CN113043418A - 一种水泥基粉末3d打印铺粉供给系统及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，包括储粉箱、空气连通箱、微振动机箱、挡粉板、铺粉滚轮、打印平台、打印喷头，储粉箱能够容纳水泥基粉末，储粉箱与空气连通箱相连通，微振动机箱内设置有微振动电机，微振动电机的振动频率能够调节，挡粉板与储粉箱的内壁铰接，铺粉滚轮可转动地与储粉箱相连。本发明采用储粉箱下落式，微振动电机的振动频率能够调整，从而使微振动机箱能够控制储粉箱下落的粉末量，提高供粉量精确度，另外，挡粉板与储粉箱铰接，能够适应不同粒径的粉末，还能够实现易聚团粉末的下落铺粉。与此同时，本发明还提供一种水泥基粉末3D打印方法，每打印一层，打印平台下移一打印层厚度的距离，继续打印。

Description

一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统及打印方法。

背景技术

粉末3D打印技术是一种直接数字化制造方法，能够在多种材料中创建各种试件几何图形(包括内部通道)，包括任何可铺展的粉末材料均可以实现无模具、快速的复杂模型制作，可以显著降低制作成本，提高制作效率。粉末3D打印技术又称3DP打印技术，其成型原理是通过分层铺粉，打印头喷射粘结液粘结粉层的堆积成型。这种成型方式较浆体挤出型具有更高的成型精度，适用于打印精细化的模型，其研究已成为精细化复杂模型制作的发展趋势。

对于水泥基粉末3D打印，打印机供粉方式目前主要有供粉缸上升式和储粉箱下落式两种。目前使用的粉末快速成形商业化设备中，供粉缸上升式这种供粉方式应用较多，这种方式的3DP设备均采用双工作缸供粉方式，即平行布置工作缸和供粉缸。在工作过程中，一层粉末成形完成后，工作缸中的工作平面下降一层，供粉缸中的活塞上升一层，推出一定量的粉末，由滚轮或刮板将粉末铺在工作平面上。这种供粉方式结构复杂，实际工作区域小，对粉末状态要求高。现有供粉方式主要有三个缺点：(1)供粉缸上升式这种通用方法每次供粉量偏大，不仅造成大量粉末材料的铺展浪费，铺粉过多没有足够的碾压很容易造成试件成型强度不够，试件没有足够的成型强度无法从打印平台上取出。(2)现有的储粉箱下落式设备中，虽然减少了供粉量，但是仍然不可以少量精细化的控制供粉量，这是其主要缺点。(3)对于大颗粒和易团聚的粉末材料无法供粉，造成使用的粉末材料的粒径等要求较高，限制了粉末材料的开发应用。

因此，如何改变现有技术中，粉末3D打印的供粉缸供粉量准确度较差且无法适应各种粉末材料的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统及打印方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高供粉量精确度和适应性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，包括储粉箱、空气连通箱、微振动机箱、挡粉板、铺粉滚轮、打印平台、打印喷头，所述储粉箱能够容纳水泥基粉末，所述储粉箱与所述空气连通箱相连通，所述空气连通箱与外部环境相连通，所述储粉箱的底部具有粉末出口，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口靠近所述粉末出口设置，所述微振动机箱与所述储粉箱相连，所述微振动机箱内设置有微振动电机，所述微振动电机的振动频率能够调节，所述挡粉板位于所述储粉箱的内部，所述挡粉板与所述储粉箱的内壁铰接，所述挡粉板能够遮挡所述粉末出口，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述挡粉板的顶部，所述铺粉滚轮可转动地与所述储粉箱相连，所述铺粉滚轮位于所述粉末出口的一侧；所述打印平台位于所述铺粉滚轮的底部，所述打印平台能够往复运动，所述打印平台往复运动能够改变所述打印平台与所述铺粉滚轮之间的距离，所述打印喷头能够对水泥基粉末进行喷墨粘结。

优选地，所述空气连通箱具有空气连通口，所述空气连通口位于所述空气连通箱的顶部，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述空气连通口的底部。

