CN116652216A - 一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置及其送粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，包括工作台、储粉机构、铺粉机构、成型缸、支架、上下平移机构和前后平移机构，储粉机构含储粉仓，储粉仓由前后两块侧板和左右两块端板围成且在下端形成出粉口，储粉仓内设四个由单独挡板驱动机构推动左右平移的可调挡板，四个可调挡板与两块侧板形成两个仓体；储粉机构包括位于出粉口正下方的接粉轴，铺粉机构包括位于接粉轴正下方的铺粉轴，接粉轴和铺粉轴均设用于接粉的凹槽。还涉及一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置的送粉方法。本发明打印两个材料相同或不同、形状相同或不同的零件，提高生产效率，属于粘结剂喷射3D打印领域。

Description

一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉 装置及其送粉方法

技术领域

本发明涉及粘结剂喷射3D打印领域，具体涉及一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置及其送粉方法。

背景技术

粘结剂喷射3D打印是计算机根据软件中的模型数据，将成型金属粉末层层堆叠，每层之间采用液态粘结剂粘结，最后烧结成型最终零件的增材制造技术。具有成型效率高，可用材料种类多，成本低等优点。

现有的送粉装置包括工作台、储粉机构、铺粉机构、成型缸、支架和前后平移机构，成型缸设置在工作台的中央，储粉机构和铺粉机构设置在支架上，支架通过前后平移机构相对于工作台前后平移从而带动储粉机构和铺粉机构进入和离开成型缸，储粉机构在铺粉机构的上方，一般储粉机构包括一个储粉仓，储粉仓设有沿左右方向延伸的出粉口，储粉仓包括一个接粉轴，铺粉机构包括一个接粉轴，接粉轴和铺粉轴分别对应设置一个沿着左右方向延伸的凹槽，使用时储粉机构的粉末会落到接粉轴的凹槽里，在通过接粉轴的旋转，粉末再传递到铺粉轴的凹槽里，支架带动储粉机构和铺粉机构进入成型缸完成一次铺粉。

目前国内的粘结剂喷射打印装置的送粉机构大多都不可调节送粉的出粉口宽度，只能每层都铺满整个成型缸，不仅增加了金属粉末的消耗量，而且还增加了清理金属粉末的时间，每次只能打印相同材料的一个产品构件，效率非常低。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置及其送粉方法，可同时打印两个材料相同或不同、形状相同或不同的产品构件，提高了生产效率和经济效益。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，包括工作台、储粉机构、铺粉机构、成型缸、支架、上下平移机构和前后平移机构，工作台的中部设置成型缸，成型缸通过上下平移机构升降，储粉机构和铺粉机构均安装在支架上，且储粉机构在铺粉机构的上方，支架通过前后平移机构相对于工作台前后平移，从而带动铺粉机构进入或离开成型缸，储粉机构包括储粉仓，储粉仓由前后两块侧板和左右两块端板围成且在下端形成一个延伸整个左右方向的出粉口，储粉仓内部设置四个由单独挡板驱动机构推动左右平移的可调挡板，沿着左右方向一一排列的四个可调挡板与端板形状相同，四个可调挡板与两块侧板形成两个可调节大小的仓体；储粉机构包括位于出粉口正下方的接粉轴，铺粉机构包括位于接粉轴正下方的铺粉轴，接粉轴和铺粉轴均设置沿左右方向延伸的凹槽，凹槽用于接粉。

作为一种优选，储粉仓的端板为漏斗形；在储粉仓的中部左右对称的设置两块固定板，分别为第一固定板和第二固定板；四个可调挡板分别为第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板；第一挡板、第二挡板和两块侧板形成左仓体；第三挡板、第四挡板和两块侧板形成右仓体；挡板驱动机构为电动推杆，驱动第一挡板的电动推杆安装在左侧板上，驱动第二挡板的电动推杆穿过第一固定板的通孔且安装在第二固定板上，驱动第三挡板的电动推杆穿过第二固定板的通孔且安装在第一固定板上，驱动第四挡板的电动推杆安装在右侧板上。

