CN115534316A - 一种黏结剂喷射型3d打印系统的定量供粉装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法，属于增材制造领域，包括一级粉仓模块、二级粉仓模块和卸料模块。一级料仓模块独立支撑，上部设置有进料口a0，下部设置有圆形出料口a1；二级料仓模块固定于打印轴上，上部宽槽设置为进料槽b0，下部细长槽设置为出料槽b1；卸料模块固定于打印轴上，位于二级料仓模块的出料口b1正下方，上部开口设置为上槽口c0，下部开口设置为下槽口c1。一级料仓模块、二级料仓模块和卸料模块在Z方向上依次首尾相接，粉料经由一级料仓模块、二级料仓模块和卸料模块、即所述a0→a1→b0→b1→c0→c1最终落于成形平台上，以供后续铺粉打印。本发明可实现不停机续粉，大大缩短打印件生产周期。

Description

一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法

技术领域

本申请属于增材制造技术领域，具体涉及一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法。

背景技术

增材制造(“3D打印”)技术是近年来发展起来的新型制造技术。与传统“减材”制造过程截然相反，增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造、逐层叠加的方式制造三维实体，是集先进制造、智能制造、绿色制造、新材料、精密控制等技术于一体的新技术。增材制造技术从原理上突破了复杂异型构件的技术瓶颈，实现材料微观组织与宏观结构的可控成形，从根本上改变了传统“制造引导设计、制造性优先设计、经验设计”的设计理念，真正意义上实现了“设计引导制造、功能性优先设计、拓扑优化设计”转变，为全产业技术创新、军民深度融合、新兴产业和国防事业的兴起与发展开辟了巨大空间。

不同的增材制造技术通过熔化、烧结或化学结合粉末层的方式生成所需的制品，包括直接激光熔化、直接激光烧结和黏结剂喷射。对于前两者而言，部分粉末层被选择性地熔化或烧结在一起以形成制品，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成一定密度和强度的成品。相反，对于黏结剂喷射，通过选择性地沉积黏结剂以暂时将粉末层化学结合在一起以形成生坯制品，固化后，可将生坯制品预烧结以基本上去除所有黏结剂并实现粉末颗粒之间的融合与连接，从而得到有一定密度与强度的成品。其中，黏结剂喷射技术被广泛认为是用于批量生产高密度和功能性精密零件的最快增材制造方法。

本发明公开了一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法，该系统可用于高分子材料、金属、陶瓷材料的增材制造。目前在工业级设备应用中，常见的供粉方式主要是单缸式上送粉方式，现有技术的上供粉方式存在很多不足，例如：

1.将料仓内粉料搅拌疏松后经由卧式螺杆输送器输送至集粉仓，该过程一方面导致靠近螺杆输送器末端的地方粉末堆积量大，远离螺杆输送器末端的地方粉末堆积量小，在成形幅面方向上粉末分布不均匀，影响铺粉和打印质量；另一方面卧式输送方式需要克服粉料自身重力，对于流动性好的粉料，容易在底部形成堆积，增大输送阻力。

2.目前定量送粉方式主要有启闭装置和粉辊装置。启闭装置通过隔板的开合控制实现落粉，容易产生飞溅和颗粒悬浮物，对成形面造成冲击；粉辊装置通过旋转粉辊将辊上定量供粉槽实现落粉，通常为一条长槽，落粉间隔较长，粉末供应连续性有较大的不确定性。

3.铺粉打印时，通过漏斗在铺粉辊或刮刀运动前方一次性定量送粉，每层粉堆预设量的重力分布和铺粉动作对已成形层会产生明显影响，导致打印件出现层偏移现象。成形幅面越大，粉堆预设量越多，无法提升打印质量。

4.现有供粉装置结构复杂，布局不紧凑，不便于拆装和维修。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现存的不足，提供一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供了一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置，包括一级粉仓模块1、二级粉仓模块2和卸料模块3。所述一级料仓模块1独立支撑，包括一级料仓11、粉料输送系统12、粉料搅拌系统13、卡盘14、法兰套15和导流槽16，其中一级料仓11上部设置有进料口a0，导流槽16下部设置有圆形出料口a1；所述二级料仓模块2固定于打印轴上，包括二级料仓21、粉料搅拌系统22、压板23、减震垫24和滑动翻盖25，其中二级料仓21上部宽长槽设置为进料槽b0，二级料仓下部细长槽设置为出料槽b1；所述卸料模块3固定于打印轴上，位于所述二级料仓模块2的出料口b1正下方，包括卸料阀套31、定量卸料阀32和卸料传动系统33，其中卸料模块3上部开口设置为上槽口c0，卸料模块3下部开口设置为下槽口c1。所述一级料仓模块1、二级料仓模块2和卸料模块3在Z方向上依次首尾相接，粉料经由一级料仓模块1、二级料仓模块2和卸料模块3即所述a0→a1→b0→b1→c0→c1最终落于成形平台上，以供后续铺粉打印。

