CN2936746Y - 立体打印式快速成形机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种立体打印式快速成形机，包括：漏斗式铺粉装置、辊式刮粉装置、提升式加粉装置、磁性工作台和Z轴运动机构、X轴运动机构、喷头与Y轴运动机构、余粉回收装置、可移动横梁、机架及控制系统。本实用新型的打印式快速成形机结构紧凑、简单、成本低、易于操作与维护，能均匀铺粉和精确控制粉层的高度。

Description

立体打印式快速成形机
技术领域
本实用新型涉及一种快速成形机，尤其涉及一种立体打印式快速成形机。
背景技术
快速成形机能根据工件的三维计算机模型，一层一层地制作工件的每个截面，并且逐步地将这些截面叠加在一起，最后形成三维工件，而无需传统的机械加工机床与工模具。
目前，快速成形机有五大类，即：激光固化式(SLA)、激光切纸式(LOM)、激光烧结式(SLS)、熔融挤压式(FDM)和立体打印式(TDP)。
其中，前三种(即：SLA、LOM与SLS)存在的共同问题是：
1.机器成本高，这些快速成形机都必须配置激光器，以及高性能的数控系统，因此机器成本高；
2.运行成本高，这些快速成形机都要求特定性能的成形材料，因此使运行成本高；
3.操作维护复杂，环境友好性差，这些快速成形机的结构较复杂、体积较大、对环境有一定的污染，因此，不便于操作维护，特别不适合于办公室使用。
后两种(即：FDM与TDP)快速成形机和前三种快速成形机相比，在成形件的大小、精度和强度等方面，可能有所差别，但是，它们不必配置昂贵的激光器，结构较简单，外形小巧，对环境无污染，因此，成本较低，特别适合于办公室使用，成为快速成形机的一种发展方向。
立体打印式(Three-Dimensional Printing，简称TDP，又称三维打印式)快速成形机采用打印机的喷头做成形头，喷头能喷射粘结剂，还能作X-Y平面运动，工作台能作Z方向的垂直运动。机器工作时，在计算机的控制下，喷头按照所需成形工件的截面轮廓信息，在工作台上铺好的一层层粉末材料(如特殊配方的淀粉、石膏粉或陶瓷粉等)上，有选择性地喷射黏接剂，使部分粉末粘结，形成工件的截面轮廓。一层成形完成后，工作台下降一截面层的高度，再进行下一层的粘结，如此循环，最终形成三维工件。立体打印式快速成形机可广泛用于产品的设计校核，以及生物医学工程领域，具有很好的应用前景。
图1示出了现有技术的立体打印式快速成形机，采用活塞缸式供粉机构4，以及由铺粉辊和刮刀构成的铺粉机构6。活塞缸中的活塞由步进电机驱动，每成形完一层工件截面后，活塞上升，提升一层粉材5，辊轮和刮刀自左向右移动，将粉材铺至成形活塞缸3的上方。然后，辊轮和刮刀自右向左移动，刮刀将已铺设的粉材刮平。喷头7再按照所需成形工件的截面轮廓的信息，在水平面上沿X方向和Y方向运动，并在铺好的一层层粉末材料上，有选择性地喷射黏接剂，粘结剂渗入部分粉材的微孔中并使其粘结，形成工件的截面轮廓。一层成形完成后，成形活塞缸3中的活塞下降一截面层的高度，再进行下一层的铺粉与粘结，如此循环，直到完成最后一层的铺粉与粘结，形成三维工件2。
上述现有立体打印式快速成形机对使用的粉材性能有特殊要求，机器结构不够紧凑，销售价格和运行费用仍然偏高，限制了进一步的推广使用。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种立体打印式快速成形机，其结构紧凑、成本较低、易于操作与维护、能均匀铺粉和精确控制粉层的高度、便于推广。
本实用新型的技术方案为：
一种立体打印式快速成形机，包括：漏斗式铺粉装置、辊式刮粉装置、提升式加粉装置、磁性工作台和Z轴运动机构、X轴运动机构、喷头与Y轴运动机构、余粉回收装置、可移动横梁、机架及控制系统，其中，