作为一种优选，铺粉机构包括壳体、红外灯和用于铺平金属粉末的辊子；红外灯设置于壳体内侧前部，红外灯的高度高于辊子且低于铺粉轴，铺粉轴通过驱动电机驱动转动。

作为一种优选，电动推杆包括直流往复电机，电动推杆的控制逻辑为计算机-PLC-直流往复电机，计算机与PLC控制系统通信连接，PLC控制系统与直流往复电机电连接。

作为一种优选，凹槽宽度大于出粉口宽度。

作为一种优选，接粉轴通过联轴器与步进电机连接。

作为一种优选，第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板分别采用法兰与电动推杆连接，法兰是条状结构，法兰的长度方向沿着上下方向设置。

作为一种优选，红外灯外设置灯罩。

作为一种优选，前后平移机构包括导轨，支架的下端沿着导轨前后平移。

一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置的送粉方法，送粉装置包括以下步骤：

(1)计算机读取软件里的模型放置位置，由PLC控制系统启动电动推杆，在第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板到达指定位置时停止，之后将粉末倒入仓体中，金属粉末落到接粉轴的对应的凹槽上；

(2)打开红外灯，支架通过前后平移机构相对于工作台平移，带动铺粉机构进入成型缸上方，到达成型缸对应位置时停止，启动步进电机，接粉轴转动后将凹槽上的金属粉末倒入铺粉轴的凹槽上，启动驱动电机，铺粉轴转动后将凹槽上的金属粉末落在成型缸对应的位置上；

(3)铺粉机构继续向前移动的同时，辊子转动铺平铺在成型缸上的金属粉末，直到铺粉机构到成型缸的终止位置，铺粉机构复位，完成一次铺粉过程；

(4)待粘结剂喷射完成后，成型缸下移一个单位的尺寸距离，再重复步骤(1)-(3)，直到按照程序完成3D打印成型。

本发明的原理是：本发明通过PLC控制储粉仓四个电动推杆的推杆行程，从而实现2个仓体的宽度调节，进而对应调节出粉口宽度实现调节出粉量，通过接粉轴的凹槽进行接粉，接粉轴转动再将金属粉末转送给铺粉轴的凹槽，铺粉机构在成型缸上指定的位置上通过铺粉轴的转动将其凹槽里的金属粉末铺至成型缸上对应的零件位置上，辊子再进行铺平，同时铺粉机构的红外灯在铺粉机构最前端烘干前一层的粘接剂，从而完成一次铺粉，依次重复上述步骤，从而完成整个模型的3D打印成型。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.本发明的送粉装置的储粉机构包括2个可调节宽度的出粉口的仓体，实现自动调节送粉铺粉的宽度，节约了成型的材料，减少成本，提高了成型效率和经济效益。

2.本发明可以在左仓体和右仓体放置相同材料的金属粉末，同时打印两种相同材料的相同形状或不同形状的零件，也可以在左仓体和右仓体放置不同材料的金属粉末，同时打印两种不同材料的相同形状或不同形状的零件，解决了大部分机器只能同时打印一种零件的问题，不需要频繁换粉清粉，缩减了清理金属粉末的时间，大大减少了打印时间，提高了生产效率和经济效益。

3.本发明采用PLC控制，能提高铺粉位置的精确度，减少人工调节的误差。对于不同零件的打印只需要在计算机中导入零件数据就可以实现宽度和位置的自动调整，方便快捷。

4.本发明的储粉仓中间的第一固定板和第二固定板的空间位置可以容纳电动推杆，增加可调挡板的平移距离，使出粉口的出粉宽度范围更大；同时也可以避免在左仓体和右仓体里的不同材料金属粉末的相互混合，避免了不必要的零件问题(例如因为材料混用引起的零件外观颜色混淆、零件材料混用引起的零件内外部受力问题)。

5.本发明铺粉机构前端的红外灯可以用于烘干前一层的粘接剂，提高了成型的速度，解决了粘接剂可能会粘在铺粉辊子上的问题。

6.本发明的接粉轴紧贴着出粉口，通过接粉轴上的凹槽的精准对接接粉口，同时凹槽宽度大于出粉口宽度，通过接粉轴的旋转实现凹槽的精准接粉，使金属粉末不会随意散落而污染送粉装置；凹槽的设置也使接粉和铺粉的对接过程精准连贯，不容易出现卡粉、掉粉现象。

