CN112092364A - 粉末床3d打印设备及其铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉末床3D打印设备及其铺粉装置，粉盒内的粉末先经出粉口在传送带的表面进行初级铺设，得到预铺粉末层。随着传送带继续循环，其表面的粉末将与之脱离。且随着支撑架沿第一方向移动，从传送带脱离的粉末将依次转移至铺粉平台的表面。由于传送带与铺粉平台的表面之间存在高度差，故粉末在自身重力的作用下便可压实，从而无需额外进行压实操作，而且，经过初级铺设后，预铺粉末层转移至铺粉平台后的平整性较好、无堆积，刮板能够快速将铺粉平台表面的粉末刮平，得到粉末平面。可见，上述铺粉装置的铺粉速度将得到极大提高，故上述粉末床3D打印设备的打印效率也相应提升。

Description

粉末床3D打印设备及其铺粉装置

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种粉末床3D打印设备及其铺粉装置。

背景技术

粉末床3D打印因其具有精度高、表面质量好等优势，被广泛应用于金属、高分子材料甚至陶瓷零件的成型加工。通过对粉末薄层的选定区域进行激光束照射加热或辐射加热，使得被照射区域粉末颗粒表层或整体熔融、结合，进而冷却得到片状固化成形物，并通过逐层叠加便可得到三维立体结构。

粉末床3D打印的过程大致分为气氛准备、铺粉及激光扫描循环。气氛准备在打印开始之前执行完成，并在打印过程中保持。因此，打印的速度主要由铺粉速度及激光扫描速度决定。其中，铺粉速度是主要决定因素。目前，常用的铺粉方式有滚筒式和刮板式。铺粉前将铺一层粉所需要的粉末一次性放置在粉床的一侧，然后整体推动铺粉。

但是，由于粉末堆积在铺粉剪切面且粉末流动性差，滚筒或刮板需要以较慢速度进行铺粉才能获得密实、平整的铺粉面，故常用的铺粉方式将导致铺粉速度较慢，进而导致整体的打印效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升打印效率的粉末床3D打印设备及其铺粉装置。

一种铺粉装置，用于在铺粉平台的表面形成粉末平面，所述铺粉装置包括：

支撑架，相对于所述铺粉平台沿第一方向可做往复移动；

粉盒，设于所述支撑架，所述粉盒具有供粉末流出的出粉口；

传送带，设于所述支撑架并位于所述粉盒与所述铺粉平台之间，所述传送带沿所述第一方向可循环传送，并使经所述出粉口流出的粉末在所述传送带的表面形成预铺粉末层；及

刮板，固定于所述支撑架，所述刮板随所述支撑架沿所述第一方向移动，并对所述铺粉平台对应所述粉末平面的区域进行刮平。

在其中一个实施例中，还包括移载机构，所述支撑架设于所述移载机构，并在所述移载机构的驱动下沿所述第一方向做往复滑动。

在其中一个实施例中，所述传送带可在逆时针循环与顺时针循环之间切换。

在其中一个实施例中，所述刮板分布于所述传送带在所述第一方向上相对的两端。

在其中一个实施例中，所述出粉口分布于所述粉盒在所述第一方向上相对的两侧。

在其中一个实施例中，所述传送带的传送方向与所述支撑架的移动方向相反，且传送带的传送速率与所述支撑架的移动速率相同。

在其中一个实施例中，所述出粉口的开口大小可调。

在其中一个实施例中，还包括驱动件及挡板，所述挡板可滑动地设于所述粉盒并用于遮挡所述出粉口，所述驱动件固定于所述支撑架并与所述挡板传动连接，所述驱动件可驱使所述挡板滑动，以调节所述挡板遮挡所述出粉口的范围。

