CN117102516A - 无接触刮刀铺粉方法、装置及增材制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无接触刮刀铺粉方法、装置及增材制造设备。无接触刮刀铺粉方法包括：下料控制系统将供粉舱内的粉末散落到成形平台上；将散落在成形平台上粉末均匀地摊铺在成形平台，使成形平台形成有厚度为L1的平整的粉末层；回收吸粉装置对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台形成有厚度为L2的平整的粉末层；L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。本发明的刮刀组件与成形平台的间距达到单层打印厚度的5倍以上，实现了无接触铺粉，避免了刮刀在铺粉时与零件表面发生干涉而导致零件变形、破损的情况发生，提高了零件成形的质量，有效缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种无接触刮刀铺粉方法、装置及增材制造设备。
背景技术
近几年，金属3D激光打印技术在国内得到迅速发展，具有巨大的经济效益，广泛应用于航空航天、机械制造、汽车制造、航海和石油化工等领域。激光选区熔化又是增材制造的典型代表，现有技术通常是通过接触式刮刀或铺粉滚装置来进行铺粉，进行铺粉时，先将刮刀与成形平台之间的间距控制为打印厚度，然后控制刮刀水平移动刮除多余的粉末，从而保证成形平台的粉末层厚度满足打印工艺要求。然而，由于刮刀与成形平台之间的间距仅为打印厚度，二者之间的间距很小，刮刀在铺粉过程中会和零件成形表面的翘曲部位直接接触而发生干涉，从而导致零件变形、破损，造成零件质量下降甚至报废。
发明内容
本发明所要所要解决的技术问题在于提供一种无接触刮刀铺粉方法、装置及增材制造设备，可以避免刮刀在铺粉过程中与零件表面发生干涉而导致零件变形、破损的情况发生。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：
一种无接触刮刀铺粉装置，其包括有供粉舱、下料控制系统、刮刀组件、回收吸粉装置及控制系统，供粉舱用于存储粉末材料；下料控制系统设置于所述供粉舱底部的出口处，用于将所述供粉舱内的粉末散落到成形平台上；刮刀组件设置于所述供粉舱外侧，用于将散落在成形平台上粉末均匀地摊铺在成形平台上，使成形平台上形成有厚度为L1的平整的粉末层；回收吸粉装置设置于所述供粉舱外侧，且刮刀组件、回收吸粉装置设置于所述供粉舱同一侧，刮刀组件位于所述供粉舱底部的出口与所述回收吸粉装置的吸粉口之间，所述回收吸粉装置用于对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台上形成有厚度为L2的平整的粉末层；控制系统分别与下料控制系统、回收吸粉装置通讯连接，用于对下料控制系统、回收吸粉装置进行控制；其中，L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。
一种增材制造设备，其特征在于，所述增材制造设备包括有上述的无接触刮刀铺粉装置。
一种无接触刮刀铺粉方法，其应用于上述的无接触刮刀铺粉装置，所述无接触刮刀铺粉方法包括以下步骤：S10、下料控制系统将供粉舱内的粉末散落到成形平台上；S20、刮刀组件将散落在成形平台上粉末均匀地摊铺在成形平台，使成形平台形成有厚度为L1的平整的粉末层；S30、回收吸粉装置对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台形成有厚度为L2的平整的粉末层；其中，L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。
本发明的有益技术效果在于：上述的无接触刮刀铺粉方法、装置，先利用刮刀组件将散落在成形平台上粉末均匀平整地摊铺在成形平台上，再利用回收吸粉装置将经过刮刀组件摊铺平整的粉末层回收设定层厚的粉末，从而使最终铺粉厚度满足设备的打印要求，由于刮刀组件与成形平台之间的间距达到单层打印厚度的5倍以上，即使成形零件发生翘曲变形，刮刀组件也不会与成形零件发生直接接触，避免了刮刀在铺粉过程中与零件表面发生干涉而导致零件变形、破损的情况发生，提高了零件成形的质量，有效地缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的无接触刮刀铺粉装置的结构示意图；
