CN205673590U - 一种粉末分配装置及增材制造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于增材制造相关领域，公开了一种粉末分配装置及增材制造装置，粉末分配装置包括铺粉平台，设置于铺粉平台两侧上方且放有粉末材料的料斗，所述铺粉平台两侧设有粉末材料放置处，所述料斗向所述粉末材料放置处输送粉末材料，所述铺粉平台上方设有刮刀，所述刮刀竖直设置且可沿水平方向以及竖直方向移动，所述刮刀沿竖直方向上移动时，其位于所述粉末材料放置处的一侧。本实用新型的粉末分配装置通过可沿水平方向以及竖直方向移动的刮刀，实现了双向刮粉，相对于现有的单向刮粉，使得粉末层的厚度更加均匀，且提高了铺粉效率。而且刮刀呈竖直设置，能够更好的实现双向刮粉，且不会浪费粉末材料。

Description

一种粉末分配装置及增材制造装置

技术领域

本实用新型涉及增材制造相关技术领域，尤其涉及一种粉末分配装置及增材制造装置。

背景技术

增材制造(3D打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来构建三维物体的制造技术。粉床式增材制造是增材制造技术路线的一种，其基本的工艺步骤如下：三维模型储存在计算机中，并将模型进行分层，得到每一层的截面数据。粉末系统(装置)将粉末材料在工作平台上铺展成薄层，高能量密度的射线束(激光或电子束)在粉末层上扫描三维模型的一个截面；之后，工作平台下降一个粉末层厚度的距离，在工作平台上铺一层新的粉末，射线扫描三维模型的下一个截面；重复以上步骤，直至该三维物体制造完成。

目前增长制造装置是通过倾斜设置的刮刀实现对粉末材料的铺设，通常采用单向刮粉的方式进行铺粉，其过程为：刮刀向右刮粉，之后刮刀抬起向左返回，然后刮刀落下进行下一次的刮粉，这种方式存在着以下隐患：粉末层的厚度不均匀，总是一侧厚、一层薄。多层刮粉后，这种不均匀不断积累，可能导致粉床表面呈现一侧高、一侧低的斜坡形。单向刮粉时，刮刀的返回运动也造成了时间的浪费，降低了效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种粉末分配装置，采用双向刮粉方式，以解决现有单向刮粉存在的粉末层的厚度不均匀的问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种增材制造装置，包括上述粉末分配装置，以提高粉末铺设效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种粉末分配装置，包括铺粉平台，设置于铺粉平台两侧上方且放有粉末材料的料斗，所述铺粉平台两侧设有粉末材料放置处，所述料斗向所述粉末材料放置处输送粉末材料，所述铺粉平台上方设有刮刀，所述刮刀竖直设置且可沿水平方向以及竖直方向移动，所述刮刀沿竖直方向上移动时，其位于所述粉末材料放置处的一侧。

作为优选，所述料斗下方连接有平板，所述平板的一端连接有振动器，所述振动器连接于控制器，所述料斗内的粉末材料置于平板上。

作为优选，所述振动器为超声波振动器。

作为优选，所述刮刀连接有竖直移动机构，并由所述竖直移动机构驱动沿竖直方向移动。

作为优选，所述竖直移动机构连接有水平移动机构，所述刮刀以及所述竖直移动机构由所述水平移动机构驱动沿水平方向移动。

为达另一目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种增材制造装置，包括上述的粉末分配装置。

作为优选，还包括：

成形室，所述粉末分配装置位于成形室内；

成形缸，密封的安装于所述粉末分配装置的铺粉平台上，且其缸体上端面与铺粉平台平齐。

作为优选，所述成形室内设有检测装置，所述铺粉平台上开设有位于成形缸的两侧的若干通孔，刮刀铺设粉末材料时，部分粉末材料落入通孔，所述检测装置对落入通孔内的粉末材料的量进行检测。