所述漏斗式铺粉装置包括多棒形搅拌器、铺粉刷、漏斗、闸板、电磁铁、摆杆、粉盒，以及两个电动机。当两个电动机旋转和电磁铁吸合时，粉盒中的粉材可以在搅拌器和铜丝刷的带动下，通过漏斗与闸板落至工作台上。
所述辊式刮粉装置包括刮粉辊及其驱动电动机、高度调节器和清除器，当电动机旋转，并且，刮粉装置由X轴运动机构带动沿X轴反向移动时，由于刮粉辊的平动和转动，可以使已经铺设在工作台板上的粉材均匀地刮平，并保证每次铺设的粉材为设定的厚度。
所述提升式加粉装置包括活塞、粉桶、两套齿形皮带传动机构及其驱动电动机、刮板及其驱动电动机，以及水平调节器。当铺粉装置中的粉材不足时，活塞在电动机的驱动下，提升一定的高度，再借助刮板的摆动，可将活塞上部的粉材添加至铺粉装置中。
所述磁性工作台和Z轴运动机构包括可方便拆卸的铝质工作台板、铝质固定板、固定磁性体、可移动导磁体及其移动机构、滚珠丝杠及其驱动电动机、滚珠导轨，以及缸体。在初始状态下，工作台板与固定板处于最上位置，当电动机旋转时，通过滚珠丝杠传动和滚珠导轨导向，工作台板与固定板可在缸体中向下移动一定的高度，从而为铺设新一层的粉材做准备。快速成形机工作时，工作台板中的导磁体对准固定板中的磁性体，从而使工作台板吸附在固定板上，二者不能相对运动。当工件成形完成后，将工作台板上升，借助导磁体的移动机构的移动，可以使工作台板中的导磁体与固定板中的磁性体相互错位，因此，能方便地从固定板上卸下工作台板及其上的工件。从工作台板取下工件后，可重新将工作台板置于固定板之上，并使移动机构复位，从而再使工作台板吸附在固定板上，为下一个工件的成形做准备。
所述X轴运动机构包括电动机、滚珠丝杆和直线导轨。此机构能驱动横梁和安装在其上的漏斗式铺粉装置和辊式刮粉装置，以及喷头与Y轴运动机构沿X方向扫描运动，为铺粉、刮粉或喷射粘结剂提供先决条件。
所述喷头与Y轴运动机构包括喷头、打印架及其驱动系统，这个机构采用现有喷墨打印机的部件。
所述余粉回收装置处于固定板孔隙的下方，用于收集固定板上多余的粉材，
所述机架为为框架形结构，用于支撑整个快速成形机。
所述控制系统是以可编程控制器为核心的数控系统，可以由外部计算机发出的指令控制。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型将铺粉装置设计成漏斗式的结构，使得铺粉变得更均匀。通过辊式刮粉装置保证每次铺设的粉材为设定的厚度。提升式加粉装置使得对铺粉装置添加粉材变得更方便。磁性工作台使取卸工件更方便。本实用新型成形机的整体结构紧凑简单，从而降低了制造成本，提高了机器的可操作性和可维护性。
上述漏斗一辊轮式铺粉与刮平机构的优点是，由于在刮平、压实粉层时，喷头处于刮粉辊运动方向的后方(见图2A)，只要喷头进入成形件的上方，就可开始喷射粘结剂，而不必等待刮平、压实完成，即：喷射和刮平、压实的动作可同时进行，因此，能避免空行程，效率较高。
附图说明
图1是现有技术的立体打印式快速成形机的示意图。
图2A是本实用新型的立体打印式快速成形机较佳实施例的三维示意图。
图2B是本实用新型的立体打印式快速成形机较佳实施例的俯视图。
图3A～图3C是图2A所示实施例的漏斗式铺粉装置的结构图。
图4A和图4B是图2A所示实施例的辊式刮粉装置的结构图。
图5是图2A所示实施例的提升式加粉装置的结构图。
图6A和图6B是图2A所示实施例的Z轴运动机构和工作台的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
请同时参见图2A至图2B，本实用新型的立体打印式快速成形机由漏斗式铺粉装置29、辊式刮粉装置27、提升式加粉装置28、磁性工作台65(图6A示出)、Z轴运动机构22、X轴运动机构21、Y轴运动机构26、横梁25、喷头30、机架23、余粉回收装置24以及控制系统(未图示)组成。
