CN114570927A - 一种多刮刀铺粉装置、增材制造设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多刮刀铺粉装置、增材制造设备及方法，属于增材制造领域。所述多刮刀铺粉装置包括护板框架和刮刀结构；所述刮刀结构包括伸缩部件和旋转部件；所述旋转部件通过伸缩部件安装在所述护板框架内；所述伸缩部件能够带动所述旋转部件进行上下移动；在所述旋转部件上安装有至少两个刮刀，所述旋转部件能够带动各个刮刀同时进行旋转；当旋转部件下降到最低位置时，旋转部件上的一个刮刀能够从所述护板框架的下端伸出到护板框架的外部。利用本发明实现了在不打开成型加工腔室的状态下完成工作刮刀的更换，降低了更换刮刀的工作量，增加了连续加工时间，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种多刮刀铺粉装置、增材制造设备及方法，应用于铺粉式激光增材制造。
背景技术
3D打印制造是一种激光增材制造技术，是一种“快速制造技术”，其主要原理是利用激光对制造粉末原料进行融化烧结，通过逐层加工，直至完成工件整体制造。3D打印技术是一种直接制造技术，其基本制造方式为逐层加工，将所用原料粉末均匀铺设在加工区域内，利用激光烧结技术进行加工，完成后进行下一层原料粉末铺设，重复进行上述加工操作，直至零件最终成型结束。3D打印技术可以一次性完成零件成型制造，使零件的一体化性能更强，减少分体零件组合装配时零件间的互相作用力，广泛应用在航空航天、船舶、医疗、核电等诸多领域。
传统粉末床增材制造设备工作过程中：一侧为供粉缸，一侧为成型缸，每层粉末经过激光成型加工后，供粉缸上升一个铺粉层厚，成型缸下降一个铺粉层厚，粉末刮刀由供粉缸向成型缸水平移动，成型缸铺满一层粉末后水平移动返回，完成一层粉末的铺设。
传统的铺粉装置一次只会安装一个刮刀，当刮刀出现损坏时，需要停止加工设备，打开成型加工腔门，对刮刀进行更换，重新进行加工前需要将填充保护气体等前置操作再次操作一次。这种单次更换单刮刀的替换方式会在一定程度上导致加工效率降低，并增加更换刮刀所带来的工作量，同时，若刮刀在加工过程中出现损坏等意外状况，可能会导致本次加工的工件全部报废的情况。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种多刮刀铺粉装置、增材制造设备及方法，能够实现多刮刀的安装，并能在成型加工腔室内进行电动切换。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供了一种多刮刀铺粉装置，所述多刮刀铺粉装置包括护板框架和刮刀结构；
所述刮刀结构包括伸缩部件和旋转部件；
所述旋转部件通过伸缩部件安装在所述护板框架内；所述伸缩部件能够带动所述旋转部件进行上下移动；
在所述旋转部件上安装有至少两个刮刀，所述旋转部件能够带动各个刮刀同时进行旋转；
当旋转部件下降到最低位置时，旋转部件上的一个刮刀能够从所述护板框架的下端伸出到护板框架的外部。
本发明的进一步改进在于，所述护板框架包括水平设置的顶部连接板；
在所述顶部连接板的两侧对称安装有第一侧面护板和第二侧面护板；
所述顶部连接板的两侧分别与所述第一侧面护板的内壁的上端、第二侧面护板的内壁的上端连接；
所述第一侧面护板和第二侧面护板平行设置，且两者均与顶部连接板垂直。
本发明的进一步改进在于，在所述第一侧面护板的下端安装有第一底部护板，在所述第二侧面护板的下端安装有第二底部护板；
第一底部护板和第二底部护板位于同一个水平面内，且所述第一底部护板的左端与所述第一侧面护板的下端连接，所述第二底部护板的右端与所述第二侧面护板的下端连接；
