CN113118471A - 一种用于3d打印机的铺粉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于3D打印机的铺粉装置。本发明的方法包括：落粉模块安装在线性运动模块一侧，包括铺粉仓、铺粉辊、开关控制板、凸轮控制轴、隔离挡板；铺粉仓内设有立板，立板下端与铺粉仓的底板相隔而设；铺粉辊置于立板下端和铺粉仓底板之间，与立板一起将铺粉仓分为储粉仓和落粉仓，铺粉辊两端活动安装在铺粉仓内，能够通过旋转自身将粉末从储粉仓运至落粉仓；开关控制板活动安装在落粉仓内，设有凸台；凸轮控制轴上设有凸轮，与凸台相切，凸轮控制轴两端活动安装至落粉仓内；隔离挡板置于储粉仓内，将储粉仓分成空仓和加粉仓。本发明能够根据零件用量进行合理的粉末投放，减少清理粉末的工作量，提高产品研发的迭代速度，提高研发效率。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印机的铺粉装置。
背景技术
选取激光熔化技术，又称3D打印技术，简称SLM，是增材制造技术中应用最广泛的一种。SLM技术是利用高能量激光束极速熔化微米级金属粉末并极速凝固成形的一种技术。SLM技术成形后的零件一般不需要后续的处理或者只需要简单的表面加工，而且零件的机械性能较高，致密度近乎100%。
选区激光熔化技术发展时间较短，全球范围内研发此种技术并制造应用其的设备的公司较少，而且研发其原材料（微米级金属粉末）的公司较少，导致应用这种技术成形工件时成本相当高。只有极少数的公司、高等院校、国家单位可以负担其昂贵的费用。这些机构在研发产品时通常会遇到相对与基板来说零件太小而且数量较少的情况，就会积累足够量的试样才会开机加工，这样就大大降低了产品迭代的速度，降低了产品研发的效率。
而现有的技术方案中，授权公告号为CN 208357732 U的应用于3D打印机的铺料装置，通过在落料仓的容纳腔内设置两个相互啮合的齿轮轴，两齿轮轴布置于落料仓出料口的两侧，通过驱动机构使得两齿轮轴相互啮合传动，使得落料仓内辅砂料缓慢落下，通过轴距调节件调整两齿轮轴的啮合距离，从而实现控制落料仓的下料量，但是该方案不能根据零件大小确定加料量，对于小批量或者细长类零件来说，不能减少成形该类零件后清理粉末的工作量，从而降低产品研发的迭代速度。
授权公告号为CN 104308148 B的一种小型金属粉末3D打印机铺粉装置，采用铺粉漏斗在成型仓上面滑动并将金属粉末洒在成型仓内进行烧结，左回粉仓和右回粉仓对粉末进行回收，这样能够进行粉末的回收利用，但是该方案还是无法解决零件成形后清理粉末工作量大的问题，尤其是对于小批量或者细长类零件来说，每次成形用量偏少，无法根据零件大小进行合理的粉末投放。
为了解决以上技术问题，本方案提出了一种用于3D打印机的铺粉装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种用于3D打印机的铺粉装置，针对小批量或者细长类零件来说，能够根据零件用量进行合理的粉末投放，减少零件成形后清理粉末的工作量，提高产品研发的迭代速度，提高研发效率。
为实现以上目的，本发明提出以下技术方案：
一种用于3D打印机的铺粉装置，包括带有驱动电机的线性运动模块和落粉模块；
所述落粉模块安装在线性运动模块一侧，落粉模块包括铺粉仓、铺粉辊、开关控制板、凸轮控制轴、隔离挡板；
所述铺粉仓内设有立板，所述立板下端与铺粉仓的底板相隔而设；
所述铺粉辊置于立板下端和铺粉仓底板之间，与立板一起将铺粉仓分为储粉仓和落粉仓，铺粉辊两端活动安装在铺粉仓内，铺粉辊能够通过旋转自身将粉末从储粉仓运至落粉仓；
所述开关控制板活动安装在落粉仓内，且设有凸台；
所述凸轮控制轴上设有凸轮，凸轮与凸台相切，凸轮控制轴两端活动安装至落粉仓内；
所述隔离挡板置于储粉仓内，将储粉仓分成空仓和加粉仓。
优选地，还包括隔离模块，所述隔离模块安装在落粉模块一侧，隔离模块包括外壳和胶性带状物，所述胶性带状物缠绕在滚筒上并安装在外壳内，所述外壳底部开有小口，设有尖状出口嘴，胶性带状物用来隔离铺粉区域和非铺粉区域，从而达到减少粉末量的目的。