进一步地，所述定量供粉装置按功能划分为固定供粉仓、移动供粉仓和移动卸料仓，分别对应所述一级粉仓模块1、二级粉仓模块2和卸料模块3。

进一步地，所述一级料仓模块1包括一级料仓11、粉料输送系统12、粉料搅拌系统13、卡盘14、法兰套15和导流槽16。

进一步地，所述一级料仓11呈锥形漏斗，上端部为圆形进料口，下端部为圆形出料口，其顶部安装于料仓固定板下方环形槽内，通过均匀分布的吊钩螺丝进行紧固。

进一步地，结合料仓容积和粉料流动性要求，料仓锥体倾角取55-65度，内壁进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙等。一级料仓11材质可选不锈钢，当粉料为带磁性粉料时，所述一级料仓11可选用奥氏体不锈钢材料，可在仓壁上拼接透明塑料板，方便实时查看料仓内粉料高度。

进一步地，所述粉料输送系统12包括第一驱动电机121、联轴器传动122、传动轴123和螺旋下料装置124，第一驱动电机121通过联轴器122驱动传动轴123旋转，经由连接套1241，将动力传递至螺杆1242上。连接套1241通过螺钉锁定传动轴123，通过L型插槽啮合所述螺杆1242，可实现在无视野情况下方便拆卸螺杆1242进行清理或更换。

进一步地，在一定转速下，同种规格螺杆1242单位时间内输送量稳定，同时通过调节下料转速和螺杆1242规格，可以满足不同工况下对粉料输送量的要求。

进一步地，所述粉料搅拌系统13包括第二驱动电机131、同步带传动132、搅拌机座133和搅拌杆134，第二驱动电机131通过同步带132驱动搅拌机座133旋转，继而带动搅拌杆134对料仓内粉料进行搅拌疏松。

进一步地，所述粉料输送系统12和粉料搅拌系统13采用同轴线设计，将两套传动机构分布在同一空间的同一轴线上，即输送旋转中心和搅拌中心一致。在粉料输送过程中，可同时进行搅拌、疏松等工艺操作，传动部件小型化，结构紧凑合理。

进一步地，所述粉料输送系统12和粉料搅拌系统13兼容性好，适用于传输自由流动粉料与非自由流动粉料，在输送非自由流动粉料时，由于自身流动性特点，螺杆1242停止工作时，非自由流动粉料随即停止流动；在输送自由流动粉料时，利用粉料休止角，在螺杆1242底部安装旋转板1244，外接收集器1245，可实现在螺杆停止工作时，自由流动粉料随即停止流动，不会因为粉料流动性好或流动性差出现过流或堵塞问题。

进一步地，所述自由流动粉料与所述非自由流动粉料的简易判断方法为，用食指在粉料中按压抽出后，如果粉料覆盖按压孔，则为自由流动粉料，如果粉料保持按压孔，则为非自由流动粉料。

进一步地，所述卡盘14分别有上端卡座和下端卡座，上/下端卡座周向分别布置螺纹孔，上接所述一级料仓11的出料口，通过周向螺纹孔进行周向定位，下接所述粉料输送系统12的所述螺旋下料装置的量杯1243，通过周向螺纹孔进行周向定位。在不同使用场景、不同物料输送、更换不同规格的螺杆1242和量杯1243时，卡盘14均可兼容使用，且在安装时可辅助进行轴心定位。

进一步地，所述导流槽16与所述螺旋下料装置124的量杯1243通过法兰套15连接，所述导流槽16内置分流隔板161、分流隔板162和分流隔板163，三种分流隔板对称分布，根据流动性设置不同的倾斜角度，主要功能是将导流槽16圆形出料口a1的粉料均匀分布在长槽形区域内，以适应下一级供粉。

进一步地，所述二级料仓模块2包括二级料仓21、粉料破拱装置22、压板23、减震垫24和滑动翻盖25，所述二级料仓模块2固定于打印轴上，随轴进行移动供粉。

进一步地，所述二级料仓21呈长槽漏斗型，上端部为进料槽b0，与导流槽16圆形出料口a1相接，下端部为出料槽b1，所述二级料仓21底部通过压板23固定于打印轴上。

进一步地，为提高料仓内壁的平滑度，对内壁进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙等。所述二级料仓21材质可选不锈钢，当粉料为带磁性粉料时，所述二级料仓材质可选用奥氏体不锈钢材料。