第一侧面护板、第二侧面护板、第一底部护板和第二底部护板围合形成容纳腔；
所述第一底部护板的右端与第二底部护板的左端之间形成所述容纳腔的出口。
本发明的进一步改进在于，所述刮刀结构中的伸缩部件包括电缸、轴承座连接板；
在所述顶部连接板上开有孔，所述电缸位于所述容纳腔的外部，并安装在所述顶部连接板的上表面上；
所述轴承座连接板位于所述容纳腔的内部，且水平设置；
所述电缸的伸缩杆的下端穿过顶部连接板上的孔后与轴承座连接板连接；
在所述轴承座连接板的两侧对称安装有第一轴承座和第二轴承座；
所述第一轴承座和第二轴承座均为板状结构，且两者平行设置，并与顶部连接板、第一侧面护板、第二侧面护板均垂直。
本发明的进一步改进在于，所述旋转部件包括电机、联轴器、第一轴承、第二轴承、刮刀转轮；
在所述第一轴承座上开有孔，在该孔内安装有第一轴承；
在所述第二轴承座上开有孔，在该孔内安装有第二轴承；
所述第一轴承和所述第二轴承的中心轴线位于同一条水平线上；
所述刮刀转轮与第一轴承和第二轴承同轴线设置，且所述刮刀转轮的两端分别与第一轴承、第二轴承连接；
所述电机通过联轴器带动刮刀转轮进行旋转。
本发明的进一步改进在于，所述刮刀转轮包括旋转轴和多个连接在旋转轴上的延伸板；
每个延伸板的结构、尺寸均相同；
每个延伸板的长度方向与旋转轴的中心轴线平行，且每个延伸板的长度方向上的一条边与旋转轴的外表面连接；每个延伸板的宽度方向与旋转轴的中心轴线垂直；
在每个所述延伸板上开有刮刀基座安装口，刮刀基座通过刮刀基座安装口安装在延伸板上；
在每个刮刀基座上安装有一个刮刀。
本发明的进一步改进在于，在所述旋转轴的两端分别设置有左侧轴承安装段、右侧轴承安装段；
左侧轴承安装段的长度大于右侧轴承安装段的长度；
左侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成左侧台阶，右侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成右侧台阶；
所述第一轴承的中心通孔套在右侧轴承安装段上，右侧台阶将第一轴承顶住；
所述第二轴承的中心通孔套在左侧轴承安装段上，左侧台阶将第二轴承顶住，同时左侧轴承安装段穿过第二轴承的中心通孔后与位于第二轴承座外侧的联轴器连接；
联轴器与驱动电机连接；
旋转轴、联轴器、驱动电机同轴线设置。
本发明的进一步改进在于，在所述顶部连接板上连接有电机安装板；
所述电机安装板设置在第二轴承座的外侧；
所述驱动电机安装在电机安装板上。
本发明的第二个方面，提供了一种上述多刮刀铺粉装置的使用方法，所述方法包括：
当需要更换刮刀时，启动电缸，电缸驱动伸缩杆将刮刀转轮上提，使得所有刮刀均位于容纳腔中，然后停止电缸；
启动驱动电机，驱动电机带动刮刀转轮进行旋转，当新的刮刀旋转到与容纳腔的出口对齐时，停止驱动电机；
启动电缸，电缸驱动伸缩杆将刮刀转轮下降，新的刮刀从容纳腔的出口伸出，伸出到位后，停止电缸，完成刮刀的更换。
本发明的第三个方面，提供了一种增材制造设备，在所述增材制造设备上安装有上述多刮刀铺粉装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用本发明，当刮刀出现损坏时，可利用电机驱动刮刀转轮，实现在不打开成型加工腔室的状态下完成工作刮刀的更换，一定程度上提高了加工效率。
2、本发明提供的铺粉装置中同时安装有多个刮刀，在一次更换时可进行多个刮刀的更换，同时可延长铺粉装置刮刀的更换周期，一定程度上降低了更换刮刀的工作量，增加了连续加工时间，提高了工作效率。
附图说明
图1本发明铺粉装置的主视结构示意图；
图2图1中的A-A向剖视图；
图3图2中B部分的局部放大视图；