优选地，所述隔离模块外壳内部设有相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮与胶性带状物滚筒同轴，所述小齿轮与废胶性带状物滚筒同轴，这样能够保证胶性带状物在铺粉过程中保持紧绷状态，提高了隔离模块的稳定性；所述大齿轮上设有同轴的棘轮，所述棘轮上侧设有棘轮压片，可以阻止胶性带状物进行反向作用，保证了隔离模块在铺粉过程中的稳定性。
优选地，还包括刮粉模块，所述刮粉模块置于落粉模块另一侧，包括刮刀基板和刮刀，所述刮刀基板一端固定在线性运动模块上，所述刮刀安装在刮刀基板和落粉模块之间，在落粉模块铺粉的同时进行刮粉，将多余的粉末推移至收集装置中，以达到减少粉末清理工作量的目的。
优选地，所述刮粉模块还包括刮刀架和刮刀压板，所述刮刀架安装在刮刀基板上，所述刮刀压板安装在刮刀架上，所述刮刀安装在刮刀架和刮刀压板之间，防止在刮刀运行过程中刮刀基板和落粉模块受到磨损，保证刮刀的稳定性和安全性。
优选地，所述隔离挡板活动安装在储粉仓内，且设有可开闭的卡扣，储粉仓内设有与之对应的4~10个卡槽，且标有一系列的容积值；所述隔离挡板的形状与储粉仓内部形状相配合，保证空仓和加粉仓的隔离效果。
优选地，所述落粉仓的底面倾斜度为3~5°，防止停止供粉时落粉仓内粉末过多造成浪费，同时可以降低设备成形仓内气流对粉末的影响，提高装置的稳定性。
优选地，所述加粉仓内装有压力传感器，在加粉仓内粉末量不足以加工下一层时会发出警报，且加粉仓会运行至供粉口添加粉末，防止造成下一层加工面粉末不足导致整个零件加工失败，拉低加工效率，造成不必要的浪费。
优选地，所述铺粉辊为圆柱体，圆柱体侧面均匀布满杯状凹槽，使得粉末在铺粉辊的转动中不易回到储粉仓内，仅当杯状凹槽向下时粉末才能出来，减少了机械能的损耗。
优选地，所述铺粉辊可以采用丝状ABS塑料通过3D打印成形，极大的降低了铺粉辊的加工成本，缩短了加工时间；所述铺粉辊可以采用PLA材料3D打印成形，该材料是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，是公认的环境友好材料，成本偏低，制造时间短。
优选地，还包括安装在落粉模块上的第一电机和第二电机，所述第一电机为凸轮控制轴提供动力，所述第二电机为铺粉辊提供动力，第一电机和第二电机均为高精度稳定电机，增加装置的稳定性，保证动力的持续性；所述第一电机和第二电机的控制器安装在落粉模块上，根据SLM设备下一层的激光扫描路径，智能控制第一电机和第二电机的启停、转动方向和转动速度；所述凸轮控制轴上设有小槽，作为安装的初始位置的参照，以便确定第一电机的初始转动角度；所述开关控制板与落粉仓通过拉力弹簧连接，以保证凸轮与凸台始终保持相切状态，保证装置的稳定性。
其中线性运动模块、第一电机和第二电机均为现有技术设备。
具体地，用三维建模软件建立三维模型，并用切片软件将其切片，通过3D打印机控制软件，将文件发送至SLM设备；将凸轮控制轴复位，使其小槽恢复到初始位置；根据需要加工零件的底面积计算出一层粉末需求量，手动调节隔离挡板的位置以及隔离模块的安装位置，以满足需要加工零件的需求；控制器对SLM设备系统下一层的激光扫描路径进行分析，驱动第二电机，调节铺粉辊的转速，使得适量粉末从加粉仓转移至落粉仓，此时驱动第一电机，使得凸轮控制轴转过90°，开关控制板升至最高位置，落粉仓进行漏粉，线性运动模块的驱动电机开始正转，铺粉装置向左运动；同时隔离模块铺设胶性带状物进行隔离，减少粉末的浪费，刮粉模块进行刮粉，将多余的粉末进行推移收集；当铺粉装置到达成型仓的最左端时，铺粉辊停止转动，凸轮控制轴复位，落粉仓停止漏粉，线性运动模块的驱动电机开始反转，铺粉装置向右运动，回到最初位置；重复以上步骤，直到整个零件成形。
本发明有益效果在于：
