CN112850204A - 一种增材制造的铺粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增材制造的铺粉装置，包括往复运动机构、送粉漏斗和刮板，所述往复运动机构驱动送粉漏斗位于成形仓内的成形基板上方往复运动，所述送粉漏斗的底部设有狭长结构的出粉口，所述出粉口处设有铺粉机构，所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的下部凸出至送粉漏斗的外部，所述驱动组件驱动计量齿轮将送粉漏斗内的粉末铺展至成形基板上，所述刮板用于铺展的粉末进行整平。铺粉过程中粉末跟随计量齿轮的转动，逐步下粉铺平，粉末的流动性更好，提升铺粉均匀性的同时更有利于快速铺粉，提升铺粉效率。

Description

一种增材制造的铺粉装置

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体来说涉及一种在增材制造成形设备上的铺粉装置。

背景技术

随着增材制造行业的发展，对成形速度和尺寸提出越来越苛刻的要求，增材制造设备随客户需求不断优化升级，其中铺粉装置是选区熔化成形设备中的重要部分，目前应用较多的有上送粉和下送粉式，上送粉式的粉舱一般位于刮刀上方，通过定量下粉机构控制每道次粉末的流出量，先在起始位置堆积一定量粉末，然后刮刀来回扫平，并通过调节刮刀与基板面之间的距离，控制成形层厚度，但是粉末受环境湿度和温度的影响极易造成流动性改变，使粉末的铺展性变差，产生卡粉或者团聚现象，影响成形件性能稳定性。下送粉式的粉舱一般位于刮刀的下方，粉舱和成形舱位于同一平面，粉舱中的粉末通过步进机活塞推出，再由刮刀将粉舱平面上的粉末收集，并均匀平铺在成形层，此方式能较精确控制每道次出粉量，且对粉末流动性要求相对较低，但由于粉舱和成形舱在同一平面，成形过程中的飞溅残渣和刮刀回带都将对粉末原料造成污染。现已有的增材制造设备铺粉方式，能保证每层粉末的厚度均匀平整，但是对于粉末的流动性及粒径分布要求较高，不能持续维持铺粉的稳定性，且难以控制粉末输送量，造成浪费。

其中申请号为201920445863.8的中国实用新型专利，公开了一种选择性激光烧结铺粉装置，采用移动料斗与刮板和铺粉辊相结合的方式进行铺粉，但移动料斗振动破拱的送粉方式，无法将送粉量量化均匀；申请号为201520953986.4的中国实用新型专利，公开了一种双向铺粉的粉末基增材制造设备，实现双向铺粉，提高效率，但通过应用发现铺粉的均匀性存在不足，其主要原因是目前铺置的粉末存在粒径不同的情况，所用粉末粒径都是在一个范围区间内，即粉末粒径大小不匀，若采用粉末压实辊筒，压实松散的粉末过程中粒径较小的会流向两边，粒径较大的会被集中压实在中部，进而造成铺粉的粒径分布不匀，再者该种结构定量送粉齿轮计量的粉末必须通过下方的出粉口才可出粉，出粉易堆积不利于铺粉过程中粉末流动，且上述两种铺粉方式铺粉时，压实粉末过程中粉末均易粘附至辊筒表面，影响铺粉的平整性，进而对成型质量造成影响。所以需提出一种新的铺粉装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明针对已有技术存在的不足，提供一种增材制造的铺粉装置。它解决了增材制造选区成形过程易受到原料粉末的粒径分布、流动性、工作环境等的影响，导致粉末卡粉、铺送不均匀、团聚等问题，有效地提高了成形效率和成形件稳定性，降低了成本。

一种增材制造的铺粉装置，包括往复运动机构、送粉漏斗和刮板，所述往复运动机构驱动送粉漏斗位于成形仓内的成形基板上方往复运动，所述送粉漏斗的底部设有狭长结构的出粉口，所述出粉口处设有铺粉机构，所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的下部凸出至送粉漏斗的外部，所述驱动组件驱动计量齿轮将送粉漏斗内的粉末铺展至成形基板上，所述刮板用于铺展的粉末进行整平。

进一步地，还包括加粉机构，所述加粉机构与送粉漏斗连通，所述加粉机构用于添加粉末至送粉漏斗内。

具体地，所述加粉机构包括设于成形仓内的储粉舱，所述储粉舱上设有下粉机构，所述送粉漏斗通过复运动机构移动至储粉舱下方时，通过下粉机构转载储粉舱内的粉末至所述送粉漏斗内。