图4图2中C部分的局部放大视图；
图5本发明铺粉装置更换刮刀上升位置图；
图6-1本发明铺粉装置中的刮刀转轮的主视结构示意图；
图6-2本发明铺粉装置中的刮刀转轮的左视结构示意图；
附图标记：1-第一刮刀基座；2-第一底部护板；3-第二刮刀；4-第二刮刀基座；5-刮刀转轮；6-第一侧面护板；7-伸缩杆；8-顶部连接板；9-电缸；10-轴承座连接板；11-第一轴承座；12-第四刮刀基座；13-第四刮刀；14-第二侧面护板；15-第二底部护板；16-第一刮刀；17-电机；18-联轴器；19-电机安装板；20-第二轴承座；21-第三刮刀基座；22-第三刮刀；23-第一轴承；24-第二轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1到图4所示，本发明提供了一种多刮刀铺粉装置，所述多刮刀铺粉装置包括护板框架和刮刀结构。
所述刮刀结构包括伸缩部件和旋转部件，所述旋转部件通过伸缩部件安装在所述护板框架内；所述伸缩部件能够带动所述旋转部件进行上下移动；
在所述旋转部件上安装有至少两个刮刀，所述旋转部件能够带动各个刮刀同时进行旋转；当旋转部件下降到最低位置时，旋转部件上的一个刮刀能够从所述护板框架的下端伸出到护板框架的外部。
本发明的实施例如下：
【实施例一】
所述护板框架包括水平设置的顶部连接板8，在所述顶部连接板8的两侧对称安装有第一侧面护板6和第二侧面护板14，所述顶部连接板8的两侧分别与所述第一侧面护板6的内壁的上端、第二侧面护板14的内壁的上端连接，连接方式可以采用现有的多种连接方式，例如螺栓连接等等。第一侧面护板6和第二侧面护板14平行设置，且两者均与顶部连接板8垂直。
在所述第一侧面护板6的下端安装有第一底部护板2，在所述第二侧面护板14的下端安装有第二底部护板15，第一底部护板2和第二底部护板15位于同一个水平面内，且所述第一底部护板2的左端与所述第一侧面护板6的下端连接，所述第二底部护板15的右端与所述第二侧面护板14的下端连接。
第一侧面护板6、第二侧面护板14、第一底部护板2和第二底部护板15围合形成容纳腔，所述第一底部护板2的右端与第二底部护板15的左端之间形成所述容纳腔的出口。
【实施例二】
所述刮刀结构中的伸缩部件包括电缸9、轴承座连接板10。
在所述顶部连接板8上开有孔，所述电缸9位于所述容纳腔的外部，并安装在所述顶部连接板8的上表面上，所述电缸9的伸缩杆7的下端穿过顶部连接板上的孔后位于所述容纳腔内；
所述轴承座连接板10位于所述容纳腔的内部，且水平设置，所述伸缩杆7的下端与所述轴承座连接板10连接。
优选的，所述电缸9安装在所述顶部连接板的中心位置处，在顶部连接板8的中心位置处开有孔，所述伸缩杆7的下端穿过该孔后与所述轴承座连接板10的中心位置连接。连接方式可以采用现有的多种连接方式。
根据实际应用情况以及尺寸空间，所述电缸9可以选择使用现有的液压缸、气缸等。
在所述轴承座连接板10的两侧对称安装有第一轴承座11和第二轴承座20，所述轴承座连接板10的两侧分别与第一轴承座11的内壁的上端、第二轴承座20的内壁的上端连接。所述第一轴承座11和第二轴承座20均为板状结构，且两者平行设置，并与顶部连接板8、第一侧面护板6、第二侧面护板14均垂直。
【实施例三】
所述旋转部件包括电机17、联轴器18、第一轴承23、第二轴承24、刮刀转轮5。
如图3和图4所示，在所述第一轴承座11上开有孔，在该孔内安装有第一轴承23，在所述第二轴承座20上开有孔，在该孔内安装有第二轴承24。所述第一轴承23和所述第二轴承24的中心轴线位于同一条水平线上。