本装置通过采用隔离挡板将储粉仓分为空仓和加粉仓，可以根据零件大小调整隔离挡板的位置已确定加粉仓的容积值，从而在加粉仓内定量铺粉，极大的减少了粉末的污染，减少了粉末的回收工作量，减少了筛粉过程中对工作人员身体健康的损坏；
本装置通过主要针对几何尺寸较小的零件进行小批量成形，用粉量较小，制作周期短，可以加快产品研发过程中的迭代速度；
本装置通过采用杯状凹槽的铺粉辊，仅当凹槽口朝下时粉末才能掉落，使得粉末在转动过程中不易返回原位置，减少反复做功，减少了机械能的消耗，采用高精度电机控制铺粉辊的转速，提高了粉末量的控制精度；
本装置的落粉仓通过采用倾斜的底面，防止停止供粉时落粉仓内粉末过多造成浪费，同时可以降低设备成形仓内气流对粉末的影响，提高装置的稳定性；且采用开关控制板和凸轮控制轴的配合，控制落粉仓出口的开启，精准控制是否出粉，减少浪费；
本装置中的落粉模块及与其连接的零部件均采用可拆卸式的连接方式，便于安装和拆卸，方便清理粉末，也减少了更换粉末时拆卸零件的工作量。
本装置中采用隔离模块和刮粉模块对落粉模块进行辅助性操作，隔离模块通过铺设胶性带状物，对铺粉区域进行分离，与非铺设区域分割开来，以达到减少粉末量的目的；刮粉模块通过刮刀对粉末的推移，将多余粉末转移到收集装置，进行及时的清理，减少后续工序。
本装置采用的隔离模块中通过齿轮传动保证胶性带状物在铺粉过程中保持紧绷状态，通过使用棘轮和棘轮压片，可以阻止胶性带状物进行反向作用，保证了隔离模块在铺粉过程中的稳定性。
采用上述方案，本装置能够在加粉仓内定量铺粉，减少粉末的污染，减少粉末的回收工作量；主要针对几何尺寸较小的零件进行小批量成形，用粉量较小，制作周期短，可以加快产品研发过程中的迭代速度；提高粉末量的控制精度；防止停止供粉时落粉仓内粉末过多造成浪费，可以降低设备成形仓内气流对粉末的影响，精准控制是否出粉，提高装置的稳定性；阻止胶性带状物进行反向作用，保证了隔离模块在铺粉过程中的稳定性；便于安装和拆卸，方便清理粉末，也减少了更换粉末时拆卸零件的工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本装置的整体结构示意图。
图2是本装置中落粉模块的结构示意图。
图3是本装置中落粉模块的侧面结构四意图。
图4是本装置中落粉模块的剖面结构示意图。
图5是本装置中隔离模块和刮粉模块的剖面结构示意图。
图6是本装置中隔离挡板的结构示意图。
图7是本装置中铺粉辊的结构示意图。
图中，1-储粉仓，2-隔离挡板，3-开关控制板，4-凸轮控制轴，5-落粉仓，6-铺粉辊，7-线性运动模块，8-刮粉模块，8-1-刮刀基板，8-2-刮刀架，8-3-刮刀，8-4-刮刀压板，9-第一电机，10-第二电机，11-隔离模块，12-落粉模块，13-外壳，14-大齿轮，15-小齿轮，16-棘轮，17-胶性带状物滚筒，18-废胶性带状物滚筒，19-尖状出口嘴，20-棘轮压片。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-5所示， 一种用于3D打印机的铺粉装置，包括带有驱动电机的线性运动模块7和落粉模块12；
所述落粉模块12安装在线性运动模块7一侧，落粉模块12包括铺粉仓、铺粉辊6、开关控制板3、凸轮控制轴4、隔离挡板2；
所述铺粉仓内设有立板，所述立板下端与铺粉仓的底板相隔而设；
所述铺粉辊6置于立板下端和铺粉仓底板之间，与立板一起将铺粉仓分为储粉仓1和落粉仓5，铺粉辊6两端活动安装在铺粉仓内，铺粉辊6能够通过旋转自身将粉末从储粉仓1运至落粉仓5；
所述开关控制板3活动安装在落粉仓5内，且设有凸台；
所述凸轮控制轴4上设有凸轮，凸轮与凸台相切，凸轮控制轴4两端活动安装至落粉仓5内；
所述隔离挡板2置于储粉仓1内，将储粉仓1分成空仓和加粉仓。
优选地，还包括隔离模块11，所述隔离模块11安装在落粉模块12一侧，隔离模块11包括外壳13和胶性带状物，所述胶性带状物缠绕在滚筒上并安装在外壳13内，所述外壳13底部开有小口，设有尖状出口嘴，胶性带状物用来隔离铺粉区域和非铺粉区域，从而达到减少粉末量的目的。