作为优选，所述检测装置包括一端连通于所述通孔的管道，位于管道另一端的回收盒，以及位于所述回收盒下方的称重传感器。

作为优选，所述检测装置包括一端连通于所述通孔的管道，位于管道另一端的回收盒，以及位于管道上的接近开关。

本实用新型的粉末分配装置设置可沿水平方向以及竖直方向移动的刮刀，进行铺粉时，刮刀先从一侧的料斗下方将铺粉平台上的粉末材料向另一侧的料斗方向铺设，在到达该侧的粉末材料放置处后，刮刀沿竖直方向抬起，随后沿原移动方向运动一段距离，再沿竖直方向落下，回到铺粉时的高度，此时另一侧的料斗输送粉末材料至该侧的粉末材料放置处，刮刀反向铺设粉末材料。实现了双向刮粉，相对于现有的单向刮粉，使得粉末层的厚度更加均匀，且提高了铺粉效率。而且刮刀呈竖直设置，能够更好的实现双向刮粉，且不会浪费粉末材料。

本实用新型的增材制造装置，其包括上述粉末分配装置，能够提高粉末铺设效率。而通过设置检测装置，能够对每次铺设的粉末材料的量进行检测，进而可以对下一次粉末材料的输送量进行调整。当检测值低于某区间下限值时，下一次粉末材料输送时增加平板的振动时间，以增加粉末材料的输送量；当高于某区间上限值时，下一次粉末输送时减少平板的振动时间，以减少粉末输送量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的粉末分配装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的增材制造装置的结构示意图；

图3-7是本实用新型实施例一的增材制造装置的进行铺粉时的状态示意图；

图8是本实用新型实施例二的增材制造装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例三的增材制造装置的结构示意图。

图中：

1、成形室；2、成形缸；3、检测装置；4、射线发生装置；11、铺粉平台；12、料斗；13、刮刀；14、平板；15、振动器；111、通孔；21、缸体；22、活塞；31、管道；32、回收盒；33、称重传感器；33a、接近开关。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例一：

本实施例提供一种粉末分配装置，如图1所示，包括铺粉平台11、料斗12、刮刀13、平板14以及振动器15，其中：

铺粉平台11作为粉末铺设的载体，其呈水平设置，在铺粉平台11两侧位置设有粉末材料放置处(图中未示出)，用于放置待铺设的粉末材料。

料斗12设置于铺粉平台11两侧的上方，其内放有粉末材料，料斗12的下方开口设置，用于其内的粉末材料的输送。本实施例中，优选的，上述两个料斗12对称设置。

在料斗12的下方固接有平板14，平板14的一端连接有振动器15，振动器15连接于控制器(图中未示出)，平板14可在振动器15驱动下振动，使粉末材料从料斗12中流出，并置于平板14上，且随着平板14的振动，其上的粉末材料会离开平板14，掉落在铺粉平台11的粉末材料放置处。

本实施例中，上述粉末材料的输送量是通过控制平板14的振动时间来调整的，通常平板14振动时单位时间内输送的粉末量是一定的，因此，平板14振动时间越长，输送的粉末材料的量越大；反之，输送的粉末材料的量越小。

上述振动器15可以为超声波振动器，通过超声波振动实现平板14的振动，更为精准的控制平板14上的粉末材料的输送量。也可以是其他振动设备，例如振动电机等。

刮刀13设置于铺粉平台11的上方，用于对铺粉平台11的粉末材料放置处的粉末材料的铺设，上述刮刀13竖直设置，且其包括若干重叠设置且呈梳子状的金属薄片，上述金属薄片竖直设置。将金属薄片设置为梳子状结构，其上的梳齿可以承受一定的变形，有利于对粉末材料的铺设。

上述刮刀13可沿水平方向以及竖直方向移动，具体的，刮刀13的竖直移动是通过竖直移动机构(图中未示出)实现的，上述竖直移动机构连接于控制器且为现有技术，只要能够实现带动刮刀13上下移动即可。例如，该竖直移动机构可以包括竖直轨道(图中未示出)，在竖直轨道(图中未示出)上滑动设置有滑块(图中未示出)，刮刀13固设在滑块上，且滑块下端到铺粉平台11之间的距离大于刮刀13下端到铺粉平台11之间的距离，该滑块连接有超声电机(图中未示出)，即超声电机的输出端固定连接滑块，并可驱动滑块沿竖直轨道滑动，通过上述结构，能够实现刮刀13沿竖直方向的移动。