在其中一个实施例中，所述传送带在所述第一方向上的尺寸小于所述粉末平面在所述第一方向上的尺寸。

一种粉末床3D打印设备，包括：

铺粉平台；及

如上述优选实施例中任一项所述的铺粉装置，所述支撑架相对于所述铺粉平台沿第一方向可做往复移动。

上述粉末床3D打印设备及其铺粉装置，粉盒内的粉末先经出粉口在传送带的表面进行初级铺设，得到预铺粉末层。随着传送带继续循环，其表面的粉末将与之脱离。且随着支撑架沿第一方向移动，从传送带脱离的粉末将依次转移至铺粉平台的表面。由于传送带与铺粉平台的表面之间存在高度差，故粉末在自身重力的作用下便可压实，从而无需额外进行压实操作，而且，经过初级铺设后，预铺粉末层转移至铺粉平台后的平整性较好、无堆积，刮板能够快速将铺粉平台表面的粉末刮平，得到粉末平面。可见，上述铺粉装置的铺粉速度将得到极大提高，故上述粉末床3D打印设备的打印效率也相应提升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明较佳实施例中铺粉装置的结构示意图；

图2为图1所示铺粉装置的端视图；

图3为图1所示铺粉装置的主视图；

图4为图1所示铺粉装置的俯视图；

图5为图1所示铺粉装置另一状态的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种粉末床3D打印设备(图未示)及铺粉装置100。其中，粉末床3D打印设备包括铺粉装置100及铺粉平台200。

此外，上述粉末床3D打印设备为实现其正常功能，一般还需要包括与常规的3D打印设备类似的成型仓、激光头等元件，在此不再赘述。铺粉平台200一般形成于成型仓的底部。如图5所示，铺粉装置100用于在铺粉平台200上形成粉末平面201。进行3D打印时，可采用激光束照射或热辐射的方式对粉末平面201进行加热，使得选定区域的粉末颗粒表层或整体熔融、结合，进而冷却得到片状固化成形物。重复执行上述铺粉及加热操作，通过逐层叠加便可得到立体成形物。

本发明较佳实施例中的铺粉装置100包括支撑架110、粉盒120、传送带130及刮板140。

支撑架110对整个铺粉装置100起到支撑作用，具有较高的刚性。具体的，支撑架110可以是金属板材及杆材通过拼装焊接所得到的刚性结构。此外，支撑架110相对于铺粉平台200沿第一方向可做往复移动。

第一方向与铺粉平台200的表面平行。请一并参阅图3，铺粉平台200的表面平行于水平面，第一方向即为水平方向。铺粉平台200既可以从左向右移动，也可从右向左移动。

具体在本实施例中，铺粉装置100还包括移载机构150。支撑架110设于移载机构150，并在移载机构150的驱动下沿第一方向做往复滑动。

移载机构150可以是导轨-滑块与驱动电机相配合的机构，也可是电机螺纹丝杆副机构。移载机构150相对于铺粉平台200可固定安装，并可驱使支撑架110相较于铺粉平台200沿第一方向移动。

需要指出的是，在其他实施例中，也可在粉末床3D打印设备的成型仓内设置沿第一方向延伸的导轨，并直接将支撑架110通过滑块设于该导轨上。

粉盒120用于收容作为打印原材料的粉末。粉盒120设于支撑架110，粉盒120具有供粉末流出的出粉口(图未示)。粉盒120可通过焊接、螺纹紧固的方式固定于支撑架100，故可随支撑架110沿第一方向进行往复运动。

传送带130设于支撑架110，并沿第一方向可循环传送。具体的，传送带130通过传送电机131驱动，两个传送电机131固定安装于支撑架110，并在第一方向上间隔设置。环形的传送带130套设于两个传送电机131，从而在传送电机131的驱动下沿第一方向进行循环传送。同样的，传送带130在进行循环传送的同时，还可随支撑架110沿第一方向进行往复运动。

进一步的，传送带130位于粉盒120与铺粉平台200之间。如图3所示，粉盒120位于传送带130的上方，而铺粉平台200则位于传送带130的下方。传送带130在第一方向上进行循环运送时，可使经出粉口流出的粉末在传送带130的表面形成预铺粉末层101。

