CN113059195B - 一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及到一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备，所述粉床铺粉装置包括铺粉平台，其限制铺粉路径；回粉机构，其设置在所述铺粉平台的一侧；送粉机构，其从所述铺粉路径的另一侧送粉，以水平运动的方式与所述回粉机构接触或者离开；其中，所述回粉机构和所述送粉机构均位于所述铺粉路径上。所述粉床增材制造设备包括上述粉床铺粉装置。本发明提供的一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备，其采用下送粉单侧的铺送粉方式，实现双侧铺送粉的效果，简化设备机构，降低成本。

Description

一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及到一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备。

背景技术

以粉末为原料，通过选区沉积/烧结/熔化工艺进行零件的制备技术是目前增材制造领域研究的热点，其中典型的粉床增材制造技术包含有：选区激光烧结（SelectiveLaser Sintering，SLS），选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM），电子束熔化（Electron Beam Melting，EBM）。这些技术的工艺流程类似：首先在加工平面上铺好一层原料粉末，然后加工源根据零件截面形状对粉末进行分区作业，成形出零件的截面轮廓。如SLS/SLM技术采用激光对粉末进行烧结/熔化，黏附成形；EBM技术采用电子束对粉末原料进行完全熔化，快速成形。在一层粉末成形完毕，送铺粉装置在成形工作面再铺上一层粉末，加工源对该层粉末再次进行选区作业，并完成新生成层片与原有部分之间的连接，如此循环逐层堆积制造，最后再经后处理（SLS与3DP技术所得零件一般要经过后续热处理或渗金属）得到任意形状的实体零件。

在粉床选区沉积技术中，必然包含有粉末原料的存储、供给、铺送及回收工作。作为成形的基础，送粉装置的稳定运行对成形的速度和精度，工艺的连续性和可靠性具有举足轻重的影响，任何因送粉装置导致的粉层不均都将影响零件成形的质量，甚至造成成形件的报废，可见送粉装置是快速成形设备中的关键部件之一。

现有的送粉装置按送粉方式可根据送粉机构位置分为上送粉式，下送粉式，目前现有的送铺粉装置中，上送粉双侧/单侧粉箱落粉的方式存在粉末一次铺送后剩余粉末无法回收利用的问题；上送粉双侧粉箱双向挤粉的方式虽然可以将一次铺送后剩余的粉末推送至对侧粉箱前，但该种挤粉方式粉末会向铺粉方向两侧外溢，粉末利用率低且初始需粉量大；采用下送粉单侧粉缸的铺送粉方式，无法实现双侧铺送粉的效率，同时余粉无法回收再利用；下送粉双侧粉缸的方式可以实现粉末一次铺送后有效回收，其优点是供料步骤简单、行程小，供料量可以精确控制，同时采用双侧粉缸可以实现铺送粉过程中的余粉回收，即一侧粉缸推送的粉末在完成成形区域的粉末铺送后，可将剩余粉末继续推送至对侧粉缸中，在对侧粉缸铺送动作中，将剩余返回的粉末继续使用，但存在装置复杂，成型室体积增大且成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的技术缺陷和不足，提供了一种粉床铺粉装置及粉床增材制造设备，其采用下送粉单侧的铺送粉方式，实现双侧铺送粉的效果，简化设备机构，降低成本。

本发明的一个目的是解决至少上述现有技术问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种粉床铺粉装置，包括：

铺粉平台，其限制铺粉路径；

回粉机构，其设置在所述铺粉平台的一侧，所述回粉机构包括滑块、槽口、轨道及挡板，所述轨道设置在所述槽口的上方边缘，所述滑块与所述轨道对应接触，所述滑块的一端与所述槽口的一端形成设置有开口的容纳空间，所述容纳空间容纳原材料粉末，直至与所述铺粉平台齐平，所述滑块的另一端与所述槽口的另一端弹性连接，所述挡板设置在所述滑块上；所述容纳空间的开口位于所述铺粉路径上；

送粉机构，其从所述铺粉路径的一侧送粉，以水平运动的方式与所述回粉机构接触或者离开；

其中，所述回粉机构和所述送粉机构均位于所述铺粉路径上。

优选的是，所述铺粉平台包括挡粉条，所述挡粉条设置在所述铺粉平台上，所述挡粉条的两端延伸至所述送粉机构和所述回粉机构，且所述挡粉条限制所述铺粉路径。

优选的是，所述送粉机构包括送粉缸和刮刀机构，所述送粉缸设置在所述铺粉平台的一侧，从所述铺粉路径的一侧送粉，所述刮刀机构以沿所述铺粉平台做水平运动的方式与所述回粉机构接触或者离开。

