安装有两个第一限位块，其设置在齿轮的两侧；所述第一限位块包括：竖直板、上限位板、下限位板、固定板，所述上限位板、下限位板位于竖直板的同一侧，且与竖直板垂直连接，所述固定板位于竖直板的另一侧，且与竖直板垂直连接，所述上限位板位于下限位板的上方，在所述下限位板的两端分别设有圆角；通过在固定板上安装螺栓将第一限位块固定在基座上；上方的齿条依次穿过两个第一限位块的上限位板、下限位板之间；所述竖直板将两个齿条顶住。
4.根据权利要求3所述的铺粉装置，其特征在于：在所述上盖板上固定安装有第二限位块，第二限位块与料斗用齿轮相对设置在料斗用齿条的两侧。
5.根据权利要求4所述的铺粉装置，其特征在于：所述基座的横截面为T形，包括两个相互垂直的平板，分别为上平板和下平板，所述上平板与水平面平行，所述下平板与上平板垂直，且下平板的上端固定连接在上平板的下端面的中线上；
在所述基座上开有两条平行的落粉长孔，两条落粉长孔对称分布在所述上平板的中线的两侧；
在每个落粉长孔的上方均安装有一个所述落粉控制装置，在每个所述落粉控制装置上方均安装有一个所述料斗开口限制装置，在每个料斗开口限制装置的上方均安装有一个进粉料斗；
两侧的料斗开口限制板分别与同一个料斗用齿条的两端固定连接；
在所述下平板的下端设有刮刀安装槽。
6.一种利用权利要求5所述的铺粉装置进行增材制造激光成型的方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)将所述铺粉装置安装在增材制造激光成型设备的成形室的背板上，并将其与增材制造激光成型设备的供粉装置连接；
(2)将两个进粉料斗的落料口均关闭，在两个进粉料斗内均装入需要加工的金属粉末原料；
(3)将两侧的落粉口调整至基板对应的尺寸；
(4)将基板安装在增材制造激光成型设备的基板平台上；
(4)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(5)铺粉装置沿水平方向从成形室的起始位置开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的终止位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(6)对粉末进行激光成形加工；
(7)基板平台垂直向下下降一层粉末的高度；
(8)铺粉装置沿水平方向反向开始移动，同时移动料斗开口限制板，打开另一个落料口，当铺粉装置移动至成形室的起始位置后完成一层粉末铺设，移动料斗开口限制板，关闭该落料口；
(9)对粉末进行激光成形加工；
(10)重复步骤(4)到(9)直到成形完成。
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