而刮刀13的水平移动则是通过水平移动机构(图中未示出)实现的，具体的，上述竖直移动机构连接有水平移动机构，刮刀13以及所述竖直移动机构由水平移动机构驱动沿水平方向移动。同样的，上述水平移动机构也连接于控制器且为现有技术，只要能够满足带动刮刀13以及所述竖直移动机构沿水平方向移动即可。例如可以通过电机带动链条、皮带或者齿轮-齿条机构，再由链条、皮带或齿轮-齿条机构带动竖直移动机构以及其上的刮刀13水平移动。

本实施例的上述粉末分配装置在使用时，以图1所示的左侧位置开始铺设为例，首先通过振动器15带动平板14振动，进而使得左侧的料斗12内的粉末材料经由平板14落在铺粉平台11的粉末材料放置处，随后由刮刀13进行铺粉，刮刀13在水平移动机构的带动下将左侧的粉末材料向右侧铺设，当刮刀13水平移动到右侧的粉末材料放置处时，刮刀13在竖直移动机构的带动下向上抬起一定距离，此时剩余的粉末材料放置在右侧的粉末材料放置处，随后由水平移动机构带动刮刀13继续向右移动一段距离，之后刮刀13下降，并回到铺粉时的高度，此时右侧的料斗12输送粉末材料至该侧的粉末材料放置处，刮刀13反向铺设粉末材料，完成双向刮粉过程，相对于现有的单向刮粉，本实施例的上述粉末分配装置使得粉末层的厚度更加均匀，且提高了铺粉效率。而且刮刀13呈竖直设置，能够更好的实现双向刮粉，且不会浪费粉末材料。

本实施例还提供一种增材制造装置，如图2所示，该增材制造装置包括上述的粉末分配装置，还包括成形室1，上述粉末分配装置位于成形室1内，上述成形室是真空室，还包括旋片泵、分子泵、真空计等构成的真空系统，可抽走真空室中空气，获得真空环境。

在成形室1内设有成形缸2，该成形缸2密封的安装于粉末分配装置的铺粉平台11上，具体的该成形缸2包括缸体21以及设于缸体21内且上下移动的活塞22，其中缸体21的上端面与铺粉平台11平齐且密闭的连接于铺粉平台11，上述两个料斗12对称设于缸体21的两侧，刮刀13将铺粉平台11上的粉末材料平铺在活塞22的顶部，具体是铺满活塞22顶部与缸体21形成的空间，并使粉末材料形成粉末薄层。本实施例中，刮刀13横跨整个缸体21，以保证铺设在活塞22上的粉末材料能够形成所需的粉末薄层。

在成形室1的顶部设有射线发生装置4，该射线发生装置4位于成形缸3的上方，并产生熔化粉末材料的射线，对铺设好的粉末薄层进行扫描、熔化。

本实施例中，射线发生装置4产生的射线可以为电子束，此时成形室1内部为真空状态，电子束的加速电压为60kV，功率最大3kW。成形室1通过上述真空系统维持0.001-1Pa的压力。粉末材料可以是纯金属或金属合金，如钛合金、钛、铝合金、铝、钛铝合金、36L不锈钢、Co-Cr合金等，粉末粒径范围10-150微米。也可以将电子束改变为激光束，将成形室1内的真空环境替换为惰性气体保护环境，粉末材料不限于金属，可以是尼龙、高分子材料等非金属材料。

下面对本实施例的上述增材制造装置的粉末分配过程加以阐述说明：

首先，如图3所示，刮刀13停留在成形缸2的左侧，左侧的料斗12下的平板14在振动器14的驱动下振动，平板14上的粉末材料被输送到铺粉平台11上的粉末材料放置处，落在刮刀13的右侧，此时成形缸2的活塞22下降等于一个层厚的距离。

之后如图4所示，刮刀13通过水平移动机构向右运动，使得粉末材料铺满活塞22顶部与缸体21形成的空间，并使粉末材料形成粉末薄层。刮刀13运动至成形缸2右侧的放置材料处后，刮刀13右侧一般还会有剩余的粉末材料，如图4中实线箭头轨迹所示，刮刀13沿竖直方向抬起，向右运动一段距离，再沿竖直方向落下，回到铺粉时的高度，如图4中箭头所示。此时，剩余粉末在刮刀13的左侧。至此完成一层粉末材料的分配，并通过射线发生装置4进行粉末材料的熔化。

随后如图5所示，此时，上一层粉末材料已被射线熔化，右侧的料斗12下方的平板14在振动器15的驱动下振动，平板14上的粉末材料被输送到铺粉平台11上的粉末材料放置处，落在刮刀13的左侧，此时成形缸2的活塞22再次下降一个层厚的距离。