进一步地，所述粉料破拱装置22包括第三驱动电机221、同步带传动222、传动轴223和破拱轮224，破拱轮224安装固定在传动轴223上，第三驱动电机221驱动传动轴223运动，继而带动破拱轮224在粉料内部进行旋转运动，以此来克服粉料内聚力，破坏拱形平衡，加速粉料流动性，实现均匀给料，保证下游计量准确性。为减小粉料搅拌过程中产生的振动影响，将所述二级料仓模块2通过减震垫24固定于打印轴上。

进一步地，所述二级料仓21作为中转仓，参考成形幅面、打印层厚和供粉比，可确定所述二级料仓21容量。例如，所述二级料仓21容量为V(L)时，若成形幅面为a×b(mm²)、打印层厚为m(mm)、供粉比为n：1，则每层供粉容积为a×b×m×n×10^-3(mL)，所述二级料仓21供粉可实现连续打印V×10³/(a×b×m×n×10^-3)即V×10⁶/(a×b×m×n)层。

进一步地，在所述二级料仓21供粉期间，所述一级料仓11可随时进行补粉操作，且不会对打印过程产生影响，可实现不停机续粉，提高供粉-打印效率。

进一步地，所述卸料模块3包括了卸料阀套31、定量卸料阀32和卸料传动系统33。

进一步地，所述卸料阀套31上下均设置有粉槽口，上槽口c0与所述二级料仓出料槽b1长度和宽度一致，并在Z方向上完全贴合，通过所述压板23将所述二级料仓21和所述卸料阀套31固定于打印轴上；下槽口c1为细长型开口，长度与上槽口c0保持一致，宽度根据供粉速率设计，此处宽度为可取4-6(mm)，可结合打印轴移动速率对供粉量进行调节。所述卸料阀套31左右各有法兰端面，中部为圆形通道，便于将所述定量卸料阀32整体装入与拆卸。

进一步地，所述定量卸料阀32为具有供粉和传动两项功能的台阶轴，最大轴径的轴段上均匀分布了八处等容的扇形料室，该八处扇形料室与所述卸料阀套31内壁共构建了八个定量料室，相邻料室之间有厚h(mm)的隔板(h一般可取值3-6mm)，隔板末端进行对称倒角，减小了料室隔板与所述卸料阀套31内壁的干摩擦。扇形料室容积与数量可根据每层供粉量和供粉速率进行灵活调节。

进一步地，所述卸料传动系统33包括第四驱动电机331、同步带传动332和卸料转轴333，所述卸料转轴333即为所述定量卸料阀32，传动比为2：1，第四驱动电机331通过同步带332驱动卸料转轴333进行顺时针或者逆时针旋转。粉料从所述卸料阀套31的上槽口c0进入，随即填满定量料室，所述卸料传动系统33将充满粉料的定量料室由上槽口c0旋转至下槽口c1处，料室内粉料经由下槽口c1落于成形平台上，随即铺粉辊进行铺展平滑。

进一步地，在所述卸料阀套31内壁和扇形定量料室内壁均进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙，避免粉料挂壁，提高计量准确性。

进一步地，所述定量供粉装置在供粉过程中均设置有料位预警，所述一级料仓模块1内置粉位预警传感器，高低位各有一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示所述一级料仓11需要补粉，当粉位升至高料位时提示停止所述一级料仓11补粉；所述二级料仓模块2内置粉位预警传感器，高位设置两只料位传感器，低位设置一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示启动所述一级料仓11进行补粉，当粉位升至高粉位时提示停止所述一级料仓11补粉。

进一步地，所述一级料仓模块1补料装置包括手动方式和自动方式，手动方式即为通过粉瓶滑槽将粉瓶滑进进料口正上方，粉瓶滑槽可对粉瓶进行轴向锁定，自动方式即为外接大型储粉仓，利用真空泵或螺旋机补充粉料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该定量供粉装置全程沿重力方向进行供粉和卸料，粉料输送过程流畅且可控，可实现不停机续粉，避免因粉料不足延长打印周期，造成打印废件增多，同时供粉装置可兼容自由流动粉料和非自由流动粉料；

2.料室紧密分布和定量料室的不间断循环供粉，可实现定量、无间隔供粉，极大提高了粉料利用率，减小打印成本，缩短了打印件生产周期；

3.可实现随动供粉、按需定量多次、连续向成形平台供粉，避免了每层大量的粉堆预设量对已成形层产生重力分布影响，也不需要对粉堆进行整体推动，减少层偏移现象，提高打印质量；