优选的是，所述送粉缸设置出粉口，所述出粉口位于所述铺粉路径上，所述出粉口为长方形，且所述出粉口沿铺粉路径方向的长度大于垂直于铺粉路径方向的长度。

优选的是，所述刮刀机构包括刮刀、阻尼器、挡块及驱动设备，所述刮刀设置在固定座上，所述固定座的一端与所述驱动设备连接，所述固定座的另一端与所述挡块的一端连接，所述挡块的另一端为自由端，所述自由端选择性地与所述回粉机构接触，所述阻尼器设置在所述挡块上。

优选的是，所述滑块与所述铺粉路径所在水平方向形成角度。

优选的是，所述挡板以可调节距离的方式设置在所述滑块上。

本发明还提供了一种粉床增材制造设备于，包括：

上述的粉床铺粉装置；

成形缸，其位于所述粉床铺粉装置中的铺粉平台和回粉机构之间。

优选的是，所述送粉机构推送至所述铺粉平台的粉量大于所述成形缸下降所需的粉量。

本发明的有益效果

1、本发明提供的粉床铺粉装置，其采用回粉机构和送粉机构，能够以单侧铺送粉的方式，来实现双侧铺送粉的效果，从而提升粉末利用效率。

2、本发明提供的粉床铺粉装置，其结构简单，容易操作，降低了生产成本和后期维修费用。

3、本发明提供的粉床增材制造设备，其采用粉床铺粉装置，能够实现精确粉末回收再利用，提升打印过程中的粉末利用率。

附图说明

图1为本发明所述粉床铺粉装置的结构示意图；

图2为本发明所述铺粉平台的结构示意图；

图3为本发明所述回粉机构的结构示意图；

图4为本发明所述刮刀机构向回粉机构一侧移动的结构示意图；

图5为本发明所述刮刀机构接触回粉机构的结构示意图；

图6为本发明所述刮刀机构使原料粉末下降的结构示意图；

图7为本发明所述滑块复位的结构示意图；

图8为本发明所述刮刀机构返回送粉机构的结构示意图；

其中，1-铺粉平台，2-送粉机构，3-回粉机构，4-刮刀机构，5-铺粉路径，6-挡粉条，7-送粉缸，8-出粉口，9-滑块，10-槽口，11-轨道，12-挡板，13-开口，14-容纳空间，15-刮刀，16-阻尼器，17-挡块，18-固定座，19-自由端，20-成形缸，21-弹簧，22-板状构件。

具体实施方式

下面结合附图1至附图8对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供了一种粉床铺粉装置，如图1所示，包括：

铺粉平台1，其限制铺粉路径5；

回粉机构3，其设置在铺粉平台1的另一侧，回粉机构3位于铺粉路径5上；

送粉机构，其从所述铺粉路径的一侧送粉，以水平运动的方式与所述回粉机构接触，或者以水平运动的方式离开所述回粉机构，将所述回粉机构的余粉退回至所述铺粉平台；

其中，回粉机构3和送粉机构2均位于铺粉路径5上。

本发明采用的回粉机构，相比现有技术中的下送粉双侧粉缸，既能做到在节省空间，减小成本的前提下实现双向铺粉动作，又能实现余粉回收，提升粉末利用效率，具有突出的特点和显著的有益效果。

再者，送粉机构2包括送粉缸7和刮刀机构4，送粉缸7设置在铺粉平台1的一侧，从铺粉路径5的一侧送粉，刮刀机构4以沿铺粉平台1做水平运动的方式与回粉机构3接触或者离开。送粉机构2将粉末从粉缸中“取出”至铺粉平台，等待铺粉动作。

将回粉机构3和刮刀机构4结合起来，实现回粉机构3在刮刀机构4移动的同时，与回粉机构3接触，推动回粉机构3沿同一方向移动，移动到预定位置后，刮刀机构4与回粉机构3离开，反向移动，从而将回粉机构3内的余粉退回至铺粉平台1，实现回粉动作。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图2所示，铺粉平台1包括挡粉条6，挡粉条6设置在铺粉平台1上，挡粉条6的两端延伸至送粉机构2和回粉机构3，且挡粉条6限制铺粉路径5。

挡粉条6设置在送粉机构2、回粉机构3的两侧，限制出一条铺粉路径5，铺粉路径5可以规定铺粉的来回路径，还可以防止粉末外溢。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图1和图2所示，送粉缸7设置出粉口8，出粉口8位于铺粉路径5上，出粉口8为长方形，且出粉口8沿铺粉路径5方向的长度大于垂直于铺粉路径5方向的长度。