具体地，所述储粉舱的形状为上方下斜式，所述送粉漏斗的形状为上宽下窄式。

进一步地，所述送粉漏斗内设有粉末量检测传感器。

进一步优选地，所述储粉舱为两个，分别设于成形仓平行相对的第一侧壁和第二侧壁上，所述下粉机构为弹簧开关。

进一步地，所述刮板为两个，两个所述刮板分别安装于送粉漏斗下方，位于出粉口沿长度方向的两侧，所述刮板的横向断面包括斜面结构或弧形结构。

优选地，所述刮板的横向断面为弧形结构。

进一步地，所述刮板与送粉漏斗可拆卸安装。

进一步具体地，所述计量齿轮的两端设有计量齿轮轴，所述计量齿轮轴安装于送粉漏斗平行相对的两个侧面上，所述计量齿轮的横向断面为齿轮结构，所述计量齿轮的齿顶与出粉口沿长度方向的边沿相切，所述驱动组件驱动计量齿轮轴同步转动或随轨转动。

可选地，所述驱动组件包括传动轴、连轴传动带和计量齿轮驱动电机，所述传动轴安装于送粉漏斗的一侧，所述计量齿轮驱动电机与传动轴传动连接，所述传动轴通过连轴传动带和计量齿轮轴连接，所述计量齿轮驱动电机驱动计量齿轮轴同步转动。

进一步优选地，所述驱动组件包括多级齿轮和并排设置的多根齿条，所述多级齿轮安装于计量齿轮轴上，所述多级齿轮包括两个以上不同齿数的齿轮组合而成，所述多根齿条沿送粉漏斗往复运动的方向设置，位于成形基板的一侧，所述多根齿条下方设有顶升机构，所述顶升机构顶升多根齿条中的任一根与多级齿轮中对应的齿轮啮合，驱动计量齿轮轴随轨转动。

具体地，所述齿条的长度与基板的边长相等，所述多级齿轮中齿轮的数量不低于2个。

更进一步地，所述多级齿轮中齿轮的数量为3-5个。

进一步地，所述往复运动机构包括滑轨组件，所述滑轨组件包括往复驱动器、滑块和滑轨，所述滑块和滑轨滑动连接，所述滑块与送粉漏斗固定连接，所述往复驱动器驱动滑块沿滑轨往复运动。

更进一步地，还包括粉末回收系统，所述粉末回收系统包括两个余粉收集舱和一个废粉收集舱，所述余粉收集舱分别设于成形基板平行相对的两侧，与齿条的长度方向垂直，所述废粉收集舱设于齿条与成形基板之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、铺粉过程中粉末跟随计量齿轮的转动，逐步下粉铺平，粉末的流动性更好，提升铺粉均匀性的同时更有利于快速铺粉，提升铺粉效率。

2、通过计量齿轮将粉末定量铺展至成形基板，刮板将铺展的粉末进行整平，刮板仅做平行运动，刮板整平的过程中不同粒径的粉末分布更均匀，利用刮板的弧形结构实现压实功能；出粉口设置计量齿轮和双刮板，协同运动，计量齿轮旋转能较均匀的将送粉漏斗中的粉末带出，并和刮板配合完成粉末的铺平，多余粉末可以随计量齿轮旋转回收到送粉漏斗中，节约粉末，避免浪费；同时由于是计量齿轮形式旋转带出粉末，对粉末的流动性要求较低，可以使用更广范围粒径分布的粉末。

3、本发明的铺粉装置集成了送粉与铺粉的功能，送粉漏斗通过撞击下粉机构，即可转载储粉舱内的粉末至送粉漏斗中，通过撞击弹簧行程控制粉末的装载，针对流动性好的粉末，可以撞击小行程，流量小，避免粉末飞溅,节约来回装载时间，针对流动性差的粉末，需要撞击较深，才能使粉末较稳定流出；同时可控制撞击行程控制单次粉末的转载量，针对不同粉末可选择不同的粉末装载量,保证粉末铺粉过程中的稳定流出；设置两个储粉舱，便于送粉漏斗来回运动时填装粉末，提高运行效率。