所述刮刀转轮5与第一轴承23和第二轴承24同轴线设置，且所述刮刀转轮5的两端分别与第一轴承23和第二轴承24连接，所述电机17通过联轴器18带动刮刀转轮5进行旋转。
【实施例四】
如图6-1和图6-2所示，所述刮刀转轮5包括旋转轴501和多个连接在旋转轴上的延伸板502，每个延伸板502的结构、尺寸完全相同。每个延伸板502的长度方向与旋转轴501的中心轴线平行，且每个延伸板502的长度方向上的一条边与旋转轴501的外表面连接(连接方式可以采用现有的多种连接方式，例如焊接、螺栓连接等。)，每个延伸板502的宽度方向与旋转轴501的中心轴线垂直，优选的，多个延伸板502在圆周上均布，即多个延伸板502呈辐射状连接在旋转轴501的外表面上。
在每个所述延伸板502上开有刮刀基座安装口503，该刮刀基座安装口503的结构根据现有的刮刀基座的结构进行设计即可，图6-1所示的实施例中，是在延伸板上沿其长度方向切出一个横截面形状为L形的开口，该开口与刮刀基座的结构相对应，通过该开口能够将刮刀基座安装在延伸板502上。
进一步的，为保证各个刮刀基座同侧安装，在将各个延伸板502安装到旋转轴上时，需要保证在逆时针方向上各个延伸板502上的刮刀基座安装口503位于延伸板502的同一侧。
在每个刮刀基座上安装有一个刮刀，图1所示的实施例中安装有4个刮刀，具体的，在所述刮刀转轮5上安装有第一刮刀基座1、第二刮刀基座4、第三刮刀基座21和第四刮刀基座12，在所述第一刮刀基座1上安装有第一刮刀16，在第二刮刀基座4上安装有第二刮刀3，在第三刮刀基座21上安装有第三刮刀22，在第四刮刀基座12上安装有第四刮刀13。
延伸板502的数量可以根据实际需要进行设计，例如2个、3个或者更多，图6-1所示的实施例中设置有4个延伸板，呈现“十”字形结构。在保证不造成结构干涉、结构过重等问题的情况下，可以根据需要设置更多的延伸板以及相应数量的刮刀基座和刮刀。
在所述旋转轴501的两端分别设置有左侧轴承安装段、右侧轴承安装段，其中左侧轴承安装段的长度大于右侧轴承安装段的长度，左侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成左侧台阶，右侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成右侧台阶。
如图3所示，所述第一轴承23的中心通孔套在右侧轴承安装段上，右侧台阶将第一轴承23顶住。如图4所示，所述第二轴承24的中心通孔套在左侧轴承安装段上，左侧台阶将第二轴承24顶住，同时左侧轴承安装段穿过第二轴承24的中心通孔后与位于第二轴承座20外侧的联轴器18连接，联轴器18与驱动电机17连接，旋转轴501、联轴器18、驱动电机17同轴线设置，它们之间的连接方式采用现有的通用连接方式即可，在此不再赘述。
【实施例五】
为了保证所述第一底部护板2和第二底部护板15能够分担所述刮刀基座和所述刮刀转轮进行水平铺粉运动时所受水平方向的力，本发明将所述容纳腔的出口的宽度设计成等于或者略大于刮刀基座的宽度，这样既能保证刮刀基座能从该出口穿出和缩回，同时也能保证第一底部护板2和第二底部护板15分担水平方向的力。
【实施例六】
进一步的，为了更好地固定驱动电机17，在所述顶部连接板8上连接有电机安装板19，所述电机安装板设置在第二轴承座20的外侧。所述驱动电机17固定安装在电机安装板19上。
所述电机安装板19的形状可以根据选用电机的结构进行设计，图2所示的实施例中，电机安装板19呈L型，其上端与轴承连接板10固定连接，下端与电机17连接。
本发明多刮刀铺粉装置的使用方法如下：
当需要更换刮刀时，启动电缸9，电缸9驱动伸缩杆7将刮刀转轮上提，使得所有刮刀均位于容纳腔中，如图5所示，然后停止电缸9；