4.该定量供粉装置由一级料仓模块、二级料仓模块额卸料模块组成，各模块之间相互独立又紧密配合，结构布局紧凑，各模块独立安装，可操作性强，便于整体维护与单独拆装。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明的一级料仓模块结构示意图；

图3为本发明的一级料仓模块粉料输送与搅拌装置示意图；

图4为本发明的一级料仓模块螺旋下料装置示意图；a.非自由流动粉料 b.自由流动粉料

图5为本发明的一级料仓模块导流槽结构示意图；

图6为本发明的二级料仓模块结构示意图；

图7为本发明的卸料模块结构示意图；

图8为本发明的一级料仓模块粉位变化示意图；a.低粉位预警 b.补粉过程中 c.高粉位预警

图9为本发明的二级料仓模块粉位变化示意图；a.低粉位预警 b.补粉过程中 c.高粉位预警

图10为本发明的卸料铺粉示意图。

图中编号所对应结构如下所示：

1一级料仓模块；11一级料仓；12粉料输送系统；121第一驱动电机；122联轴器传动；123传动轴；124螺旋下料装置；1241连接套；1242螺杆；1243量杯；1244旋转板；1245收集器；13粉料搅拌系统；131第二驱动电机；132同步带传动；133搅拌机座；134搅拌杆；14卡盘；15法兰套；16导流槽；2二级料仓模块；21二级料仓；22粉料破拱装置；221第三驱动电机；222同步带传动；223传动轴；224破拱轮；23压板；24减震垫；25滑动翻盖；3卸料模块；31卸料阀套；32定量卸料阀；33卸料传动系统；331第四驱动电机；332同步带传动；333卸料转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚和完整，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明不受实施例的限制。

请参阅图1的黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置三维结构示意图。本实施例提供一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置及方法，包括一级料仓模块1、二级料仓模块2和卸料模块3，所述定量供粉装置按功能划分为固定供粉仓、移动供粉仓和移动卸料仓，分别对应所述一级粉仓模块1、所述二级粉仓模块2和所述卸料模块3。所述一级料仓模块1独立支撑，包括一级料仓11、粉料输送系统12、粉料搅拌系统13、卡盘14、法兰套15和导流槽16，其中一级料仓11上部设置有进料口a0，导流槽16下部设置有圆形出料口a1；所述二级料仓模块2固定于打印轴上，包括二级料仓21、粉料破拱装置22、压板23、减震垫24和滑动翻盖25，其中二级料仓21上部宽长槽设置为进料槽b0，二级料仓下部细长槽设置为出料槽b1；所述卸料模块3固定于打印轴上，位于所述二级料仓模块2的出料口b1正下方，包括卸料阀套31、定量卸料阀32和卸料传动系统33，其中卸料模块3上部开口设置为上槽口c0，卸料模块3下部开口设置为下槽口c1。所述一级料仓模块1、二级料仓模块2和卸料模块3在Z方向上依次首尾相接，粉料经由一级料仓模块1、二级料仓模块2和卸料模块3即所述a0→a1→b0→b1→c0→c1最终落于成形平台上，以供后续铺粉打印。

请参阅图2和图3。所述一级料仓模块1包括一级料仓11、粉料输送系统12、粉料搅拌系统13、卡盘14、法兰套15和导流槽16。所述一级料仓11呈锥形漏斗，上端部为圆形进料口，下端部为圆形出料口，其顶部安装于料仓固定板下方环形槽内，通过均匀分布的吊钩螺丝进行紧固。结合料仓容积和粉料流动性要求，料仓锥体倾角取55-65度，内壁进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙等。一级料仓11材质可选不锈钢，当粉料为带磁性粉料时，所述一级料仓11可选用奥氏体不锈钢材料，可在仓壁上拼接透明塑料板，方便实时查看料仓内粉料高度。

具体地，所述粉料输送系统12包括第一驱动电机121、联轴器传动122、传动轴123和螺旋下料装置124，第一驱动电机121通过联轴器122驱动传动轴123旋转。所述粉料搅拌系统13包括第二驱动电机131、同步带传动132、搅拌机座133和搅拌杆134，第二驱动电机131通过同步带132驱动搅拌机座133旋转，继而带动搅拌杆134对料仓内粉料进行搅拌疏松。所述粉料输送系统12和粉料搅拌系统13采用同轴线设计，将两套传动机构分布在同一空间的同一轴线上，即输送旋转中心和搅拌中心一致。在粉料输送过程中，可同时进行搅拌、疏松等工艺操作，传动部件小型化，结构紧凑合理。