优选地，所述隔离模块11外壳13内部设有相互啮合的大齿轮14和小齿轮15，所述大齿轮14与胶性带状物滚筒17同轴，所述小齿轮15与废胶性带状物滚筒18同轴，这样能够保证胶性带状物在铺粉过程中保持紧绷状态，提高了隔离模块11的稳定性；所述大齿轮14上设有同轴的棘轮16，所述棘轮16上侧设有棘轮压片20，可以阻止胶性带状物进行反向作用，保证了隔离模块11在铺粉过程中的稳定性。
优选地，还包括刮粉模块8，所述刮粉模块8置于落粉模块12另一侧，包括刮刀基板8-1和刮刀8-3，所述刮刀基板8-1一端固定在线性运动模块7上，所述刮刀8-3安装在刮刀基板8-1和落粉模块12之间，在落粉模块12铺粉的同时进行刮粉，将多余的粉末推移至收集装置中，以达到减少粉末清理工作量的目的。
优选地，所述刮粉模块8还包括刮刀架8-2和刮刀压板8-4，所述刮刀架8-2安装在刮刀基板8-1上，所述刮刀压板8-4安装在刮刀架8-2上，所述刮刀8-3安装在刮刀架8-2和刮刀压板8-4之间，防止在刮刀8-3运行过程中刮刀基板8-1和落粉模块12受到磨损，保证刮刀8-3的稳定性和安全性。
优选地，所述隔离挡板2活动安装在储粉仓1内，且设有可开闭的卡扣，储粉仓1内设有与之对应的4~10个卡槽，且标有一系列的容积值；所述隔离挡板2的形状与储粉仓1内部形状相配合，保证空仓和加粉仓的隔离效果，如图6所示。
优选地，所述落粉仓5的底面倾斜度为3~5°，防止停止供粉时落粉仓5内粉末过多造成浪费，同时可以降低设备成形仓内气流对粉末的影响，提高装置的稳定性。
优选地，所述加粉仓内装有压力传感器，在加粉仓内粉末量不足以加工下一层时会发出警报，且加粉仓会运行至供粉口添加粉末，防止造成下一层加工面粉末不足导致整个零件加工失败，拉低加工效率，造成不必要的浪费。
优选地，所述铺粉辊6为圆柱体，圆柱体侧面均匀布满杯状凹槽，使得粉末在铺粉辊6的转动中不易回到储粉仓1内，仅当杯状凹槽向下时粉末才能出来，减少了机械能的损耗，如图7所示。
优选地，所述铺粉辊6可以采用丝状ABS塑料通过3D打印成形，极大的降低了铺粉辊6的加工成本，缩短了加工时间；所述铺粉辊6可以采用PLA材料3D打印成形，该材料是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，是公认的环境友好材料，成本偏低，制造时间短。
优选地，还包括安装在落粉模块12上的第一电机9和第二电机10，所述第一电机9为凸轮控制轴4提供动力，所述第二电机10为铺粉辊6提供动力，第一电机9和第二电机10均为高精度稳定电机，增加装置的稳定性，保证动力的持续性；所述第一电机9和第二电机10的控制器安装在落粉模块12上，根据SLM设备下一层的激光扫描路径，智能控制第一电机9和第二电机10的启停、转动方向和转动速度；所述凸轮控制轴4上设有小槽，作为安装的初始位置的参照，以便确定第一电机9的初始转动角度；所述开关控制板3与落粉仓5通过拉力弹簧连接，以保证凸轮与凸台始终保持相切状态，保证装置的稳定性。
其中线性运动模块7、第一电机9和第二电机10均为现有技术设备。
具体地，用三维建模软件建立三维模型，并用切片软件将其切片，通过3D打印机控制软件，将文件发送至SLM设备；将凸轮控制轴4复位，使其小槽恢复到初始位置；根据需要加工零件的底面积计算出一层粉末需求量，手动调节隔离挡板2的位置以及隔离模块11的安装位置，以满足需要加工零件的需求；控制器对SLM设备系统下一层的激光扫描路径进行分析，驱动第二电机10，调节铺粉辊6的转速，使得适量粉末从加粉仓转移至落粉仓，此时驱动第一电机9，使得凸轮控制轴4转过90°，开关控制板3升至最高位置，落粉仓5进行漏粉，线性运动模块7的驱动电机开始正转，铺粉装置向左运动；同时隔离模块11铺设胶性带状物进行隔离，减少粉末的浪费，刮粉模块8进行刮粉，将多余的粉末进行推移收集；当铺粉装置12到达成型仓的最左端时，铺粉辊6停止转动，凸轮控制轴4复位，落粉仓5停止漏粉，线性运动模块7的驱动电机开始反转，铺粉装置向右运动，回到最初位置；重复以上步骤，直到整个零件成形。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：