优选地，所述空气连通箱的轴向截面为梯形，所述空气连通口为漏斗状结构。

优选地，所述挡粉板连接有弹性绳，所述弹性绳的一端与所述储粉箱的内壁可拆卸连接，所述弹性绳的另一端与所述挡粉板相连，所述弹性绳由弹性材质制成。

优选地，所述挡粉板的一端与所述储粉箱的内壁铰接，所述弹性绳位于所述挡粉板的铰接端与自由端之间，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述挡粉板的铰接端一侧。

优选地，所述空气连通箱与所述微振动机箱设置于所述储粉箱的相对的两侧。

优选地，所述储粉箱的底部轴向截面呈楔形，所述粉末出口的直径较所述储粉箱的直径小。

优选地，所述铺粉滚轮连接有滚动轴，所述滚动轴可转动地与所述储粉箱相连，所述滚动轴连接有驱动元件；沿所述储粉箱的运动方向，所述铺粉滚轮位于所述粉末出口的后方，所述储粉箱的运动方向平行于所述打印平台所在平面。

本发明还提供一种水泥基粉末3D打印方法，包括如下步骤：

步骤一、水泥基粉末放入储粉箱中；

步骤二、微振动机箱振动并带动挡粉板振动开合，储粉箱中的水泥基粉末由粉末出口落至打印平台上，铺粉滚轮滚动将粉末铺展碾压，将多余粉末推走回收；

步骤三、打印喷头对打印平台上的粉末打印区域进行喷墨粘结；

步骤四、打印平台朝向远离铺粉滚轮的方向运动一打印层厚度的距离，打印平台与铺粉滚轮之间的距离为一打印层的厚度，重复步骤二和步骤三，直至打印试件完成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，包括储粉箱、空气连通箱、微振动机箱、挡粉板、铺粉滚轮、打印平台、打印喷头，储粉箱能够容纳水泥基粉末，储粉箱与空气连通箱相连通，空气连通箱与外部环境相连通，储粉箱的底部具有粉末出口，空气连通箱与储粉箱的连通口靠近粉末出口设置，微振动机箱与储粉箱相连，微振动机箱内设置有微振动电机，微振动电机的振动频率能够调节，挡粉板位于储粉箱的内部，挡粉板与储粉箱的内壁铰接，挡粉板能够遮挡粉末出口，空气连通箱与储粉箱的连通口位于挡粉板的顶部，铺粉滚轮可转动地与储粉箱相连，铺粉滚轮位于粉末出口的一侧；打印平台位于铺粉滚轮的底部，打印平台能够往复运动，打印平台往复运动能够改变打印平台与铺粉滚轮之间的距离，打印喷头能够对水泥基粉末进行喷墨粘结。本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，采用储粉箱下落式，初始供粉量较小，微振动电机的振动频率能够调整，从而使微振动机箱能够控制储粉箱下落的粉末量，提高供粉量精确度，另外，挡粉板与储粉箱铰接，能够适应不同粒径的粉末，与微振动机箱相配合，还能够实现易聚团粉末的下落铺粉。与此同时，本发明还提供一种水泥基粉末3D打印方法，在铺粉滚轮铺粉后，打印喷头进行喷墨粘结，然后打印平台下移一打印层厚度的距离，继续打印，直至打印完成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统的俯视示意图；

图2为本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统的部分结构的侧视示意图；

图3为本发明的水泥基粉末3D打印方法的流程图；

其中，1为储粉箱，2为空气连通箱，3为微振动机箱，4为挡粉板，5为铺粉滚轮，6为打印平台，7为打印喷头，8为粉末出口，9为空气连通口，10为弹性绳。

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统及打印方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高供粉量精确度和适应性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统的俯视示意图，图2为本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统的部分结构的侧视示意图，图3为本发明的水泥基粉末3D打印方法的流程图。

