CN112427659A - 供粉装置、3d打印机及供粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供粉装置，应用于3D打印机，供粉装置设于成型平台上方且包括两个粉仓、铺粉件和控制器，两个粉仓分别设于成型平台两侧，每个粉仓朝向成型平台的一端设有出粉阀门，且每个粉仓连接有重力感应器，重力感应器用于感应粉仓中粉末的质量。铺粉件可在成型平台上往复运动以铺平由粉仓落至成型平台上的粉末；控制器与重力感应器电连接以接收重力感应器发出的重力感应信号，控制器还用于计算每次铺粉后粉仓中应剩余粉末的质量。当粉仓中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制器控制出粉阀门关闭。上述供粉装置能够精准控制供粉量，提升了供粉效率和打印效率。本发明同时提供一种3D打印机和供粉方法。

Description

供粉装置、3D打印机及供粉方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术，特别是一种供粉装置、3D打印机及供粉方法。

背景技术

金属3D打印作为一种新型的金属工件制造技术，可以实现产品的快速成型以及定制化生产。选区激光熔化技术是目前金属3D打印使用较为普遍的一种方式，具有高精度、高成形致密度等特点。铺粉作为选区激光熔化技术应用最广的粉末供给方式，需保证每一层铺粉的厚度与打印切片厚度一致，然而，现有的铺粉装置通常无法精准控制粉末供给量，在铺粉后还需回收多余的粉末，降低了打印效率。

发明内容

有鉴于此，有必要提出一种供粉装置、3D打印机及供粉方法，以解决上述问题。

本发明的第一方面提供一种供粉装置，应用于3D打印机，所述供粉装置设于成型平台上方，所述供粉装置包括两个粉仓、铺粉件和控制器，两个所述粉仓分别设于所述成型平台两侧，每个所述粉仓朝向所述成型平台的一端设有出粉阀门，且每个所述粉仓连接有重力感应器，所述重力感应器用于感应所述粉仓中粉末的质量；所述铺粉件可在所述成型平台上往复运动以铺平由所述粉仓落至所述成型平台上的粉末；所述控制器与所述重力感应器电连接以接收所述重力感应器发出的重力感应信号，所述控制器还用于计算每次铺粉后所述粉仓中应剩余粉末的质量，当所述粉仓中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，所述控制器控制所述出粉阀门关闭。

本发明的第二方面提供一种3D打印机，包括成型平台，所述3D打印机还包括上述供粉装置。

本发明的第三方面提供一种供粉方法，应用于上述供粉装置，所述供粉方法包括以下步骤：

记录两个所述粉仓中粉末的质量；

确认所述铺粉件的位置；

计算所述铺粉件对应的所述粉仓中应剩余粉末的质量；

控制所述铺粉件对应的粉仓的出料阀门开启，使所述粉仓中的粉末落至所述成型平台上；

感测所述铺粉件对应的粉仓中粉末的质量，当所述粉仓中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制所述出料阀门关闭；

所述铺粉件由对应的所述粉仓下方移动至另一侧粉仓下方，将粉末均匀铺设在所述成型平台上，以便进行激光打印；

重复上述步骤，直至产品打印完成。

上述供粉装置、3D打印机和供粉方法中，铺粉件的往复运动实现了双向供粉，铺粉件无需空走，且能保证打印过程中有足够量的打印粉末，无需停机换粉，提升了供粉效率和打印效率。本发明通过计算应剩余粉末的质量来控制出料阀门，从而精准控制供粉量，提升了粉末利用率，减少了打印完的筛粉工作。

附图说明

图1是本发明一实施方式中供粉装置的结构示意图。

图2是本发明一实施方式的供粉方法的流程图。

主要元件符号说明

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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，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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参照图1，本发明一实施方式提供一种应用于3D打印机的供粉装置100，设于成型平台200上方，用于向成型平台200的成型平面210上定量供应打印粉末。供粉装置100包括两个粉仓10、铺粉件20及至少一个控制器30。

两个粉仓10分别设于成型平台200两侧，粉仓10用于收容和供应打印粉末，粉仓10朝向成型平台200的一端设有出粉口11。

粉仓10朝向成型平台200的一端还设有出料阀门12，出料阀门12用于打开或关闭出粉口11。

每个粉仓10均连接有重力感应器13，重力感应器13用于感应相应粉仓10中粉末的质量。

较佳地，粉仓10呈漏斗形。供粉装置100还包括与出料阀门12相连接的驱动件40。驱动件40与控制器30电连接，用于在控制器30的控制下驱动出料阀门12运动，以打开或关闭出粉口11。

在一实施方式中，驱动件40为电机，出料阀门12呈圆弧形，出料阀门12可在电机的驱动下相对于出粉口11旋转，以打开或关闭出粉口11。

可以理解，在其他实施方式中，出料阀门12也可为其他形状，例如平板状，驱动件40可为其他能够驱动出料阀门12运动的驱动机构，例如气缸。可以理解，驱动件40也可以取消，出料阀门12可采用电磁阀门。