之后如图6所示，刮刀13通过水平移动机构向左运动，使得粉末材料铺满活塞22顶部与缸体21形成的空间，并使粉末材料形成粉末薄层。刮刀13运动至成形缸2左侧的放置材料处后，刮刀13左侧一般还会有剩余的粉末材料，如图6中实线箭头轨迹所示，刮刀13沿竖直方向抬起，向左运动一段距离，再沿竖直方向落下，回到铺粉时的高度，如图6中箭头所示。此时，剩余粉末在刮刀13的右侧。至此完成第二层粉末材料的分配，并通过射线发生装置4进行粉末材料的熔化。

之后如图7所示，此时，第二层粉末材料已被射线熔化，左侧的料斗12下的平板14在振动器14的驱动下振动，平板14上的粉末材料被输送到铺粉平台11上的粉末材料放置处，落在刮刀13的右侧，此时成形缸2的活塞22下降等于一个层厚的距离，随后往复循环上述粉末分配过程，直至增材制造结束，形成最终的三维实体。

本实施例中，在上述一层粉末材料的分配过程中，刮刀13只刮粉一次即可完成一次粉末薄层的铺设。但是可以理解的是，本实施例在一层粉末材料的分配过程中，刮刀13也可以多次刮粉来完成一次粉末薄层的铺设，以增强铺粉效果。

实施例二：

本实施例在实施例一的增材制造装置的基础上增设了检测装置3，具体的，如图8所示，该检测装置3设置在成形室1内，且对称设于成形缸2的两侧。在本实施例中，在铺粉平台11上开设有位于成形缸2两侧的若干通孔111，刮刀13铺设粉末材料时，部分粉末材料会落入通孔111，检测装置3则对落入通孔111内的粉末材料的量进行检测，并根据检测到的结果对下一次输送的粉末材料的量进行调整，以避免粉末材料的浪费。

具体的，上述检测装置3包括一端连通于通孔111的管道31，位于管道31另一端的回收盒32，以及位于回收盒32下方且连接于控制器的称重传感器33。通过回收盒32对落入通孔111内的粉末材料进行回收利用，通过称重传感器33对每次铺粉时落入回收盒32内的粉末材料的重量进行检测。本实施例中，上述管道31倾斜设置，以便于落入通孔111内的粉末材料顺利的落入回收盒32内。

本实施例的上述检测装置3的检测过程如下：

在进行一次刮粉时，以从左至右刮粉为例，刮刀13依次经过成形缸2左侧、右侧的通孔111，部分粉末材料会掉入通孔111，并经过管道31进入回收盒32，称重传感器33可以测量出左侧的回收盒32中的粉末增加量△m_L以及右侧的回收盒32中的粉末增加量△m_R。以铺粉过程中后落入通孔111的粉末增加量为主(即以粉末增加量△m_R为主)，将△m_R与预设区间的上限值以及下限值进行比较，当△m_R低于预设区间的下限值时，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当增加，以增加粉末材料的输送量；当△m_R高于预设区间的上限值时，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当减小，以减少粉末材料的输送量。需要说明的是，本实施例的上述△m_L同样可以作为粉末材料的量的检测，其原理与通过△m_R进行检测的原理一致，不再赘述。相应的，可以理解的是，本实施例还可以综合△m_L以及△m_R共同对粉末材料的量进行检测，以使得检测结果更加准确。

实施例三：

本实施例与实施例二的区别在于检测装置3的结构不同，具体的，可参照图9，本实施例的检测装置3包括一端连通于通孔111的管道31，位于管道31另一端的回收盒32，以及位于管道31上的接近开关33a。本实施例通过接近开关33a进行粉末材料的量的检测，具体的，粉末材料经过管道31时，会遮挡接近开关33a，接近开关33a会产生脉冲信号，落入通孔111内的粉末材料的量越大，流过管道31的时间越长，遮挡接近开关33a的时间越久，脉冲的宽度也就越大。