喷头30设置在Y轴运动机构26上，可沿Y轴方向移动。漏斗式铺粉装置29、辊式刮粉装置27，以及喷头30与Y轴运动机构26都固定在横梁25上。而X轴运动机构21包括电动机20、滚珠丝杠18和直线导轨19。当电动机20转动时，通过滚珠丝杠18的传动和直线导轨19的导向，横梁25和固定在其上的漏斗式铺粉装置29、辊式刮粉装置27，以及喷头30与Y轴运动机构26可沿X轴方向扫描运动。
余粉回收装置24为一长方形桶状结构，磁性工作台65上多余的粉材可以通过其左部的孔隙(未图示)落至余粉回收装置24中。机架23为框架形结构，用于支撑整个快速成形机。
喷头30与Y轴运动机构采用的是普通喷墨打印机的喷头和打印架，用直流电动机通过齿形皮带驱动和圆柱导轨导向。
本实用新型的立体打印式快速成形机的主要改进在于：漏斗式铺粉装置29、辊式刮粉装置27、提升式加粉装置28和磁性工作台65。
请同时参见图3A至图3C，示出了漏斗式铺粉装置的一个实施例。如图3A所示，带减速器的电动机33驱动多棒形搅拌器32，搅拌添加在粉盒31中的粉材(图中未示出)，并使粉材落至旋转的铺粉刷35上，此刷由带减速器的电动机34驱动。结合图3B和图3C，当粉盒31左右的两个电磁铁39吸合其中的衔铁时，通过与衔铁相连的两个摆杆38的摆动，使闸板37向左移动。于是，由铺粉刷35带动的粉材，可以经过漏斗36落至磁性工作台65上。结合图2A和图6A，当漏斗式铺粉装置29由X轴运动机构21带动沿X轴正向移动时，粉材可以顺利地铺设在磁性工作台65上。
请同时参见图4A和图4B，示出了辊式刮粉装置的一个实施例。如图4A所示，刮粉辊41由带减速器的电动机42驱动。借助高度调节器43可以调整刮粉辊41的高度及其水平状况，因此能使刮粉辊41与磁性工作台的工作台板的上表面之间有精确、均匀的微小间隙。当辊式刮粉装置27由X轴运动机构21带动并沿X轴反向移动时，由于刮粉辊41的平动和转动，可以使已经铺设在工作台板上的粉材均匀地刮平，并保证每次铺设的粉材为设定的厚度(最小可达0.06mm)。如图4B所示，在用泡沫材料做成的清除器44下端面的擦试作用下，附着在刮粉辊41上的余粉可及时清除干净。
请参见图5，示出了提升式加粉装置的一个实施例。如图5所示，带减速器的电动机61通过齿形带轮60、57和55，以及齿形皮带59和52，可驱动活塞53上下运动。在初始状态时，活塞53处于粉桶51的下端，其上加满粉材(未图示)。当漏斗式铺粉装置中的粉材不足时，电动机61驱动活塞53向上移动一定的高度，使活塞53上部的粉材处于刮板54可作用的范围。并且，由于带减速器的电动机56的驱动，使刮板54沿逆时针方向摆动，从而将活塞53上部的一些粉材刮至漏斗式铺粉装置中，以便弥补该装置中粉材的不足。水平调节器58用于调整活塞的水平状态。
请同时参见图6A和图6B，示出了磁性工作台的一个实施例。如图6A所示，当电动机62转动时，通过滚珠丝杠64的传动，在滚珠导轨63的导向下，工作台65可在缸体66中上下运动。在初始状态下，工作台65处于最上位置，当电动机62旋转时，通过滚珠丝杠64传动和滚珠导轨63导向，工作台65在缸体66中向下移动一定的高度，从而为铺设新一层的粉材做准备。工作台65的结构如图6B所示，它由可方便拆卸的铝质工作台板68和铝质固定板74组成。快速成形机工作时，由于嵌入固定板74中磁性体73对嵌入工作台板68中导磁体70的吸引力，以及定位销69的作用，工作台板68与固定板74相对固定，可以在工作台板68上铺设粉材并成形工件(未图示)。当工件成形完成后，驱动电动机62使工作台板68上升至缸体66之上，用手向外拉分布在工作台板68左右两侧的4个小手柄72，与小手柄72相连的导磁体70即随之向外移动，脱离磁性体73的吸引力作用范围，于是，能方便地从固定板74上取下工作台板68及其上的工件。从工作台板68上取下工件后，根据定位销69的位置，将工作台板68重新套在固定板74上，并向内按压小手柄72，使导磁体70返回原位，从而处于磁性体73的吸引下，工作台板68相对固定板74既不能移动也不能转动，为下一个工件的成形做准备。