具体的，出粉口可位于粉盒120的底面并与传送带130的表面贴合。当传送带130运动时，便可从出粉口中将粉末材料带出粉盒120。同时，随着传送带130继续运动，粉末沿第一方向逐渐铺开，便在传送带130的表面形成平整的预铺粉末层101。即，粉末材料在铺设到铺粉平台200之前，先在传送带130的表面进行初级铺设。

其中，出粉口一般呈长条形并沿垂直于第一方向的第二方向延伸，第二方向也平行于铺粉平台200的表面。而且，出粉口的长度(第二方向上的尺寸)等于最终所需粉末平面201的宽度。如此，传送带130只需沿第一方向移动，便可快速在其表面形成得到与粉末平面201的宽度一致的预铺粉末层101。

而且，由于传送带130做循环传送，故在传送带130的两端需进行换向。如此，当传送带130上的预铺粉末层101被传送至两端换向的位置时，粉末材料将在重力的作用下从传送带130上脱离，并落到铺粉平台200的表面。也就是说，随着传送带130的循环传送，在传送带130表面完成初级铺设的粉末将最终转移至铺粉平台200的表面。

与此同时，支撑架110在第一方向上与传送带130反向移动。请一并参阅图4，从传送带130上脱离的粉末材料将沿第一方向依次在铺粉平台200铺开，得到过渡粉末层202。而且，粉末材料经过初级铺设后再转移至铺粉平台200时，所得到的过渡粉末层202将不存在局部堆积，平整性较好。为了更好的提升过渡粉末层202的平整度，本实施例中铺粉平台200的表面与传送带130的表面平行。

过渡粉末层202的长度(第一方向上的尺寸，下同)决定了最终粉末平面201的长度，故过渡粉末层202的长度应该等于粉末平面201的长度。但是，由于粉末材料在传送带130上进行初级铺设，且初级铺设得到的预铺粉末层101可持续向铺粉平台200供给。因此，预铺粉末层101的面积不必和实际铺设面积相同。

因此，具体在本实施例中，传送带130在第一方向上的尺寸小于粉末平面201在第一方向上的尺寸。如此，可使铺粉装置100的结构更紧凑、体积更小。

请一并参阅图5，将铺粉平台200上的过渡粉末层202进一步刮平，便可形成所需的粉末平面201。而且，如图3所示，由于传送带130与铺粉平台200的表面之间存在高度差，故粉末下落的过程中因自身重力的作用带有向下的动能。因此，粉末到达铺粉平台200的表面时，会产生较大的冲击而将粉末之间压实。也就是说，无需对过渡粉末层202额外进行压实操作。

具体在本实施例，传送带130的传送方向与支撑架110的移动方向相反，且传送带130的传送速率与支撑架110的移动速率相同。

粉末材料对铺粉平台200的冲击力竖直向下时，过渡粉末层202的压实效果最好。由于支撑架110及传送带130同时运行，故粉末拥有的第一方向(即，图示水平方向)上的速度为两者的合速度。当传送带130与支撑架110运行的速率相同且方向相反时，则两者提供给粉末材料的速度能够相互抵消。即，粉末材料在水平方向上的速度为0，粉末材料从传送带130的表面脱离时，将只受重力作用下降。此时，粉末材料向铺粉平台200转移的过程等效于：位于上方的预铺粉末层101从一端到另一端朝铺粉平台200的表面做自由落体运动。

刮板140固定于支撑架110。刮板140一般呈长条形，其平行于铺粉平台200的表面且与第一方向垂直。而且，刮板140在支撑架110上的位置进行标定，使得刮板140的下边缘距离铺粉平台200表面的距离，等于所需粉末平面201的厚度。刮板140随支撑架110沿第一方向移动，并对铺粉平台200对应粉末平面201的区域进行刮平。

如前所述，由于所得到的过渡粉末层202将不存在局部堆积，平整性较好。因此，刮板140能够快速将铺粉平台200表面的粉末刮平而得到粉末平面201，故铺粉速度将得到极大提高。

而且，由于刮板140随支撑架110沿第一方向同步移动。因此，随着过渡粉末层202逐渐形成，刮板140将同时对所形成的过渡粉末层202进一步刮平，从而得到粉末平面201。也就是说，过渡粉末层202形成及刮平操作是同时进行的，故铺粉速度可得到进一步的提升。