4、本发明中的刮板设于送粉漏斗底部，简化了装置结构；计量齿轮可以通过传动组件驱动，实现同步转动送粉或随轨送粉，随轨送粉可以控制粉末在基板平面均匀铺粉,且可以实现多级调控，计量齿轮和多级齿轮通过计量齿轮轴连接，多级齿轮与齿条配合运动，控制计量齿轮的旋转速率，达到可调节粉末输送量的效果；不需要多级送粉时,可采用同步送粉,在保证出粉稳定的情况下,提高铺粉的效率。

5、通过两个余粉收集舱对送粉漏斗来回刮送的多余粉末进行收集，同时通过一个废粉收集舱对成形过程中飞溅的烟雾杂质粉末进行收集，进一步节约粉末，同时净化铺粉环境。

附图说明

图1为实施例1中增材制造的铺粉装置的正面结构示意图；

图2为图1的A向示意图；

图3为实施例1中送粉漏斗与计量齿轮的连接结构示意图；

图4为实施例1中驱动组件的结构示意图；

图5为实施例2中驱动组件的结构示意图。

其中，1-储粉舱、2-往复运动机构、3-送粉漏斗、4-刮板、5-下粉机构、6-出粉口、7-铺粉机构、8-成形仓、9-成形基板、10-第一侧壁、11-第二侧壁、12-计量齿轮、13-计量齿轮轴、14-齿轮、15-滑轨组件、16-传动轴、17-连轴传动带、18-驱动组件、19-滑块、20-滑轨、21-多级齿轮、22-齿条、23-顶升机构、24-粉末回收系统、25-余粉收集舱、26-废粉收集舱。

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，均属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1、图2所示，一种增材制造的铺粉装置，包括往复运动机构、送粉漏斗和刮板，所述往复运动机构驱动送粉漏斗位于成形仓内的成形基板上方往复运动，所述送粉漏斗的底部设有狭长结构的出粉口，所述出粉口处设有铺粉机构，所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的下部凸出至送粉漏斗的外部，所述驱动组件驱动计量齿轮将送粉漏斗内的粉末铺展至成形基板上，所述刮板用于铺展的粉末进行整平。

还包括加粉机构，所述加粉机构与送粉漏斗连通，所述加粉机构用于添加粉末至送粉漏斗内。所述加粉机构包括设于成形仓内的储粉舱，所述储粉舱上设有下粉机构，所述送粉漏斗通过复运动机构移动至储粉舱下方时，通过下粉机构转载储粉舱内的粉末至所述送粉漏斗内。

所述储粉舱的形状为上方下斜式，所述送粉漏斗的形状为上宽下窄式，在保证足够大的装载量的同时，有利于粉末的流动。

所述送粉漏斗内设有粉末量检测传感器，用于监测送粉漏斗内的粉末装载量，当粉末较少时，移动至行程终点转载储粉舱内的粉末。

所述储粉舱为两个，分别设于成形仓平行相对的第一侧壁和第二侧壁上，储粉舱底部设有直径大小不一的两排圆孔，所述下粉机构为弹簧开关，弹簧开关包括L型的覆盖板，覆盖板的顶面将圆孔封堵，覆盖板的侧面与弹簧弹性贴合，当往复运动机构驱动送粉漏斗与覆盖板的侧面接触时，弹簧被压缩，圆孔被打开，粉末由圆孔落入送粉漏斗中；送粉漏斗向相反方向移动时，覆盖板在弹簧的作用下自动复位，圆孔被封堵；可通过控制送粉漏斗撞击弹簧开关的行程控制粉末转载量，针对粉末的流动性，选取不同的撞击行程，使储粉舱内的粉末能稳定流出转载至送粉漏斗内，同时可控制撞击行程控制单次粉末的转载量，针对不同粉末可选择不同的粉末装载量,保证粉末铺粉过程中的稳定流出。

如图3所示，所述刮板为两个，两个所述刮板分别安装于送粉漏斗下方，位于出粉口沿长度方向的两侧，所述刮板的横向断面为弧形结构。

所述刮板与送粉漏斗可拆卸安装，刮板与送粉漏斗为燕尾连接结构，连接完成后，进一步通过紧钉紧固，拆卸结构可更换不同高度的刮板，通过调节升降高低，计量齿轮可更换不同的规格，不同规格对应不同的齿形大小，刮板在更换计量齿轮时同步更换,用于与计量齿轮的最低位置相配合,控制粉末的铺粉状态，对送粉漏斗送出的粉末进行平整，设有两个刮板可以来回往复运动，避免空运浪费时间，提高铺粉的效率。