图2为本发明的无接触刮刀铺粉装置的铺粉状态示意图；
图3为本发明的无接触刮刀铺粉方法的流程示意图。
附图标记说明：
10、供粉舱；20、下料控制系统；30、刮刀组件；31、刮刀；32、装夹机构；40、回收吸粉装置；41、吸粉口；50、在线监控系统；100、成形平台。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1所示，在本发明一个实施例中，无接触刮刀铺粉装置包括有供粉舱10、下料控制系统20、刮刀组件30、回收吸粉装置40和控制系统。所述供粉舱10用于存储粉末材料，以提供铺粉粉末；所述下料控制系统20设置于所述供粉舱10底部的出口11处，用于将所述供粉舱10内的粉末散落到成形平台上；所述刮刀组件30设置于所述供粉舱10外侧，用于将散落在成形平台上粉末均匀地摊铺在成形平台上；所述回收吸粉装置40设置于所述供粉舱10外侧，且刮刀组件30、回收吸粉装置40设置于所述供粉舱10同一侧，刮刀组件30位于所述供粉舱10底部的出口11与所述回收吸粉装置40的吸粉口41之间；所述控制系统分别与下料控制系统20、回收吸粉装置40通讯连接，用于对下料控制系统20、回收吸粉装置40进行控制。
如图2所示，所述无接触刮刀铺粉装置在铺粉时，所述下料控制系统20在所述控制系统的控制下沿铺粉方向将所述供粉舱10内的粉末散落到成形平台100上，此时在成形平台100上形成有厚度为L0的平整的粉末层；然后，所述刮刀组件30会沿铺粉方向运动将多余的粉末刮除并收集到粉末收集筒内，保证摊铺粉末厚度平整，从而在成形平台100上形成有厚度为L1的平整的粉末层；最后，所述回收吸粉装置40在所述控制系统的控制下，通过吸粉口41精准地对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台100上形成有厚度为L2的平整的粉末层，从而保证最终铺粉厚度满足设备的打印要求。
其中，L2为单层打印厚度，L2的数值可以根据不同增材制造设备的打印要求进行调整；L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L1的数值可以实际需要进行调整，以L1≥5×L2为宜；L0的数值也可以实际需要进行调整，100微米≥L0-L1≥50微米为宜。
本实施例中的无接触刮刀铺粉装置，先利用刮刀组件将散落在成形平台上粉末均匀平整地摊铺在成形平台上，再利用回收吸粉装置对经过刮刀组件摊铺平整的粉末层回收设定层厚的粉末，从而使最终铺粉厚度满足设备的打印要求，由于刮刀组件与成形平台之间的间距达到单层打印厚度的5倍以上，即使成形零件发生翘曲变形，刮刀组件也不会与成形零件发生直接接触，避免了刮刀在铺粉过程中与零件表面发生干涉而导致零件变形、破损的情况发生，提高了零件成形的质量，有效地缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。
在本发明一个优选实施例中，所述无接触刮刀铺粉装置还包括有供粉舱驱动装置，所述供粉舱驱动装置与供粉舱10相连并在所述控制系统的控制下驱动无接触刮刀铺粉装置往复运动，即所述供粉舱驱动装置同时驱动供粉舱10、刮刀组件30和回收吸粉装置40在水平方向上往复运动。
在本发明一个优选实施例中，所述下料控制系统20包括有高压电机、减速机及拨料辊，所述拨料辊上设有齿形槽，所述高压电机通过减速机与拨料辊的一端连接，所述拨料辊的另一端伸入所述供粉舱10内，所述高压电机在所述控制系统的控制下工作并通过减速机带动拨料辊转动，所述拨料辊的齿形槽拨动粉末至所述供粉舱的出口处。在其他实施例中，所述拨料辊上可以设置其他形态的槽位，拨料辊在减速机带动下转动，利用拨料辊上的槽位将粉末拨动至所述供粉舱的出口处，从而使粉末均匀散落到成形平台100表面；在不工作时，拨料辊保持静止，能有效的防止粉末散落。
在本发明一个优选实施例中，所述刮刀组件30包括有刮刀31及用于固定刮刀31的装夹机构32，所述刮刀31采用刚性刮刀或柔性刮刀。
在本发明一个优选实施例中，所述回收吸粉装置40包括有高压风机、质量流量控制装置、风路传输管路以及用于回收吸粉的吸粉口41，所述高压风机通过风路传输管路与吸粉口41连通，所述质量流量控制装置包括有控制器、高灵敏的流量检测传感器和流量阀，所述流量检测传感器用于检测风路传输管路内的流量，所述控制器根据所述流量检测传感器的检测结果调节所述流量阀，从而实现风量和风压的精确控制，通过专业设计的风路传输管路和专用的吸粉口，对经过刮刀组件摊铺平整的粉末层回收设定层厚的粉末，保证成形平台最终铺粉厚度满足设备的打印要求。