本发明提供一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，包括储粉箱1、空气连通箱2、微振动机箱3、挡粉板4、铺粉滚轮5、打印平台6、打印喷头7，储粉箱1能够容纳水泥基粉末，储粉箱1与空气连通箱2相连通，空气连通箱2与外部环境相连通，储粉箱1的底部具有粉末出口8，空气连通箱2与储粉箱1的连通口靠近粉末出口8设置，微振动机箱3与储粉箱1相连，微振动机箱3内设置有微振动电机，微振动电机的振动频率能够调节，挡粉板4位于储粉箱1的内部，挡粉板4与储粉箱1的内壁铰接，挡粉板4能够遮挡粉末出口8，空气连通箱2与储粉箱1的连通口位于挡粉板4的顶部，铺粉滚轮5可转动地与储粉箱1相连，铺粉滚轮5位于粉末出口8的一侧；打印平台6位于铺粉滚轮5的底部，打印平台6能够往复运动，打印平台6往复运动能够改变打印平台6与铺粉滚轮5之间的距离，打印喷头7能够对水泥基粉末进行喷墨粘结。

本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，采用储粉箱1下落式，初始供粉量较小，微振动电机的振动频率能够调整，从而使微振动机箱3能够控制储粉箱1下落的粉末量，提高供粉量精确度；另外，挡粉板4与储粉箱1铰接，能够适应不同粒径的粉末，与微振动机箱3相配合，还能够实现易聚团粉末的下落铺粉，从而提高系统的适应性。

其中，空气连通箱2具有空气连通口9，空气连通口9位于空气连通箱2的顶部，设置空气连通口9，令储粉箱1的内腔能够与空气相连通，防止储粉箱1深度过大造成底部粉末逐渐压实而团聚，最终导致无法实现连续落粉，空气连通箱2与储粉箱1的连通口位于空气连通口9的底部，避免粉末由空气连通口9处泄漏。

在本发明的其他具体实施方式中，空气连通箱2的轴向截面为梯形，空气连通口9为漏斗状结构，储粉箱1利用空气连通箱2与外界空气相连通，避免底部粉料压实，保证顺利落粉，提高系统的可靠性。

具体地，挡粉板4连接有弹性绳10，弹性绳10的一端与储粉箱1的内壁可拆卸连接，弹性绳10的另一端与挡粉板4相连，弹性绳10由弹性材质制成，设置弹性绳10，使挡粉板4随微振动电机振动时，能够与储粉箱1发生相对转动，实现粉末的顺利下落。另外，弹性绳10与储粉箱1可拆卸连接，便于调节弹性绳10的长度，从而达到调节挡粉板4的开合程度的目的，挡粉板4和弹性绳10可选择弹性较好的树脂材质制成，能够随着微振动电机振动而小幅振动，实现供粉开关。

另外，挡粉板4的一端与储粉箱1的内壁铰接，弹性绳10位于挡粉板4的铰接端与自由端之间，以确保调节弹性绳10的长度能够改变挡粉板4开合程度的目的，空气连通箱2与储粉箱1的连通口位于挡粉板4的铰接端一侧，避免影响落粉。

更具体地，空气连通箱2与微振动机箱3设置于储粉箱1的相对的两侧，提高空气连通箱2和微振动机箱3与储粉箱1的连接强度。

在本具体实施方式中，储粉箱1的底部轴向截面呈楔形，粉末出口8的直径较储粉箱1的直径小，以提高落粉精确度，同时保证连续落粉，避免粉末供应不足。

进一步地，铺粉滚轮5连接有滚动轴，滚动轴可转动地与储粉箱1相连，滚动轴连接有驱动元件；沿储粉箱1的运动方向，铺粉滚轮5位于粉末出口8的后方，储粉箱1的运动方向平行于打印平台6所在平面，在粉末由粉末出口8落至打印平台6后，铺粉滚轮5转动将粉末铺展碾压，并将多余粉末推至回收箱中回收。