所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的两端设有计量齿轮轴，所述计量齿轮轴安装于送粉漏斗平行相对的两个侧面上，所述计量齿轮的横向断面为齿轮结构，所述计量齿轮的齿顶与出粉口沿长度方向的边沿相切。

如图4所示，所述驱动组件包括多级齿轮和并排设置的多根齿条，所述多级齿轮安装于计量齿轮轴上，所述多级齿轮包括两个以上不同齿数的齿轮组合而成，所述多根齿条沿送粉漏斗往复运动的方向设置，位于成形基板的一侧，所述多根齿条下方设有顶升机构，所述顶升机构顶升多根齿条中的任一根与多级齿轮中对应的齿轮啮合，驱动计量齿轮轴随轨转动。所述齿条的长度与基板的边长相等，所述多级齿轮中齿轮的数量为3个，其中最小齿轮的齿数为20个，其余两个齿轮的齿数依次递增5个，通过不同的齿数与齿条啮合，达到送粉漏斗以相同速度移动下，计量齿轮产生不同的转动速率，达到对铺粉量的调节，该结构稳定性好，无需增加动力源。顶升机构包括设于齿条两端的导轨，齿条可沿导轨竖直方向移动，每个齿条的下方均设有气缸，通过气缸将齿条顶升起来与对应的齿轮啮合。

所述往复运动机构包括滑轨组件，所述滑轨组件包括往复驱动器(图中未示出)、滑块和滑轨，所述滑块和滑轨滑动连接，所述滑块与送粉漏斗固定连接，所述往复驱动器驱动滑块沿滑轨往复运动，本实施例中滑块和滑轨为两组，沿往复运动方向平行设置、位于送粉漏斗的两侧，保证送粉漏斗往复运动过程中的稳定性，往复驱动器为电动推杆，通过PLC伺服控制，当通过粉末量检测传感器检测到粉末较少时，反馈至PLC控制器，送粉漏斗移动至行程终点转载储粉舱内的粉末。

还包括粉末回收系统，所述粉末回收系统包括两个余粉收集舱和一个废粉收集舱，所述余粉收集舱分别设于成形基板平行相对的两侧，与齿条的长度方向垂直，所述废粉收集舱设于齿条与成形基板之间。

实施例2

一种增材制造的铺粉装置，包括往复运动机构、送粉漏斗和刮板，所述往复运动机构驱动送粉漏斗位于成形仓内的成形基板上方往复运动，所述送粉漏斗的底部设有狭长结构的出粉口，所述出粉口处设有铺粉机构，所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的下部凸出至送粉漏斗的外部，所述驱动组件驱动计量齿轮将送粉漏斗内的粉末铺展至成形基板上，所述刮板用于铺展的粉末进行整平。

还包括加粉机构，所述加粉机构与送粉漏斗连通，所述加粉机构用于添加粉末至送粉漏斗内。本实施例中加粉机构为计量送粉的管路，可在惰性气体的保护下给送粉漏斗送粉，管路延伸至成形仓外部，便于在铺粉过程中进行加粉操作。

所述储粉舱的形状为上方下斜式，所述送粉漏斗的形状为上宽下窄式。所述送粉漏斗内设有粉末量检测传感器，用于监测送粉漏斗内的粉末装载量。所述储粉舱为两个，分别设于成形仓平行相对的第一侧壁和第二侧壁上，所述下粉机构为弹簧开关。

所述刮板为两个，两个所述刮板分别安装于送粉漏斗下方，位于出粉口沿长度方向的两侧，所述刮板的横向断面为斜面结构。

所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的两端设有计量齿轮轴，所述计量齿轮轴安装于送粉漏斗平行相对的两个侧面上，所述计量齿轮的横向断面为齿轮结构，所述计量齿轮的齿顶与出粉口沿长度方向的边沿相切，所述驱动组件驱动计量齿轮轴同步转动或随轨转动。

如图5所示，所述驱动组件包括传动轴、连轴传动带和计量齿轮驱动电机，所述传动轴安装于送粉漏斗的一侧，所述计量齿轮驱动电机与传动轴传动连接，所述传动轴通过连轴传动带和计量齿轮轴连接，所述计量齿轮驱动电机驱动计量齿轮轴同步转动。