本申请对送粉缸7的结构进行了优化，主要是指对送粉缸7的出粉口8尺寸优化，出粉口为长方形，例如，成形缸尺寸如果是100×100mm，粉缸出口如果也是100×100mm的话，为了达到粉末完全覆盖成形缸区域，还得考虑粉末在铺送过程中的损耗，那成形缸下降50μm，粉缸就得上升至少100μm，这样在打印极限高度的零件，粉缸就会比成形缸要高1倍，这是会响应整个粉床铺粉，但是，如果将出粉口设计为长方形，就可以确保成形缸下降50μm，粉缸也只升高50μm，当然这只是举例来说明出粉口设置为长方形的优点。

在上述实施例的基础上，再一个实施例，如图3和图4所示，回粉机构3包括滑块9、槽口10、轨道11及挡板12，轨道11设置在槽口10的上方边缘，轨道11用于安装滑块，滑块9与轨道11对应接触，如图6所示，滑块9的一端与槽口10的一端形成设置有开口13的容纳空间14，在此实施例中，容纳空间为V字形槽，容纳空间14容纳原材料粉末，直至与铺粉平台齐平，滑块9的另一端与槽口10的另一端弹性连接，具体的可以选择通过弹簧21将滑块9与槽口10连接起来，挡板12设置在滑块9上；

回粉机构3的主要作用是将一次铺送粉过程中多余的粉末“移”至刮刀左侧，使得刮刀在返回初始位置过程中实现二次铺送粉动作，并可将还剩余的粉末送回送粉缸7中，实现粉末的最大利用。

其中，容纳空间14的开口13位于铺粉路径5上，便于回粉。

在上述实施例的基础上，具体的，如图3所示，滑块9与铺粉路径5所在水平方向形成一定角度。

本申请通过滑块在复位过程中/或者在图中所示往左侧移动的过程中能够将容纳空间内的原料粉末挤出/推出，粉末毕竟不是水，不同粒度、球形度的粉末流动性各不相同，采用一定调度会更容易将粉末挤出，而平行推动时因为力的方向要完全依靠原料粉末的流动性，难度较大。

在上述实施例的基础上，具体的，如图3所示，挡板12以可调节距离的方式设置在滑块9上，举例说明，挡板通过一板状构件22与滑块9连接，板状构件两侧分别开设至少一个的调距孔，挡板上开设连接孔，将紧固件穿过调距孔和连接孔，将挡板连接在板状构件上，从而与滑块连接，当需要调整挡板的距离时，只需要将紧固件松开，将挡板沿板状构件22滑动，当到达需要的位置时，便用紧固件将挡板固定在板状构件22上，上述设置方便操作人员调整回粉速度。

挡板以可调节距离的方式设置在滑块9上，为的是调整滑块9开始移动的时间点，当取粉量或者说刮片前段粉末量大的时候就需要滑块9提前移动，提前张开回粉机构的储粉空间。

在上述实施例的基础上，又一个实施例，如图1和图4所示，刮刀机构4包括刮刀15、阻尼器16、挡块17及驱动设备，刮刀15设置在固定座18上，固定座18的一端与驱动设备连接，驱动设备驱动固定座18移动，从而使刮刀15移动，固定座18的另一端与挡块17的一端连接，挡块17的另一端为自由端19，自由端19选择性地与回粉机构3接触，阻尼器16设置在挡块17上，具体的，自由端19与挡板12接触，推动滑块9移动，或者等待阻尼器16完成反向动作，即刮刀15离开挡板12，使滑块9复位，将余粉基础铺粉平台1，刮刀15做反向铺粉动作。

刮刀机构4配合回粉机构3，实现回粉机构3的滑块9在刮刀15移动的同时，推动滑块9沿同一方向移动，当刮刀15静止时，滑块9利用阻尼器16的延时效果，实现反向移动，从而将回粉机构3中的槽口10内的余粉退回至铺粉平台1，实现回粉动作，完成双向铺粉工作。

本申请由于采用下送粉的方式，送粉缸7在开始送粉的时候，送粉缸7上升一定高度，将粉缸内的粉末推至铺粉平台1，这个量是很精确的；送粉缸7在刮刀15反向移动时，精确地下降高度，实现精确回粉，提升粉末利用率。