7.本发明的步进电机能够通过控制电机驱动电流和脉冲数等参数来实现高精度位置控制，使接粉轴的周向定位更精准。

8.本发明的法兰采用条状结构，加大了法兰与电动推杆的接触面积，使电动推杆推动可调挡板的过程中受力均匀，推动过程更顺畅和稳定。

附图说明

图1为本发明的送粉装置的结构示意图。

图2为本发明的储粉仓以及铺粉机构装置侧视图。

图3为本发明的储粉仓内部结构示意图。

图4为本发明的电动推杆控制流程图。

其中，1为工作台，2为储粉仓，3为铺粉机构，4为成型缸，5为第一挡板，6为电动推杆，7为接粉轴，8为铺粉轴，9为辊子，10为红外灯，11为前后平移机构，12为步进电机，13为联轴器，14为支架，15为法兰，16为第二挡板，17为第一固定板，18为第二固定板，19为第三挡板，20为第四挡板。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，包括工作台、储粉机构、铺粉机构、成型缸、支架、上下平移机构和前后平移机构，工作台的中部设置成型缸，成型缸通过上下平移机构升降，储粉机构和铺粉机构均安装在支架上，且储粉机构在铺粉机构的上方，支架通过前后平移机构相对于工作台前后平移，从而带动铺粉机构进入或离开成型缸，储粉机构包括储粉仓，储粉仓由前后两块侧板和左右两块端板围成且在下端形成一个延伸整个左右方向的出粉口，出粉口的宽度为10mm，储粉仓内部设置四个由单独挡板驱动机构推动左右平移的可调挡板，沿着左右方向一一排列的四个可调挡板与端板形状相同，四个可调挡板与两块侧板形成两个可调节大小的仓体；储粉机构包括位于出粉口正下方的接粉轴，铺粉机构包括位于接粉轴正下方的铺粉轴，接粉轴和铺粉轴均设置沿左右方向延伸的凹槽，凹槽用于接粉。

储粉仓的端板为漏斗形；在储粉仓的中部左右对称的设置两块固定板，分别为第一固定板和第二固定板；四个可调挡板分别为第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板；第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板、第一固定板和第二固定板的形状面积与侧板的相同；第一挡板、第二挡板和两块侧板形成左仓体；第三挡板、第四挡板和两块侧板形成右仓体；挡板驱动机构为电动推杆，驱动第一挡板的电动推杆安装在左侧板上，驱动第二挡板的电动推杆穿过第一固定板的通孔且安装在第二固定板上，驱动第三挡板的电动推杆穿过第二固定板的通孔且安装在第一固定板上，驱动第四挡板的电动推杆安装在右侧板上。

电动推杆的极限距离为左仓体或右仓体的长度的一半。

铺粉机构包括壳体、红外灯和用于铺平金属粉末的辊子；红外灯设置于壳体内侧前部，红外灯的高度高于辊子且低于铺粉轴，铺粉轴通过驱动电机驱动转动。铺粉机构的宽度等于成型缸宽度。

电动推杆包括直流往复电机，电动推杆的控制逻辑为计算机-PLC-直流往复电机，计算机与PLC控制系统通信连接，PLC控制系统与直流往复电机电连接。

凹槽宽度大于出粉口宽度。凹槽类似于键槽形状。

接粉轴通过联轴器与步进电机连接。步进电机固定连接在支架上，步进电机能够通过控制电机驱动电流和脉冲数等参数来实现高精度位置控制，使接粉轴的周向定位更精准。

第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板分别采用法兰与电动推杆连接，法兰是条状结构，法兰的长度方向沿着上下方向设置。

电动推杆和法兰通过螺栓固定连接。

红外灯外设置灯罩。

前后平移机构包括导轨，支架的下端沿着导轨前后平移。导轨寿命更长，运动安稳，低速移动时不易出现爬行现象，定位精准。

成型缸为长方形。成型缸为长方形时铺粉成型过程中对称设置，更利于控制系统精准定位。

铺粉机构底部与工作台之间留有一小段距离。

在送粉开始之前，首先读取计算机软件里模型的位置，然后基于与计算机和电动推杆的驱动电机相连接的PLC控制系统控制电机同时启动工作，电动推杆向前后推进运动，在到达指定位置后电机停止工作，直到下次打印模型。

一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置的送粉方法，送粉装置包括以下步骤：

(1)计算机读取软件里的模型放置位置，由PLC控制系统启动电动推杆，在第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板到达指定位置时停止，之后将粉末倒入仓体中，金属粉末落到接粉轴的对应的凹槽上；