在本发明一个优选实施例中，所述供粉舱10与回收吸粉装置40相连，所述回收吸粉装置40回收的粉末经过过滤后输送到供粉舱10中，且供粉舱10设有料位检测装置，所述料位检测装置用于检测供粉舱10内粉末余量并将检测结果发送给所述控制系统，所述控制系统在粉末余量不足时控制料仓向供粉舱10补充粉末。
在本发明一个优选实施例中，所述无接触刮刀铺粉装置还包括有固定在打印舱室顶部的在线监控系统50，该在线监控系统50能够对所述无接触刮刀铺粉装置的铺粉质量情况进行实时监控，并将采集到的监控数据发送至控制系统，控制系统根据所采集到的监控数据进行铺粉参数的调整，以满足生产工艺要求。
本发明还提供了一种增材制造设备，所述增材制造设备包括有如图1、图2所示实施例中的无接触刮刀铺粉装置。
基于图1、图2所示实施例中的无接触刮刀铺粉装置，本发明还提供了一种无接触刮刀铺粉方法。
如图3所示，在本发明一个实施例中，所述无接触刮刀铺粉方法包括以下步骤：
S10、下料控制系统将供粉舱内的粉末散落到成形平台上。
S20、刮刀组件将散落在成形平台上的粉末均匀地摊铺在成形平台，使成形平台上形成有厚度为L1的平整的粉末层。
S30、回收吸粉装置对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台上形成有厚度为L2的平整的粉末层；其中，L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。
在步骤S10中，所述下料控制系统在所述控制系统的控制下沿铺粉方向将所述供粉舱内的粉末散落到成形平台上，此时在成形平台上形成有厚度为L0的平整的粉末层；在步骤S20中，所述刮刀组件会沿铺粉方向运动将多余的粉末刮除并收集到粉末收集筒内，保证摊铺粉末厚度平整，从而在成形平台上形成有厚度为L1的平整的粉末层；在步骤S30中，所述回收吸粉装置在所述控制系统的控制下，通过吸粉口精准地对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台上形成厚度为L2的平整的粉末层，从而保证最终铺粉厚度满足设备的打印要求。其中，L2为单层打印厚度，L2的数值可以根据不同增材制造设备的打印要求进行调整；L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L1的数值可以实际需要进行调整，以L1≥5×L2为宜；L0的数值也可以实际需要进行调整，100微米≥L0-L1≥50微米为宜。
比如：工艺要求单层打印厚度为100微米，可以将刮刀组件与成形平台之间的间距控制为950微米。铺粉时，沿铺粉方向铺粉1000微米的厚度；刮刀组件会将多余的50微米厚度粉末刮除到粉末收集筒内，保证摊铺粉末厚度平整，在成形平台上形成厚度为950微米的平整的粉末层；回收吸粉装置再均匀地吸除表层850微米厚度粉末，保证最终铺粉厚度满足100微米的工艺要求。
本实施例中的无接触刮刀铺粉方法，先利用刮刀组件将散落在成形平台上粉末均匀平整地摊铺在成形平台上，再利用回收吸粉装置对经过刮刀组件摊铺平整的粉末层回收设定层厚的粉末，从而使最终铺粉厚度满足设备的打印要求，由于刮刀组件与成形平台之间的间距达到单层打印厚度的5倍以上，即使成形零件发生翘曲变形，刮刀组件也不会与成形零件发生直接接触，避免了刮刀在铺粉过程中与零件表面发生干涉而导致零件变形、破损的情况发生，提高了零件成形的质量，有效地缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本。
在本发明一个优选实施例中，所述无接触刮刀铺粉装置还包括有固定在打印舱室顶部的在线监控系统50，所述无接触刮刀铺粉方法还包括有步骤：在线监控系统对所述无接触刮刀铺粉装置的铺粉质量情况进行实时监控，并将采集到的监控数据发送至控制系统，控制系统根据所采集到的监控数据进行铺粉参数的调整，以满足生产工艺要求。
在本发明一个优选实施例中，所述供粉舱设有料位检测装置，所述无接触刮刀铺粉方法还包括有步骤：料位检测装置检测供粉舱内粉末余量并将检测结果发送给所述控制系统，所述控制系统在粉末余量不足时控制料仓向供粉舱补充粉末。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，包括有：