铺粉件20可在成型平台200上往复运动，以将从粉仓10落到成型平台200上的粉末均匀铺平。由于两个粉仓10轮流供粉，在铺粉件20对应粉仓10的出料阀门12关闭后，铺粉件20由对应的粉仓10下方移动至另一侧的粉仓10下方，然后依次循环。

在一实施方式中，铺粉件20为刮刀。可以理解，供粉装置100还可包括与铺粉件20连接的供粉驱动件(图未示)，用于驱动铺粉件20沿直线往复运动。

在一实施方式中，供粉装置100还包括与铺粉件20连接的位置传感器(图未示)，所述位置传感器与控制器30电性连接，用于感应铺粉件20的位置。

控制器30与重力感应器13电连接，以接收重力感应器13发出的重力感应信号，并依据接收到的重力感应信号记录粉仓10中粉末的质量。

控制器30还用于依据当前打印层的厚度和成型平面210的面积计算每次铺粉需要的粉末质量，以及依据当前粉仓10中粉末的质量和每次铺粉需要的粉末质量，计算粉仓10中每次供粉后应剩余粉末的质量。所述打印层的厚度即为产品切片的厚度，每一层铺粉的厚度与相应打印层的厚度一致。

在一实施方式中，根据3D打印机特性的要求，控制器30还用于预设一粉末冗余系数，即供粉量与实际打印每层产品的粉末需求量的比例。粉末冗余系数大于1，例如为1.1、1.2等。应剩余粉末的质量需满足以下：M2＝M1-a*m。其中，M2为应剩余粉末的质量，M1为当前粉仓10中粉末的质量，m为每次铺粉所需要的粉末质量，a为预设的粉末冗余系数。

控制器30还用于控制出料阀门12打开和关闭。具体地，在确认铺粉件20位于任一粉仓10下方之后，控制器30控制与铺粉件20相对应的粉仓10的出料阀门12开启；当重力感应器13感应到粉仓10中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制器30控制该粉仓10的出料阀门12关闭，从而精准控制供粉量。

本发明同时提供一种3D打印机，包括成型平台200及上述供粉装置100。可以理解，3D打印机还包括激光打印装置(图未示)，激光打印装置用于在每次铺粉后，对成型平面210上的粉末进行激光打印，以成型一层打印层，直至产品打印完成。

请同时参照图2，本发明同时提供一种3D打印方法，包括以下步骤。

S1：记录两个粉仓10中粉末的质量。

具体地，每个重力感应器13感应相应粉仓10中粉末的质量，并将重力感应信号发送至控制器30，控制器30接收重力感应信号后记录当前粉仓10中粉末的质量。

S2：确认铺粉件20的位置。

具体地，控制器30判断铺粉件20的位置，确定铺粉件20位于哪一侧粉仓10的下方。在一实施方式中，控制器30可接收铺粉件20的位置传感器发出的位置信号来确认铺粉件20的位置。

当铺粉件20位于左侧的粉仓10下方时，控制器30确定铺粉件20的运动方向是自左向右移动。当铺粉件20位于右侧的粉仓10下方时，控制器30确定铺粉件20的运动方向是自右向左移动。

S3：计算铺粉件20对应的粉仓10中应剩余粉末的质量。

具体地，控制器30先依据成型平面210的面积和打印层厚度，计算每次铺粉所需要的粉末质量，然后依据当前粉仓10中粉末的质量与每次铺粉所需要的粉末质量，计算粉仓10中应剩余粉末的质量。可以理解，若每次铺粉所需要的粉末质量是固定的，则直接计算粉仓10中应剩余粉末的质量即可。

在一实施方式中，粉仓10中应剩余粉末的质量M2为步骤S1中所记录的粉仓10中的粉末质量M1与每次铺粉所需要的粉末质量m的差值，即M2＝M1-m。

在另一实施方式中，根据3D打印机特性的要求，控制器30可预设一粉末冗余系数。此时，应剩余粉末的质量满足：M2＝M1-a*m，其中，M1为应剩余粉末的质量，M1为粉仓10中当前的粉末质量、m为每次铺粉所需要的粉末质量，a为预设的粉末冗余系数。

S4：控制铺粉件20对应粉仓10的出料阀门12开启，使粉仓10中的粉末落至成型平面210上。

控制器30向铺粉件20对应的粉仓10上的驱动件40发出控制信号，驱动件40驱动出料阀门12开启，以使粉仓10中的粉末落至成型平面210上。在本实施方式中，驱动件40控制出料阀门12旋转以打开出粉口11。

S5：感测铺粉件20对应的粉仓10中粉末的质量，当粉仓10中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制所述出料阀门12关闭。