更进一步地，本发明还提供一种水泥基粉末3D打印方法，包括如下步骤：

步骤一、水泥基粉末放入储粉箱1中；

步骤二、微振动机箱3振动并带动挡粉板4振动开合，储粉箱1中的水泥基粉末由粉末出口8落至打印平台6上，铺粉滚轮5滚动将粉末铺展碾压，将多余粉末推走回收；

步骤三、打印喷头7对打印平台6上的粉末打印区域进行喷墨粘结；

步骤四、打印平台6向下运动一打印层厚度的距离，打印平台6与铺粉滚轮5之间的距离为一打印层的厚度，重复步骤二和步骤三，直至打印试件完成。

本发明的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，供粉量适中，相对于供粉缸上升式供粉量偏大的问题，储粉箱1下落式，初始供粉量较小，于节省材料和试件的成型强度方面具有优势；供粉量精细可控，调节微振动电机的振动频率能够精细控制下落的粉末量；另外，调节挡粉板4能够使不同粒径大小的粉末下落，加之与微振动电机相配合，能够实现易聚团粉末的下落铺粉。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：包括储粉箱、空气连通箱、微振动机箱、挡粉板、铺粉滚轮、打印平台、打印喷头，所述储粉箱能够容纳水泥基粉末，所述储粉箱与所述空气连通箱相连通，所述空气连通箱与外部环境相连通，所述储粉箱的底部具有粉末出口，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口靠近所述粉末出口设置，所述微振动机箱与所述储粉箱相连，所述微振动机箱内设置有微振动电机，所述微振动电机的振动频率能够调节，所述挡粉板位于所述储粉箱的内部，所述挡粉板与所述储粉箱的内壁铰接，所述挡粉板能够遮挡所述粉末出口，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述挡粉板的顶部，所述铺粉滚轮可转动地与所述储粉箱相连，所述铺粉滚轮位于所述粉末出口的一侧；所述打印平台位于所述铺粉滚轮的底部，所述打印平台能够往复运动，所述打印平台往复运动能够改变所述打印平台与所述铺粉滚轮之间的距离，所述打印喷头能够对水泥基粉末进行喷墨粘结。

2.根据权利要求1所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述空气连通箱具有空气连通口，所述空气连通口位于所述空气连通箱的顶部，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述空气连通口的底部。

3.根据权利要求2所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述空气连通箱的轴向截面为梯形，所述空气连通口为漏斗状结构。

4.根据权利要求1所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述挡粉板连接有弹性绳，所述弹性绳的一端与所述储粉箱的内壁可拆卸连接，所述弹性绳的另一端与所述挡粉板相连，所述弹性绳由弹性材质制成。

5.根据权利要求4所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述挡粉板的一端与所述储粉箱的内壁铰接，所述弹性绳位于所述挡粉板的铰接端与自由端之间，所述空气连通箱与所述储粉箱的连通口位于所述挡粉板的铰接端一侧。

6.根据权利要求1所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述空气连通箱与所述微振动机箱设置于所述储粉箱的相对的两侧。

7.根据权利要求1所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述储粉箱的底部轴向截面呈楔形，所述粉末出口的直径较所述储粉箱的直径小。

8.根据权利要求1所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于：所述铺粉滚轮连接有滚动轴，所述滚动轴可转动地与所述储粉箱相连，所述滚动轴连接有驱动元件；沿所述储粉箱的运动方向，所述铺粉滚轮位于所述粉末出口的后方，所述储粉箱的运动方向平行于所述打印平台所在平面。

9.一种水泥基粉末3D打印方法，利用权利要求1-8所述的水泥基粉末3D打印铺粉供给系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、水泥基粉末放入储粉箱中；

步骤二、微振动机箱振动并带动挡粉板振动开合，储粉箱中的水泥基粉末由粉末出口落至打印平台上，铺粉滚轮滚动将粉末铺展碾压，将多余粉末推走回收；

步骤三、打印喷头对打印平台上的粉末打印区域进行喷墨粘结；

步骤四、打印平台朝向远离铺粉滚轮的方向运动一打印层厚度的距离，打印平台与铺粉滚轮之间的距离为一打印层的厚度，重复步骤二和步骤三，直至打印试件完成。

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