供粉舱，用于存储粉末材料；
下料控制系统，其设置于所述供粉舱底部的出口处，用于将所述供粉舱内的粉末散落到成形平台上；
刮刀组件，其设置于所述供粉舱外侧，用于将散落在成形平台上粉末均匀地摊铺在成形平台上，使成形平台上形成有厚度为L1的平整的粉末层；
回收吸粉装置，其设置于所述供粉舱外侧，且刮刀组件、回收吸粉装置设置于所述供粉舱同一侧，刮刀组件位于所述供粉舱底部的出口与所述回收吸粉装置的吸粉口之间，所述回收吸粉装置用于对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台上形成有厚度为L2的平整的粉末层；
控制系统，其分别与下料控制系统、回收吸粉装置通讯连接，用于对下料控制系统、回收吸粉装置进行控制；
其中，L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。
2.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述无接触刮刀铺粉装置还包括有供粉舱驱动装置，所述供粉舱驱动装置与供粉舱相连并在所述控制系统的控制下驱动无接触刮刀铺粉装置往复运动。
3.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述供粉舱与回收吸粉装置相连，所述回收吸粉装置回收的粉末经过过滤后输送到供粉舱中，且供粉舱设有料位检测装置，所述料位检测装置用于检测供粉舱内粉末余量并将检测结果发送给所述控制系统，所述控制系统在粉末余量不足时控制料仓向供粉舱补充粉末。
4.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述下料控制系统包括有高压电机、减速机及拨料辊，所述拨料辊上设有齿形槽，所述高压电机通过减速机与拨料辊的一端连接，所述拨料辊的另一端伸入所述供粉舱内，所述高压电机在所述控制系统的控制下工作并通过减速机带动拨料辊转动，所述拨料辊的齿形槽拨动粉末至所述供粉舱的出口处。
5.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述刮刀组件包括有刮刀及用于固定刮刀的装夹机构，所述刮刀采用刚性刮刀或柔性刮刀。
6.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述回收吸粉装置包括有高压风机、质量流量控制装置、风路传输管路以及用于回收吸粉的吸粉口，所述高压风机通过风路传输管路与吸粉口连通，所述质量流量控制装置包括有控制器、流量检测传感器和流量阀，所述流量检测传感器用于检测风路传输管路内的流量，所述控制器根据所述流量检测传感器的检测结果调节所述流量阀。
7.如权利要求1所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述无接触刮刀铺粉装置还包括有固定在打印舱室顶部的在线监控系统，该在线监控系统用于监测所述无接触刮刀铺粉装置的铺粉质量。
8.一种增材制造设备，其特征在于，所述增材制造设备包括有如权利要求1-7任一项所述的无接触刮刀铺粉装置。
9.一种无接触刮刀铺粉方法，其应用于如权利要求1-7任一项所述的无接触刮刀铺粉装置，其特征在于，所述无接触刮刀铺粉方法包括以下步骤：
S10、下料控制系统将供粉舱内的粉末散落到成形平台上；
S20、刮刀组件将散落在成形平台上的粉末均匀地摊铺在成形平台，使成形平台上形成有厚度为L1的平整的粉末层；
S30、回收吸粉装置对厚度为L1的粉末层上设定层厚的粉末进行回收，使成形平台上形成有厚度为L2的平整的粉末层；
其中，L1为刮刀组件与成形平台之间的间距，L2为单层打印厚度，L1≥5×L2。
10.如权利要求9所述的无接触刮刀铺粉方法，其特征在于，所述供粉舱设有料位检测装置，所述无接触刮刀铺粉方法还包括有步骤：料位检测装置检测供粉舱内粉末余量并将检测结果发送给所述控制系统，所述控制系统在粉末余量不足时控制料仓向供粉舱补充粉末。
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2023
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