请参阅图4和图5。所述螺旋下料装置124包括连接套1241、螺杆1242、量杯1243、旋转盘1244和收集器1245。所述传动轴123经由连接套1241，将动力传递至螺杆1242上，连接套1241通过螺钉锁定传动轴123，通过L型插槽啮合所述螺杆1242，可实现在无视野情况下方便拆卸螺杆1242进行清理或更换。所述导流槽16与所述螺旋下料装置124的所述量杯1243通过法兰套15连接，所述导流槽16内置导流隔板161、导流隔板162、导流隔板163，三种分流隔板对称分布，主要功能是将导流槽16圆形出料口a1的粉料均匀分布在所述二级料仓21的长槽形区域内，根据粉料流动特性，所述导流隔板161、导流隔板162、导流隔板163通过角度和长度设计实现了粉料覆盖区域要求。

具体地，所述卡盘14分别有上端卡座和下端卡座，上/下端卡座周向分别布置螺纹孔，上接所述一级料仓11的出料口，通过周向螺纹孔进行周向定位，下接所述粉料输送系统12的所述螺旋下料装置的量杯1243，通过周向螺纹孔进行周向定位。在不同使用场景、不同物料输送、更换不同规格的螺杆1242和量杯1243时，卡盘14均可兼容使用，且在安装时可辅助进行轴心定位。

具体地，在一定转速下，同种规格螺杆1242单位时间内输送量稳定，同时通过调节下料转速和螺杆1242规格，可以满足不同工况下对粉料输送量的要求。所述粉料输送系统12和粉料搅拌系统13兼容性好，适用于传输自由流动粉料与非自由流动粉料，在输送非自由流动粉料时，由于自身流动性特点，螺杆1242停止工作时，非自由流动粉料随即停止流动；在输送自由流动粉料时，利用粉料休止角，在螺杆1242底部安装旋转板1244，外接收集器1245，可实现在螺杆停止工作时，自由流动粉料随即停止流动，不会因为粉料流动性好或流动性差出现过流或堵塞问题。

具体地，所述自由流动粉料与所述非自由流动粉料的简易判断方法为，用食指在粉料中按压抽出后，如果粉料覆盖按压孔，则为自由流动粉料，如果粉料保持按压孔，则为非自由流动粉料。

请参阅图6。所述二级料仓模块2包括二级料仓21、粉料破拱装置22、压板23、减震垫24和滑动翻盖25，所述二级料仓模块2固定于打印轴上，随轴进行移动供粉。所述二级料仓21呈长槽漏斗型，上端部为进料槽b0，与导流槽16圆形出料口a1相接，下端部为出料槽b1，所述二级料仓21底部通过压板23固定于打印轴上。所述粉料破拱装置22包括第三驱动电机221、同步带传动222、传动轴223和破拱轮224，破拱轮224安装固定在传动轴223上，第三驱动电机221驱动传动轴223运动，继而带动破拱轮224在粉料内部进行旋转运动，以此来克服粉料内聚力，破坏拱形平衡，加速粉料流动性，实现均匀给料，保证下游计量准确性。为减小粉料搅拌过程中产生的振动影响，将所述二级料仓模块2通过减震垫24固定于打印轴上。在所述二级料仓21供粉期间，所述一级料仓11可随时进行补粉操作，且不会对打印过程产生影响，可实现不停机续粉，提高供粉-打印效率。

具体地，为提高料仓内壁的平滑度，对内壁进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙等。所述二级料仓21材质可选不锈钢，当粉料为带磁性粉料时，所述二级料仓材质可选用奥氏体不锈钢材料。

具体地，所述二级料仓21作为中转仓，参考成形幅面、打印层厚和供粉比，可确定所述二级料仓21容量。例如，所述二级料仓21容量为V(L)时，若成形幅面为a×b(mm²)、打印层厚为m(mm)、供粉比为n：1，则每层供粉容积为a×b×m×n×10^-3(mL)，所述二级料仓21供粉可实现连续打印V×10³/(a×b×m×n×10^-3)即V×10⁶/(a×b×m×n)层。