包括带有驱动电机的线性运动模块和落粉模块；
所述落粉模块安装在线性运动模块一侧，落粉模块包括铺粉仓、铺粉辊、开关控制板、凸轮控制轴、隔离挡板；所述铺粉仓内设有立板，所述立板下端与铺粉仓的底板相隔而设；所述铺粉辊置于立板下端和铺粉仓底板之间，与立板一起将铺粉仓分为储粉仓和落粉仓，铺粉辊两端活动安装在铺粉仓内，铺粉辊能够通过旋转自身将粉末从储粉仓运至落粉仓；所述开关控制板活动安装在落粉仓内，且设有凸台；所述凸轮控制轴上设有凸轮，凸轮与凸台相切，凸轮控制轴两端活动安装至储粉仓内；所述隔离挡板置于储粉仓内，将储粉仓分成空仓和加粉仓。
2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：还包括隔离模块，所述隔离模块安装在落粉模块一侧，隔离模块包括外壳和胶性带状物，所述胶性带状物缠绕在滚筒上并安装在外壳内，所述外壳底部开有小口，设有尖状出口嘴。
3.根据权利要求2所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述隔离模块外壳内部设有相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮与胶性带状物滚筒同轴，所述小齿轮与废胶性带状物滚筒同轴；所述大齿轮上设有同轴的棘轮，所述棘轮上侧设有棘轮压片。
4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：还包括刮粉模块，所述刮粉模块置于落粉模块另一侧，包括刮刀基板和刮刀，所述刮刀基板一端固定在线性运动模块上，所述刮刀安装在刮刀基板和落粉模块之间。
5.根据权利要求4所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述刮粉模块还包括刮刀架和刮刀压板，所述刮刀架安装在刮刀基板上，所述刮刀压板安装在刮刀架上，所述刮刀安装在刮刀架和刮刀压板之间。
6.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述隔离挡板活动安装在储粉仓内，且设有可开闭的卡扣，储粉仓内设有与之对应的4~10个卡槽，且标有一系列的容积值；所述隔离挡板的形状与储粉仓内部形状相配合。
7.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述落粉仓的底面倾斜度为3~5°。
8.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述加粉仓内装有压力传感器，在加粉仓内粉末量不足以加工下一层时会发出警报，且加粉仓会运行至供粉口添加粉末。
9.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：所述铺粉辊为圆柱体，圆柱体侧面均匀布满杯状凹槽，使得粉末在铺粉辊的转动中不易回到储粉仓内，仅当杯状凹槽向下时粉末才能出来；所述铺粉辊可以采用丝状ABS塑料通过3D打印成形；所述铺粉辊可以采用PLA材料3D打印成形。
10.根据权利要求1所述的一种用于3D打印机的铺粉装置，其特征在于：还包括安装在落粉模块上的第一电机和第二电机，所述第一电机为凸轮控制轴提供动力，所述第二电机为铺粉辊提供动力，第一电机和第二电机均为高精度稳定电机；所述第一电机和第二电机的控制器安装在落粉模块上，根据SLM设备下一层的激光扫描路径，智能控制第一电机和第二电机的启停、转动方向和转动速度；所述凸轮控制轴上设有小槽，作为安装的初始位置的参照；所述开关控制板与落粉仓通过拉力弹簧连接。
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