在本实施例中，传送带130可在逆时针循环与顺时针循环之间切换。传送带130的循环方向决定其传送方向，具体如图3所示，传送带130逆时针循环时，向左传送；传送带130顺时针循环时，向右传送。

当传送带130向左传送时，支撑架110向右移动，传送带130上的粉末可由传送带130的左端脱离传送带130并落到铺粉平台200的表面，经刮平后得到粉层平面201；当传送带130向右传送时，支撑架110向左移动，传送带130上的粉末可由传送带130的右端脱离传送带130并落到铺粉平台200的表面，经刮平后得到粉层平面201。可见，通过使传送带130进行双向传送，可使铺粉装置100能够实现双向铺粉。这样，在每完成一次铺粉后，无需将支撑架110复位，可连续执行下一道铺粉工序。因此，铺粉速度再一步得到提升。

需要指出的是，在其他实施例中，传送带130也可只沿一个方向进行传送。这样，铺粉装置100只能实现单向铺粉。因此，每完成一次铺粉后，需使支撑架110复位。

进一步的，在本实施例中，刮板140分布于传送带130在第一方向上相对的两端。

具体的，在第一方向上，传送带130位于至少两个刮板140之间。如图2所示，两个刮板140在传送带130的两端对称分布。因此，当传送带130向左传送时，支撑架110整体向右移动，可由左侧的刮板140对过渡粉末层202进行刮平；而传送带130向右传送时，支撑架110整体向左移动，则可由右侧的刮板140对过渡粉末层202进行刮平。因此，可保证刮平操作与过渡粉末层202的成形同时进行。

进一步的，在本实施例中，出粉口分布于粉盒120在第一方向上相对的两侧。

如图3所示，两个出粉口分别位于粉盒120的左右两侧。当传送带130向左传送时，可由左侧的出粉口向传送带130的表面供粉；而当传送带130向右传送时，可由右侧的出粉口向传送带130的表面供粉。如此，能够使得出粉更均匀。

需要指出的是，在其他实施例中，也可仅在粉盒120底面的中部设置一个出粉口，且无论传送带130向左还是向右传送，均由该出粉口供粉。

下面结合图1至图5，对本实施例中粉末床3D打印设备的打印过程中进行简要描述：

气氛准备完毕后，便启动传送带130及支撑架110；先使传送带130向左传送，而支撑架110向右移动，粉盒120内的粉末由左侧出粉口流向传送带130并在其表面形成预铺粉末层101，随着传送带130继续向左传送，其上的粉末将逐渐从左端脱离并落到铺粉平台200的表面，形成过渡粉末层202；同时，随支撑架110向右运动的刮板140从左向右过渡粉末层202进行刮平，得到粉层平面201；

采用激光束照射或热辐射的方式对粉末平面201进行加热，使得选定区域的粉末颗粒表层或整体熔融、结合，进而冷却得到片状固化成形物；

接着，传送带130向右传送，而支撑架110向左移动，粉盒120内的粉末由右侧出粉口流向传送带130并在其表面形成预铺粉末层101，随着传送带130继续向右传送，其上的粉末将逐渐从右端脱离并落到铺粉平台200的表面，形成过渡粉末层202；同时，随支撑架110向左运动的刮板140从右向左对过渡粉末层202进行刮平，得到新的粉层平面201；此时，铺粉装置100回复至初始状态。

再次采用激光束照射或热辐射的方式对粉末平面201进行加热，使得选定区域的粉末颗粒表层或整体熔融、结合，进而冷却得到下一层片状固化成形物；

依次重复上述过程，直至多层片状固化成形物叠加呈所需的立体成形物。

在本实施例中，出粉口的开口大小可调。具体的，出粉口的开口调大或调小时，其长度(第一方向上的尺寸)不变，仅调节其宽度。

出粉口的开口大小决定单位时间内的供粉量，从而决定初级铺设于传送带130表面的预铺粉末层101的厚度。出粉口的开口越大，则预铺粉末层101的厚度越大；反之，则越小。因此，通过调节出粉口的开口大小，可使得铺粉装置100适应不同的打印层厚。