启动驱动电机17，驱动电机17带动刮刀转轮5进行旋转，当新的刮刀旋转到与容纳腔的出口对齐时，停止驱动电机17；
启动电缸9，电缸9驱动伸缩杆将刮刀转轮下降，新的刮刀从容纳腔的出口伸出，伸出到位后，停止电缸9，完成刮刀的更换。
上述步骤为一次刮刀的更换过程，多次刮刀更换将依次将良好的刮刀作为工作刮刀，直至所有良好的刮刀均使用完毕，当所有刮刀均使用完毕后，将底部护板打开，将每个刮刀基座上的旧刮刀取下，换上新刮刀即可。
例如，首先使用的是第一刮刀16，当第一刮刀16出现问题需要更换时，将所述第二刮刀基座4和第二刮刀3转至所述第一刮刀基座1和所述第一刮刀16的原位置，即所述刮刀转轮5正下方垂直于加工平面位置，然后通过伸缩杆7带动第二刮刀3下降，使其伸出到容纳腔的下方，继续进行加工，如果第二刮刀4出现问题需要更换时，重复上述步骤将第三刮刀13旋转到对齐容纳腔的出口的位置，依此类推，直到所有刮刀都使用完毕，然后将底部护板打开，对所有刮刀一起进行更换，更换好后，再次开始进行加工，继续重复上述步骤。
本发明还提供了一种增材制造设备，在所述增材制造设备上安装有上述多刮刀铺粉装置。将上述铺粉装置安装到现有的增材制造设备时，不需要对原设备进行改造，只需将上述铺粉装置的整体结构安装于加工腔室内铺粉装置的水平驱动结构上即可。为了配合安装，可能需要在顶部连接板9上连接一个驱动连接结构，通过驱动连接结构将顶部连接板9与现有设备中的水平驱动结构连接。所述驱动连接结构根据现有的刮刀基座与水平驱动结构的连接结构进行设计即可，在此不再赘述。
本发明利用电机驱动刮刀转轮，实现了在不打开成型加工腔室和不中断当前加工流程的状态下完成工作刮刀更换，一定程度上提高了加工效率。所述多刮刀铺粉装置中同时安装有多个刮刀，在一次更换时可进行多个刮刀的更换，同时延长了铺粉装置刮刀更换周期，一定程度上降低了更换刮刀的工作量，增加了连续加工时间，提高了工作效率。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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。
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种多刮刀铺粉装置，其特征在于：所述多刮刀铺粉装置包括护板框架和刮刀结构；
所述刮刀结构包括伸缩部件和旋转部件；
所述旋转部件通过伸缩部件安装在所述护板框架内；所述伸缩部件能够带动所述旋转部件进行上下移动；
在所述旋转部件上安装有至少两个刮刀，所述旋转部件能够带动各个刮刀同时进行旋转；
当旋转部件下降到最低位置时，旋转部件上的一个刮刀能够从所述护板框架的下端伸出到护板框架的外部。
2.根据权利要求1所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：所述护板框架包括水平设置的顶部连接板；
在所述顶部连接板的两侧对称安装有第一侧面护板和第二侧面护板；
所述顶部连接板的两侧分别与所述第一侧面护板的内壁的上端、第二侧面护板的内壁的上端连接；
所述第一侧面护板和第二侧面护板平行设置，且两者均与顶部连接板垂直。
3.根据权利要求2所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：在所述第一侧面护板的下端安装有第一底部护板，在所述第二侧面护板的下端安装有第二底部护板；
第一底部护板和第二底部护板位于同一个水平面内，且所述第一底部护板的左端与所述第一侧面护板的下端连接，所述第二底部护板的右端与所述第二侧面护板的下端连接；
第一侧面护板、第二侧面护板、第一底部护板和第二底部护板围合形成容纳腔；