(2)打开红外灯，支架通过前后平移机构相对于工作台平移，带动铺粉机构进入成型缸上方，到达成型缸对应位置时停止，启动步进电机，接粉轴转动后将凹槽上的金属粉末倒入铺粉轴的凹槽上，启动驱动电机，铺粉轴转动后将凹槽上的金属粉末落在成型缸对应的位置上；

(3)铺粉机构继续向前移动的同时，辊子转动铺平铺在成型缸上的金属粉末，直到铺粉机构到成型缸的终止位置，铺粉机构复位，完成一次铺粉过程；

(4)待粘结剂喷射完成后，成型缸下移一个单位的尺寸距离，再重复步骤(1)-(3)，直到按照程序完成3D打印成型。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，包括工作台、储粉机构、铺粉机构、成型缸、支架、上下平移机构和前后平移机构，工作台的中部设置成型缸，成型缸通过上下平移机构升降，储粉机构和铺粉机构均安装在支架上，且储粉机构在铺粉机构的上方，支架通过前后平移机构相对于工作台前后平移，从而带动铺粉机构进入或离开成型缸，其特征在于：储粉机构包括储粉仓，储粉仓由前后两块侧板和左右两块端板围成且在下端形成一个延伸整个左右方向的出粉口，储粉仓内部设置四个由单独挡板驱动机构推动左右平移的可调挡板，沿着左右方向一一排列的四个可调挡板与端板形状相同，四个可调挡板与两块侧板形成两个可调节大小的仓体；储粉机构包括位于出粉口正下方的接粉轴，铺粉机构包括位于接粉轴正下方的铺粉轴，接粉轴和铺粉轴均设置沿左右方向延伸的凹槽，凹槽用于接粉。

2.按照权利要求1所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：储粉仓的端板为漏斗形；在储粉仓的中部左右对称设置两块固定板，分别为第一固定板和第二固定板；四个可调挡板分别为第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板；第一挡板、第二挡板和两块侧板形成左仓体；第三挡板、第四挡板和两块侧板形成右仓体；挡板驱动机构为电动推杆，驱动第一挡板的电动推杆安装在左侧板上，驱动第二挡板的电动推杆穿过第一固定板的通孔且安装在第二固定板上，驱动第三挡板的电动推杆穿过第二固定板的通孔且安装在第一固定板上，驱动第四挡板的电动推杆安装在右侧板上。

3.按照权利要求1所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：铺粉机构包括壳体、红外灯和用于铺平金属粉末的辊子；红外灯设置于壳体内侧前部，红外灯的高度高于辊子且低于铺粉轴，铺粉轴通过驱动电机驱动转动。

4.按照权利要求2所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：电动推杆包括直流往复电机，电动推杆的控制逻辑为计算机-PLC-直流往复电机，计算机与PLC控制系统通信连接，PLC控制系统与直流往复电机电连接。

5.按照权利要求3所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：凹槽宽度大于出粉口宽度。

6.按照权利要求1所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：接粉轴通过联轴器与步进电机连接。

7.按照权利要求2或4所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板分别采用法兰与电动推杆连接，法兰是条状结构，法兰的长度方向沿着上下方向设置。

8.按照权利要求3所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：红外灯外设置灯罩。

9.按照权利要求1所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：前后平移机构包括导轨，支架的下端沿着导轨前后平移。

10.一种适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置的送粉方法，采用权利要求1～9中任一项所述的适用于粘结剂喷射增材制造的多材料、幅面可调的送粉装置，其特征在于：包括以下步骤：

(1)计算机读取软件里的模型放置位置，由PLC控制系统启动电动推杆，在第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板到达指定位置时停止，之后将粉末倒入仓体中，金属粉末落到接粉轴的对应的凹槽上；

(2)打开红外灯，支架通过前后平移机构相对于工作台平移，带动铺粉机构进入成型缸上方，到达成型缸对应位置时停止，启动步进电机，接粉轴转动后将凹槽上的金属粉末倒入铺粉轴的凹槽上，启动驱动电机，铺粉轴转动后将凹槽上的金属粉末落在成型缸对应的位置上；

(3)铺粉机构继续向前移动的同时，辊子转动铺平铺在成型缸上的金属粉末，直到铺粉机构到成型缸的终止位置，铺粉机构复位，完成一次铺粉过程；

(4)待粘结剂喷射完成后，成型缸下移一个单位的尺寸距离，再重复步骤(1)-(3)，直到按照程序完成3D打印成型。