所述往复运动机构包括滑轨组件，所述滑轨组件包括往复驱动器、滑块和滑轨，所述滑块和滑轨滑动连接，所述滑块与送粉漏斗固定连接，所述往复驱动器驱动滑块沿滑轨往复运动。通过往复运动机构使送粉漏斗往复移动进行铺粉，具有较好的稳定性。

实施例3

本实施例与实施例2不同之处在于：

所述驱动组件还包括多级齿轮和并排设置的多根齿条，所述多级齿轮安装于计量齿轮轴上，所述多级齿轮包括两个以上不同齿数的齿轮组合而成，所述多根齿条沿送粉漏斗往复运动的方向设置，位于成形基板的一侧，所述多根齿条下方设有顶升机构，所述顶升机构顶升多根齿条中的任一根与多级齿轮中对应的齿轮啮合，驱动计量齿轮轴随轨转动。多级齿轮中齿轮的数量为5个，齿条为5根，其中最小齿轮的齿数为18齿，其余齿轮的齿数依次递增3个。

铺粉装置即可进行同步送粉，也可选择随轨送粉，当选择其中一种时，另一种处于空载状态，装置使用更灵活，以适应不同的铺粉需求。

其余内容与实施例2相同。

Claims (10)

1.一种增材制造的铺粉装置，包括往复运动机构、送粉漏斗和刮板，所述往复运动机构驱动送粉漏斗位于成形仓内的成形基板上方往复运动，其特征在于所述送粉漏斗的底部设有狭长结构的出粉口，所述出粉口处设有铺粉机构，所述铺粉机构包括计量齿轮及驱动组件，所述计量齿轮沿出粉口长度方向设置，所述计量齿轮的下部凸出至送粉漏斗的外部，所述驱动组件驱动计量齿轮将送粉漏斗内的粉末铺展至成形基板上，所述刮板用于铺展的粉末进行整平。

2.根据权利要求1所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于还包括加粉机构，所述加粉机构与送粉漏斗连通，所述加粉机构用于添加粉末至送粉漏斗内。

3.根据权利要求2所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述加粉机构包括设于成形仓内的储粉舱，所述储粉舱上设有下粉机构，所述送粉漏斗通过复运动机构移动至储粉舱下方时，通过下粉机构转载储粉舱内的粉末至所述送粉漏斗内。

4.根据权利要求3所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述所述储粉舱为两个，分别设于成形仓平行相对的第一侧壁和第二侧壁上，所述下粉机构为弹簧开关。

5.根据权利要求4所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述刮板为两个，两个所述刮板分别安装于送粉漏斗下方，位于出粉口沿长度方向的两侧，所述刮板的横向断面包括斜面结构或弧形结构。

6.根据权利要求5所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述计量齿轮的两端设有计量齿轮轴，所述计量齿轮轴安装于送粉漏斗平行相对的两个侧面上，所述计量齿轮的横向断面为齿轮结构，所述计量齿轮的齿顶与出粉口沿长度方向的边沿相切，所述驱动组件驱动计量齿轮轴同步转动或随轨转动。

7.根据权利要求6所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述驱动组件包括传动轴、连轴传动带和计量齿轮驱动电机，所述传动轴安装于送粉漏斗的一侧，所述计量齿轮驱动电机与传动轴传动连接，所述传动轴通过连轴传动带和计量齿轮轴连接，所述计量齿轮驱动电机驱动计量齿轮轴同步转动。

8.根据权利要求6所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述驱动组件包括多级齿轮和并排设置的多根齿条，所述多级齿轮安装于计量齿轮轴上，所述多级齿轮包括两个以上不同齿数的齿轮组合而成，所述多根齿条沿送粉漏斗往复运动的方向设置，位于成形基板的一侧，所述多根齿条下方设有顶升机构，所述顶升机构顶升多根齿条中的任一根与多级齿轮中对应的齿轮啮合，驱动计量齿轮轴随轨转动。

9.根据权利要求8所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于所述往复运动机构包括滑轨组件，所述滑轨组件包括往复驱动器、滑块和滑轨，所述滑块和滑轨滑动连接，所述滑块与送粉漏斗固定连接，所述往复驱动器驱动滑块沿滑轨往复运动。

10.根据权利要求9所述的增材制造的铺粉装置，其特征在于还包括粉末回收系统，所述粉末回收系统包括两个余粉收集舱和一个废粉收集舱，所述余粉收集舱分别设于成形基板平行相对的两侧，与齿条的长度方向垂直，所述废粉收集舱设于齿条与成形基板之间。

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