请参阅图7。所述卸料模块3包括了卸料阀套31、定量卸料阀32和卸料传动系统33。所述卸料阀套31上下均设置有粉槽口，上槽口c0与所述二级料仓出料槽b1长度和宽度一致，并在Z方向上完全贴合，通过所述压板23将所述二级料仓21和所述卸料阀套31固定于打印轴上；下槽口c1为细长型开口，长度与上槽口c0保持一致，宽度根据供粉速率设计，此处宽度为可取4-6(mm)，可结合打印轴移动速率对供粉量进行调节。所述卸料阀套31左右各有法兰端面，中部为圆形通道，便于将所述定量卸料阀32整体装入与拆卸。所述定量卸料阀32为具有供粉和传动两项功能的台阶轴，最大轴径的轴段上均匀分布了八处等容的扇形料室，该八处扇形料室与所述卸料阀套31内壁共构建了八个定量料室，相邻料室之间有厚h(mm)的隔板(h一般可取值3-6mm)，隔板末端进行对称倒角，减小了料室隔板与所述卸料阀套31内壁的干摩擦。扇形料室容积与数量可根据每层供粉量和供粉速率进行灵活调节。

具体地，所述卸料传动系统33包括第四驱动电机331、同步带传动332和卸料转轴333，所述卸料转轴333即为所述定量卸料阀32，传动比为2：1，第四驱动电机331通过同步带332驱动卸料转轴333进行顺时针或者逆时针旋转。粉料从所述卸料阀套31的上槽口c0进入，随即填满定量料室，所述卸料传动系统33将充满粉料的定量料室由上槽口c0旋转至下槽口c1处，料室内粉料经由下槽口c1落于成形平台上，随即铺粉辊进行铺展平滑，实现了按需定量、多次、连续向成形平台供粉。

具体地，在所述卸料阀套31内壁和扇形定量料室内壁均进行抛光处理或内衬光滑材料，如喷涂铁氟龙，避免粉料挂壁，提高计量准确性。

请参阅图8和图9。所述定量供粉装置在供粉过程中均设置有料位预警，所述一级料仓模块1内置粉位预警传感器，高低位各有一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示所述一级料仓11需要补粉，当粉位升至高料位时提示停止所述一级料仓11补粉；所述二级料仓模块2内置粉位预警传感器，高位设置两只料位传感器，低位设置一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示启动所述一级料仓11进行补粉，当粉位升至高粉位时提示停止所述一级料仓11补粉。

具体地，所述一级料仓模块1补料装置包括手动方式和自动方式，手动方式即为通过粉瓶滑槽将粉瓶滑进进料口正上方，粉瓶滑槽可对粉瓶进行轴向锁定，自动方式即为外接大型储粉仓，利用真空泵或螺旋机补充粉料。

具体地，所述定量供粉方法包括：开机料位预警，若所述一级料仓11和所述二级料仓12粉位处于低料位，料位传感器提示进行补料操作。开启补料装置的同时，开启所述一级料仓模块1的所述粉料搅拌系统13，以一定速度进行搅动和疏松所述一级料仓11的内部粉料，当所述一级料仓11高料位信号反馈已至高料位时，关闭补料装置，所述一级料仓模块1的所述粉料搅拌系统13继续搅拌动作3秒后停止搅拌。至此，所述一级料仓11补粉结束。

具体地，当所述一级料仓11装入预定量的粉料后，打印轴移动至所述二级料仓21补料工位，即所述二级料仓21进料口b0移动至所述一级料仓模块1的所述导流槽16圆形出料口a1正下方，此时所述二级料仓模块1的所述滑动翻盖25在外力作用下已自动打开。开启所述一级料仓模块1的所述粉料搅拌系统13，以搅动所述一级料仓11内部粉料，避免出现粉料结块、空穴和搭桥现象影响流动性，3秒后开启所述一级料仓模块1的所述粉料输送系统12，同时开启所述二级料仓模块2的所述破拱装置22，所述一级料仓11内部的粉料经由输送通道进入所述二级料仓21内，直至所述二级料仓21内任一高料位传感器信号反馈已至高料位，关闭所述一级料仓模块1的所述粉料输送系统12，3秒后关闭所述一级料仓模块1的所述粉料搅拌系统13。至此，所述二级料仓21补粉结束。

具体地，当所述二级料仓21装入预定量的粉料后，打印轴移动至打印起始工位，此时所述二级料仓模块2的所述滑动翻盖25已关闭。开启所述二级料仓模块2的所述破拱装置22，以加快内部粉料流动，所述卸料模块3顺时针或逆时针旋转一周后归坐标原点，将粉料充满定量料室，准备铺粉打印。当打印指令开始时，按照设定的铺粉参数，载有所述二级料仓模块2、所述卸料模块3和铺粉模块的打印轴沿铺粉方向移动，所述卸料模块3的所述定量卸料阀32以预设速率进行旋转，将扇形等量料室内的粉料均匀落于成形区域，其后紧跟的铺粉辊以逆时针旋转将成形区域内的粉料均匀化、平滑化，随后黏结剂喷射完成一层打印，如此循环往复。请参阅图10。