理想状态下，预铺粉末层101的体积等于实际所需粉末平面201的体积。但考虑到实际打印过程中已打印区域可能会存在一定的下陷，下陷的位置需要更多的粉末才能铺平整。因此，初级铺设的粉末量不一定等于最终粉末铺设量，可通过调节出粉口的开口大小进行调整。

进一步的，请再次参阅图1，在本实施例中，铺粉装置100还包括驱动件160及挡板170。挡板170可滑动地设于粉盒120并用于遮挡出粉口，驱动件160固定于支撑架110并与挡板170传动连接，驱动件160可驱使挡板170滑动，以调节挡板170遮挡出粉口的范围。

具体的，驱动件160可以是汽缸或电机，可带动挡板170升降。挡板170遮挡出粉口的范围越小，则出粉口的开口越大，依次实现对出粉口的开口大小的调节。

需要指出的是，在其他实施例中，还可通过旋转、挤压等方式对出粉口的开口大小进行调节。

上述粉末床3D打印设备及其铺粉装置100，粉盒120内的粉末先经出粉口在传送带130的表面进行初级铺设，得到预铺粉末层101。随着传送带130继续循环，其表面的粉末将与之脱离。且随着支撑架110沿第一方向移动，从传送带130脱离的粉末将依次转移至铺粉平台200的表面。由于传送带130与铺粉平台200的表面之间存在高度差，故粉末在自身重力的作用下便可压实，从而无需额外进行压实操作，而且，经过初级铺设后，预铺粉末层101转移至铺粉平台200后的平整性较好、无堆积，刮板140能够快速将铺粉平台200表面的粉末刮平，得到粉末平面201。可见，上述铺粉装置100的铺粉速度将得到极大提高，故上述粉末床3D打印设备的打印效率也相应提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铺粉装置，用于在铺粉平台的表面形成粉末平面，其特征在于，所述铺粉装置包括：

支撑架，相对于所述铺粉平台沿第一方向可做往复移动；

粉盒，设于所述支撑架，所述粉盒具有供粉末流出的出粉口；

传送带，设于所述支撑架并位于所述粉盒与所述铺粉平台之间，所述传送带沿所述第一方向可循环传送，并使经所述出粉口流出的粉末在所述传送带的表面形成预铺粉末层；及

刮板，固定于所述支撑架，所述刮板随所述支撑架沿所述第一方向移动，并对所述铺粉平台对应所述粉末平面的区域进行刮平。

2.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于，还包括移载机构，所述支撑架设于所述移载机构，并在所述移载机构的驱动下沿所述第一方向做往复滑动。

3.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于，所述传送带可在逆时针循环与顺时针循环之间切换。

4.根据权利要求3所述的铺粉装置，其特征在于，所述刮板分布于所述传送带在所述第一方向上相对的两端。

5.根据权利要求3所述的铺粉装置，其特征在于，所述出粉口分布于所述粉盒在所述第一方向上相对的两侧。

6.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于，所述传送带的传送方向与所述支撑架的移动方向相反，且传送带的传送速率与所述支撑架的移动速率相同。

7.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于，所述出粉口的开口大小可调。

8.根据权利要求7所述的铺粉装置，其特征在于，还包括驱动件及挡板，所述挡板可滑动地设于所述粉盒并用于遮挡所述出粉口，所述驱动件固定于所述支撑架并与所述挡板传动连接，所述驱动件可驱使所述挡板滑动，以调节所述挡板遮挡所述出粉口的范围。

9.根据权利要求1所述的铺粉装置，其特征在于，所述传送带在所述第一方向上的尺寸小于所述粉末平面在所述第一方向上的尺寸。

10.一种粉末床3D打印设备，其特征在于，包括：

铺粉平台；及

如上述权利要求1至9任一项所述的铺粉装置，所述支撑架相对于所述铺粉平台沿第一方向可做往复移动。

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