本发明还提供了一种粉床增材制造设备，如图4至图8所示，包括：

上述的粉床铺粉装置；

成形缸20，其位于上述粉床铺粉装置中的铺粉平台1和回粉机构3之间。

具体的，送粉机构2推送至铺粉平台的粉量大于成形缸20下降所需的粉量。

本发明提供的粉床增材制造设备的工作过程如下：

在回粉机构的滑块与槽口形成的V字形槽内预先填充原材料粉末，直至与铺粉平台齐平，打印工作开始后，根据成形零件层厚设置，成形缸下降层厚Z1，送粉缸上升Z2，其中送粉缸推送至铺粉平台上的分量应大于成形缸下降所需的分量；

如图4所示（本发明所述刮刀机构向回粉机构一侧移动的结构示意图），刮刀由送粉缸边缘一侧向回粉机构一侧移动，做铺粉动作，完成成形缸区域铺送粉动作后继续向回粉装置侧移动；

如图5所示（本发明所述的刮刀机构接触回粉机构的结构示意图），刮刀一侧的阻尼器、挡块接触回粉机构的挡板，推动回粉机构中的滑块移动；

如图6所示（本发明所述刮刀机构接触挡板，推动滑块使原料粉末下降的结构示意图），预填充粉末下降，刮刀铺粉侧余粉落入V型槽内，刮刀继续移动直至余粉完全落入回粉机构中的槽口内；

如图7所示（本发明所述滑块复位将余粉挤出铺粉平台的结构示意图），等待刮刀阻尼器完成反向动作，即回粉机构中的滑块复位将余粉挤出铺粉平台；

如图8所示（本发明所述刮刀机构将完成反向成型区铺粉，且继续反向移动，将余粉返回送粉机构的结构示意图），刮刀做反向铺粉动作，根据粉量传感器，计算回粉量，送粉缸精确下降Z3，实现精确回粉，刮刀完成反向成形区域铺粉后，继续反向移动，将余粉返回送粉缸；

如图4所示，刮刀将余粉返回送粉缸后，停至起始位置，等待下一次铺粉动作指令。

综上所述，本发明提供粉床铺粉装置及粉床增材制造设备，其采用的下送粉单粉缸实现了双粉缸双侧取粉、铺送粉的效果，节约空间，节省成本。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种粉床铺粉装置，其特征在于，包括：

铺粉平台，其包括挡粉条，所述挡粉条设置在所述铺粉平台上，所述挡粉条限制铺粉路径；

回粉机构，其设置在所述铺粉平台的一侧，所述回粉机构包括滑块、槽口、轨道及挡板，所述轨道设置在所述槽口的上方边缘，所述滑块与所述轨道对应接触，所述滑块的一端与所述槽口的一端形成设置有开口的容纳空间，所述容纳空间容纳原材料粉末，直至与所述铺粉平台齐平，所述滑块的另一端与所述槽口的另一端弹性连接，所述挡板设置在所述滑块上；所述容纳空间的开口位于所述铺粉路径上；

送粉机构，其从所述铺粉路径的一侧送粉，以水平运动的方式与所述回粉机构接触或者离开；

其中，所述回粉机构和所述送粉机构均位于所述铺粉路径上。

2.如权利要求1所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述挡粉条的两端延伸至所述送粉机构和所述回粉机构。

3.如权利要求1所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述送粉机构包括送粉缸和刮刀机构，所述送粉缸设置在所述铺粉平台的一侧，从所述铺粉路径的一侧送粉，所述刮刀机构以沿所述铺粉平台做水平运动的方式与所述回粉机构接触或者离开。

4.如权利要求3所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述送粉缸设置出粉口，所述出粉口位于所述铺粉路径上，所述出粉口为长方形，且所述出粉口沿铺粉路径方向的长度大于垂直于铺粉路径方向的长度。

5.如权利要求3所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述刮刀机构包括刮刀、阻尼器、挡块及驱动设备，所述刮刀设置在固定座上，所述固定座的一端与所述驱动设备连接，所述固定座的另一端与所述挡块的一端连接，所述挡块的另一端为自由端，所述自由端选择性地与所述回粉机构接触，所述阻尼器设置在所述挡块上。

6.如权利要求1所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述滑块与所述铺粉路径所在水平方向形成角度。

7.如权利要求1所述的粉床铺粉装置，其特征在于，所述挡板以可调节距离的方式设置在所述滑块上。

8.一种粉床增材制造设备，其特征在于，包括：

权利要求1至权利要求7中任意一项所述的粉床铺粉装置；

成形缸，其位于所述粉床铺粉装置中的铺粉平台和回粉机构之间。

9.如权利要求8所述的粉床增材制造设备，其特征在于，所述送粉机构推送至所述铺粉平台的粉量大于所述成形缸下降所需的粉量。

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