具体地，在打印过程中，当所述二级料仓21的低料位传感器信号反馈时，提示及时对所述二级料仓21进行补粉，此时打印轴完成当前打印层后归二级料仓补料工位，按照二级料仓补粉操作进行补粉，直至所述二级料仓21的任一高料位传感器信号反馈时，停止补粉。随后打印系统继续按照打印指令重复以上卸料、铺粉和打印步骤；期间，二级料仓补料过程中，操作人员检查喷头状态，确认喷头可正常进行打印。

具体地，当所述一级料仓模块1的低料位传感器信号反馈时，提示及时对所述一级料仓11进行补粉，可在打印过程中开启补粉装置，直至所述一级料仓模块1的高料位传感器信号反馈时，停止补粉装置。因一级料仓模块1与其他模块相互独立，一级料仓补料操作不会对打印过程产生影响，极大提高了打印效率，缩短了制件生产周期。

所述定量供粉装置可实现螺旋下料、粉料输送导流、搅拌破拱和粉位预警功能；所述定量供粉方法可实现随动供粉、按需定量、多次、连续向成形平台供粉，与铺粉装置协同配合，能实现不停机续粉，可借助重力卸料，不需要对粉料进行整体推动，从而提高了打印质量，缩短打印件生产周期，降低打印成本。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种黏结剂喷射型3D打印系统的定量供粉装置，其特征在于：包括一级粉仓模块、二级粉仓模块和卸料模块；所述一级料仓模块独立支撑，包括一级料仓、粉料输送系统、粉料搅拌系统、卡盘、法兰套和导流槽，其中一级料仓上部设置有进料口a0，导流槽下部设置有圆形出料口a1；所述二级料仓模块固定于打印轴上，包括二级料仓、粉料破拱装置、压板、减震垫和滑动翻盖，所述二级料仓上端部为进料槽b0，与导流槽圆形出料口a1相接，下端部为出料槽b1；所述卸料模块固定于打印轴上，位于所述二级料仓模块的出料槽正下方，包括卸料阀套、定量卸料阀和卸料传动系统，其中卸料模块上部开口设置为上槽口c0，卸料模块下部开口设置为下槽口c1；所述一级料仓模块、二级料仓模块和卸料模块在Z方向上依次首尾相接，粉料经由一级料仓模块、二级料仓模块和卸料模块、即所述a0→a1→b0→b1→c0→c1最终落于成形平台上，以供后续铺粉打印。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述一级料仓顶部安装于料仓固定板下方环形槽内，通过均匀分布的吊钩螺丝进行紧固；料仓锥体倾角取55-65度，内壁进行抛光处理或内衬光滑材料；所述粉料输送系统包括第一驱动电机、联轴器传动、传动轴和螺旋下料装置，第一驱动电机通过联轴器驱动传动轴旋转；所述粉料搅拌系统包括第二驱动电机、同步带传动、搅拌机座和搅拌杆，第二驱动电机通过同步带驱动搅拌机座旋转，继而带动搅拌杆对料仓内粉料进行搅拌疏松；所述粉料输送系统和所述粉料搅拌系统采用同轴线设计，输送旋转中心和搅拌中心轴一致。

3.根据权利要求书1所述装置，其特征在于：

所述螺旋下料装置包括连接套、螺杆、量杯、旋转盘和收集器；所述粉料输送系统的所述传动轴经由连接套，将动力传递至螺杆上，连接套通过螺钉锁定传动轴，通过L型插槽啮合所述螺杆；所述卡盘分别有上端卡座和下端卡座，上/下端卡座周向分别布置螺纹孔，上接一级料仓出料口，通过周向螺纹孔进行周向定位，下接所述螺旋下料装置的所述量杯，通过周向螺纹孔进行周向定位；

所述导流槽与所述螺旋下料装置的所述量杯通过法兰套连接，所述导流槽内置分流隔板，三种分流隔板对称分布，根据流动性设置不同的倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述二级料仓呈长槽漏斗型，上端部为进料槽b0，与导流槽圆形出料口a1相接，下端部为出料槽b1，所述二级料仓底部通过压板固定于打印轴上，所述二级料仓模块通过减震垫固定于打印轴上；对所述二级料仓内壁进行抛光处理或内衬光滑材料，提高料仓内粉料流动性；所述粉料破拱装置包括第三驱动电机、同步带传动、传动轴和破拱轮，破拱轮安装固定在传动轴上，第三驱动电机驱动传动轴运动，继而带动破拱轮在粉料内部进行旋转运动。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述卸料阀套上下均设置有粉槽口，上槽口c0与所述二级料仓出料槽b1长度和宽度一致，并在Z方向上完全贴合，通过所述压板将所述二级料仓和所述卸料阀套固定于打印轴上；下槽口c1为细长型开口，长度与上槽口c0保持一致，宽度为4-6mm；所述卸料阀套左右各有法兰端面，中部为圆形通道，所述定量卸料阀可装入所述卸料阀套的圆形通道；