本实施例的上述检测装置3的检测过程如下：

在进行一次刮粉时，以从左至右刮粉为例，刮刀13依次经过成形缸2左侧、右侧的通孔111，部分粉末材料会掉入通孔111，并经过管道31进入回收盒32。此时，分别经过左右两侧管道31的粉末材料会使左侧、右侧的接近开关33a分别产生脉冲信号的宽度为W_L以及W_R。以铺粉过程中后落入通孔111的粉末材料使接近开关33a产生的脉冲信号的宽度为主(即以W_R为主)，将W_R与预设信号区间的上限值以及下限值进行比较，当W_R低于预设信号区间的下限值时，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当增加，以增加粉末材料的输送量；当W_R高于预设信号区间的上限值时，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当减小，以减少粉末材料的输送量。需要说明的是，本实施例的上述W_L同样可以作为粉末材料的量的检测，其原理与通过W_R进行检测的原理一致，不再赘述。相应的，可以理解的是，本实施例还可以综合W_R以及W_L共同对粉末材料的量进行检测，以使得检测结果更加准确。

本实施例中，也可以通过多组光产生装置和光强感应装置的结构来代替接近开关33a，具体的，光产生装置和光强感应装置设置在管道31上，从通孔111落入的粉末材料会从光产生装置和光强感应装置之间掉落，当没有粉末材料经过时，光强感应装置测得的光强度是恒定的，当有粉末材料经过时，光线会被部分或全部遮挡，光强感应装置测得光强度有所变化，会形成一个脉冲信号，并将脉冲信号发送给上述控制器，由控制器进行处理。由于上述光强感应装置设置为多个，因此会向控制器发送多个脉冲信号，此时控制器会取上述多个脉冲信号的平均值或者最值作为粉末余量的判断依据，即控制器会根据上述平均值或者最值计算出粉末余量的大小，当粉末余量过少或为零，说明粉末材料很有可能不够、不足以完全覆盖成形缸2上方的空间，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当增加，以增加粉末材料的输送量；当粉末余量过多，说明粉末材输送量过大，下一次粉末材料输送时平板14振动的时间应当减小，以减少粉末材料的输送量。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉末分配装置，其特征在于，包括铺粉平台(11)，设置于铺粉平台(11)两侧上方且放有粉末材料的料斗(12)，所述铺粉平台(11)两侧设有粉末材料放置处，所述料斗(12)向所述粉末材料放置处输送粉末材料，所述铺粉平台(11)上方设有刮刀(13)，所述刮刀(13)竖直设置且可沿水平方向以及竖直方向移动，所述刮刀(13)沿竖直方向上移动时，其位于所述粉末材料放置处的一侧。

2.根据权利要求1所述的粉末分配装置，其特征在于，所述料斗(12)下方连接有平板(14)，所述平板(14)的一端连接有振动器(15)，所述振动器(15)连接于控制器，所述料斗(12)内的粉末材料置于平板(14)上。

3.根据权利要求2所述的粉末分配装置，其特征在于，所述振动器(15)为超声波振动器。

4.根据权利要求1所述的粉末分配装置，其特征在于，所述刮刀(13)连接有竖直移动机构，并由所述竖直移动机构驱动沿竖直方向移动。

5.根据权利要求4所述的粉末分配装置，其特征在于，所述竖直移动机构连接有水平移动机构，所述刮刀(13)以及所述竖直移动机构由所述水平移动机构驱动沿水平方向移动。

6.一种增材制造装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的粉末分配装置。

7.根据权利要求6所述的增材制造装置，其特征在于，还包括：

成形室(1)，所述粉末分配装置位于成形室(1)内；

成形缸(2)，密封的安装于所述粉末分配装置的铺粉平台(11)上，且其缸体上端面与铺粉平台(11)平齐。

8.根据权利要求7所述的增材制造装置，其特征在于，所述成形室(1)内设有检测装置(3)，所述铺粉平台(11)上开设有位于成形缸(2)两侧的若干通孔(111)，刮刀(13)铺设粉末材料时，部分粉末材料落入通孔(111)，所述检测装置(3)对落入通孔(111)内的粉末材料的量进行检测。

9.根据权利要求8所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测装置(3)包括一端连通于所述通孔(111)的管道(31)，位于管道(31)另一端的回收盒(32)，以及位于所述回收盒(32)下方的称重传感器(33)。

10.根据权利要求8所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测装置(3)包括一端连通于所述通孔(111)的管道(31)，位于管道(31)另一端的回收盒(32)，以及位于管道(31)上的接近开关(33a)。