重力感应器13感测铺粉件20对应的粉仓10中剩余粉末的质量，当粉仓10中剩余粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制器30向驱动件40发出控制信号，驱动件40驱动出料阀门12关闭。在本实施方式中，驱动件40控制出料阀门12沿反方向旋转，使出料阀门12旋转并关闭出粉口11，以精准地控制供粉量。

S6：铺粉件20由对应的粉仓10下方移动至另一侧粉仓10下方，以将粉末均匀铺设在成型平面210上，以便进行激光打印。

较佳地，采用选区激光熔化技术进行激光打印。打印完一层之后，重复上述步骤S1～S6，直至产品打印完成。

上述供粉装置100、3D打印机和供粉方法中，铺粉件20的往复运动实现了双向供粉，铺粉件20无需空走，且能保证打印过程中有足够量的打印粉末，无需停机换粉，提升了供粉效率和打印效率。上述供粉装置100和供粉方法通过计算应剩余粉末的质量来控制出料阀门12，从而精准控制供粉量，提升了粉末利用率，减少了打印完的筛粉工作。

尽管对本发明的优选实施方式进行了说明和描述，但是本领域的技术人员将领悟到，可以作出各种不同的变化和改进，这些都不超出本发明的真正范围。因此期望，本发明并不局限于所公开的作为实现本发明所设想的最佳模式的具体实施方式，本发明包括的所有实施方式都有所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种供粉装置，应用于3D打印机，所述供粉装置设于成型平台上方，其特征在于，所述供粉装置包括两个粉仓、铺粉件和控制器，两个所述粉仓分别设于所述成型平台两侧，每个所述粉仓朝向所述成型平台的一端设有出粉阀门，且每个所述粉仓连接有重力感应器，所述重力感应器用于感应所述粉仓中粉末的质量；所述铺粉件可在所述成型平台上往复运动以铺平由所述粉仓落至所述成型平台上的粉末；所述控制器与所述重力感应器电连接以接收所述重力感应器发出的重力感应信号，所述控制器还用于计算每次铺粉后所述粉仓中应剩余粉末的质量，当所述粉仓中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，所述控制器控制所述出粉阀门关闭。

2.如权利要求1所述的供粉装置，其特征在于：所述粉仓呈漏斗形，所述粉仓朝向所述成型平台的一端设有出粉口，所述供粉装置还包括与所述出粉阀门相连接的驱动件，所述驱动件与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下驱动所述出粉阀门运动，以打开或关闭所述出粉口。

3.如权利要求2所述的供粉装置，其特征在于：所述驱动件为电机，所述出粉阀门呈圆弧形，所述出粉阀门可在所述电机的驱动下相对于所述出粉口旋转。

4.如权利要求1所述的供粉装置，其特征在于：所述控制器还用于依据接收到的重力感应信号记录所述粉仓中粉末的质量。

5.如权利要求4所述的供粉装置，其特征在于：所述成型平台上设有成型平面，所述控制器先依据打印层的厚度和所述成型平面的面积计算每次铺粉需要的粉末质量，再依据所述粉仓中的粉末质量和每次铺粉需要的粉末质量计算所述铺粉件所对应的粉仓中应剩余粉末的质量。

6.如权利要求4所述的供粉装置，其特征在于：所述控制器还用于预设一粉末冗余系数，所述应剩余粉末的质量满足：M2＝M1-a*m，其中，M2为应剩余粉末的质量，M1为当前所述粉仓中的粉末质量，m为每次铺粉所需要的粉末质量，a为预设的粉末冗余系数。

7.如权利要求4所述的供粉装置，其特征在于：所述供粉装置还包括与所述铺粉件连接的位置传感器，所述位置传感器与所述控制器电性连接且用于感应所述铺粉件的位置。

8.如权利要求1所述的供粉装置，其特征在于：两个所述粉仓轮流供粉，在所述铺粉件对应的所述粉仓的出粉阀门关闭后，所述铺粉件由对应的粉仓下方移动至另一侧的粉仓下方。

9.一种3D打印机，包括成型平台，其特征在于，所述3D打印机还包括如权利要求1-8任一项所述的供粉装置。

10.一种供粉方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的供粉装置，其特征在于，所述供粉方法包括以下步骤：

记录两个所述粉仓中粉末的质量；

确认所述铺粉件的位置；

计算所述铺粉件对应的所述粉仓中应剩余粉末的质量；

控制所述铺粉件对应的粉仓的出料阀门开启，使所述粉仓中的粉末落至所述成型平台上；

感测所述铺粉件对应的粉仓中粉末的质量，当所述粉仓中粉末的质量等于应剩余粉末的质量时，控制所述出料阀门关闭；

所述铺粉件由对应的所述粉仓下方移动至另一侧粉仓下方，将粉末均匀铺设在所述成型平台上，以便进行激光打印；

重复上述步骤，直至产品打印完成。

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