所述定量卸料阀为具有供粉和传动两项功能的台阶轴，最大轴径的轴段上均匀分布了八处等容的扇形料室，该八处扇形料室与所述卸料阀套内壁共构建了八个定量料室，相邻料室之间有厚h的隔板，h取值3-6mm；所述卸料传动系统包括第四驱动电机、同步带传动和卸料转轴，卸料转轴即为所述定量卸料阀，传动比为2：1，第四驱动电机通过同步带驱动卸料转轴进行顺时针或者逆时针旋转；粉料从卸料阀套的上槽口c0进入，随即填满定量料室，所述卸料传动系统将充满粉料的定量料室由上槽口c0旋转至下槽口c1处，料室内粉料经由下槽口c1落于成形平台上，随即铺粉辊进行铺展平滑。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述定量供粉装置在供粉过程中均设置有料位预警，所述一级料仓模块内置粉位预警传感器，高低位各有一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示一级料仓需要补粉，当粉位升至高料位时提示停止给一级料仓补粉；所述二级料仓模块内置粉位预警传感器，高位设置两只料位传感器，低位设置一只料位传感器，当粉位降至低料位时提示启动一级料仓进行补粉，当粉位升至高粉位时提示关闭一级料仓停止补粉。

7.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括：

开机料位预警，若一级料仓和二级料仓粉位处于低料位，料位传感器提示进行补料操作；开启补料装置的同时，开启一级料仓搅拌系统，搅动和疏松一级料仓的内部粉料，当一级料仓高料位信号反馈已至高料位时，关闭补料装置，所述一级料仓搅拌系统继续搅拌动作3秒后停止搅拌；至此，所述一级料仓补粉结束；

当所述一级料仓装入预定量的粉料后，打印轴移动至二级料仓补料工位，即所述二级料仓进料口b0移动至所述一级料仓模块的所述导流槽圆形出料口a1正下方，此时所述二级料仓模块的所述滑动翻盖在外力作用下已自动打开；开启所述一级料仓模块的所述搅拌系统，以搅动所述一级料仓内部粉料，避免出现粉料结块、空穴和搭桥现象影响流动性，3秒后开启所述一级料仓模块的所述粉料输送系统，同时开启所述二级料仓模块的所述破拱装置，所述一级料仓内部的粉料经由输送通道进入所述二级料仓内，直至二级料仓内任一高料位传感器信号反馈已至高料位，关闭所述一级料仓模块的粉料输送系统，3秒后关闭一级料仓模块的所述搅拌系统；至此，所述二级料仓补粉结束；

当所述二级料仓装入预定量的粉料后，打印轴移动至打印起始工位，此时所述二级料仓模块的所述滑动翻盖已关闭；开启所述二级料仓模块的破拱装置，以加快内部粉料流动，所述卸料模块顺时针或逆时针旋转一周后归坐标原点，将粉料充满所述定量料室，准备铺粉打印；当打印指令开始时，按照设定的铺粉参数，载有二级料仓模块、卸料模块和铺粉模块的打印轴沿铺粉方向移动，所述卸料模块的所述定量卸料阀以预设速率进行旋转，将扇形等量料室内的粉料均匀落于成形区域，其后紧跟的铺粉辊以逆时针旋转将成形区域内的粉料均匀化、平滑化，随后黏结剂喷射完成一层打印，如此循环往复；

在打印过程中，当所述二级料仓的低料位传感器信号反馈时，提示及时对所述二级料仓进行补粉，此时打印轴完成当前打印层后归二级料仓补料工位，按照二级料仓补粉操作进行补粉，直至所述二级料仓的任一高料位传感器信号反馈时，停止补粉；随后打印系统继续按照打印指令重复以上卸料、铺粉和打印步骤；期间，二级料仓补料过程中，操作人员检查喷头状态，确认喷头可正常进行打印；

当所述一级料仓模块的低料位传感器信号反馈时，提示及时对所述一级料仓进行补粉，可在打印过程中开启补粉装置，直至所述一级料仓模块的高料位传感器信号反馈时，停止补粉装置。

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