所述第一底部护板的右端与第二底部护板的左端之间形成所述容纳腔的出口。
4.根据权利要求3所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：所述刮刀结构中的伸缩部件包括电缸、轴承座连接板；
在所述顶部连接板上开有孔，所述电缸位于所述容纳腔的外部，并安装在所述顶部连接板的上表面上；
所述轴承座连接板位于所述容纳腔的内部，且水平设置；
所述电缸的伸缩杆的下端穿过顶部连接板上的孔后与轴承座连接板连接；
在所述轴承座连接板的两侧对称安装有第一轴承座和第二轴承座；
所述第一轴承座和第二轴承座均为板状结构，且两者平行设置，并与顶部连接板、第一侧面护板、第二侧面护板均垂直。
5.根据权利要求4所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：所述旋转部件包括电机、联轴器、第一轴承、第二轴承、刮刀转轮；
在所述第一轴承座上开有孔，在该孔内安装有第一轴承；
在所述第二轴承座上开有孔，在该孔内安装有第二轴承；
所述第一轴承和所述第二轴承的中心轴线位于同一条水平线上；
所述刮刀转轮与第一轴承和第二轴承同轴线设置，且所述刮刀转轮的两端分别与第一轴承、第二轴承连接；
所述电机通过联轴器带动刮刀转轮进行旋转。
6.根据权利要求5所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：所述刮刀转轮包括旋转轴和多个连接在旋转轴上的延伸板；
每个延伸板的结构、尺寸均相同；
每个延伸板的长度方向与旋转轴的中心轴线平行，且每个延伸板的长度方向上的一条边与旋转轴的外表面连接；每个延伸板的宽度方向与旋转轴的中心轴线垂直；
在每个所述延伸板上开有刮刀基座安装口，刮刀基座通过刮刀基座安装口安装在延伸板上；
在每个刮刀基座上安装有一个刮刀。
7.根据权利要求6所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：在所述旋转轴的两端分别设置有左侧轴承安装段、右侧轴承安装段；
左侧轴承安装段的长度大于右侧轴承安装段的长度；
左侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成左侧台阶，右侧轴承安装段与旋转轴的中部连接处形成右侧台阶；
所述第一轴承的中心通孔套在右侧轴承安装段上，右侧台阶将第一轴承顶住；
所述第二轴承的中心通孔套在左侧轴承安装段上，左侧台阶将第二轴承顶住，同时左侧轴承安装段穿过第二轴承的中心通孔后与位于第二轴承座外侧的联轴器连接；
联轴器与驱动电机连接；
旋转轴、联轴器、驱动电机同轴线设置。
8.根据权利要求7所述的多刮刀铺粉装置，其特征在于：在所述顶部连接板上连接有电机安装板；
所述电机安装板设置在第二轴承座的外侧；
所述驱动电机安装在电机安装板上。
9.如权利要求1-8任一项所述的多刮刀铺粉装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括：
当需要更换刮刀时，启动电缸，电缸驱动伸缩杆将刮刀转轮上提，使得所有刮刀均位于容纳腔中，然后停止电缸；
启动驱动电机，驱动电机带动刮刀转轮进行旋转，当新的刮刀旋转到与容纳腔的出口对齐时，停止驱动电机；
启动电缸，电缸驱动伸缩杆将刮刀转轮下降，新的刮刀从容纳腔的出口伸出，伸出到位后，停止电缸，完成刮刀的更换。
10.一种增材制造设备，其特征在于：在所述增材制造设备上安装有如权利要求1-8任一项所述的多刮刀铺粉装置。
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