控制系统是以可编程控制器为核心的数控系统，可以由外部计算机发出的指令控制。
当控制系统开始运行时，铺粉装置首先沿X轴正方向移动，铺粉刷转动，闸板开启，开始均匀漏粉。铺粉完成后，铺粉刷停止工作，闸板关闭，铺粉装置开始沿X轴反方向移动，刮粉辊转动并随铺粉装置移动而压实粉末。刮粉步骤完成后关闭辊子驱动电动机，喷头按先Y轴再X轴的扫描顺序，喷射黏接剂，成形当前层面轮廓，当一层模型成形结束后，成形喷头移至起始位置，工作平台下降一层，再重复进行新一层的铺粉、刮粉和喷洒黏接剂，如此循环，直到工件成形完毕。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的普通技术人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1一种立体打印式快速成形机，包括Z轴运动机构(22)、Y轴运动机构(26)、安装所述Y轴运动机构(26)且可沿X轴方向水平移动的横梁(25)、驱动所述横梁(25)的X轴运动机构(21)、由所述Y轴运动机构(26)驱动且可沿Y轴水平移动的喷头(30)、机架(23)和控制系统，其特征在于，所述成形机还包括：
漏斗式铺粉装置(29)，安装在所述横梁(25)上，包括粉盒(31)、所述粉盒(31)中的搅拌器(32)、与所述搅拌器轴连接的第一电动机(33)、设置在所述搅拌器(32)下方且可旋转的铺粉刷(35)、与所述铺粉刷轴连接的第二电动机(34)、设置在所述铺粉刷(35)下方的漏斗(36)，所述粉盒(31)的左右两侧设有电磁铁(39)，所述漏斗(36)的漏嘴处紧贴一块闸板(37)，所述闸板(37)的两侧上各连有一摆杆(38)，所述两摆杆(38)的另一端各设置一块衔铁，所述电磁铁(39)吸合所述衔铁并带动所述摆杆(38)的摆动，从而使所述闸板(37)能水平移动；
辊式刮粉装置(27)，安装在所述横梁(25)上，包括刮粉辊(41)、驱动所述刮粉辊(41)的电动机(42)、调整所述刮粉辊(41)高度和水平位置的高度调节器(43)；
提升式加粉装置(28)，安装在所述机架(23)上，包括粉桶(51)、传动机构、连接所述传动机构的驱动电动机(61)、提升粉材的活塞(53)、水平调节器(58)、设置在装置(28)顶部的刮板(54)及其驱动电动机(56)，所述刮板(54)在电动机(56)的驱动下摆动，传动机构在电动机(61)的驱动下带动活塞(53)提升至刮板(54)的摆动范围内，活塞(53)上的粉材被摆动的刮板(54)移动至所述铺粉装置(29)中；
磁性工作台(65)，安装在所述Z轴运动机构(22)上，包括工作台板(68)、固定板(74)、嵌入在所述工作台板(68)内部的导磁体(70)、嵌入在所述固定板(74)内部的磁性体(73)，所述导磁体(70)和磁性体(73)对准后所述工作台板(68)吸附在所述固定板(74)上，所述导磁体(70)和磁性体(73)错位后所述工作台板(68)与固定板(74)分离，所述磁性工作台(65)在Z轴运动机构(22)上沿Z轴上下移动。
2根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述漏斗式铺粉装置(29)中，所述搅拌器(32)为多棒形搅拌器，所述铺粉刷(35)为铜丝刷。
3根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述辊式刮粉装置(26)还包括一清除器(44)，所述清除器(44)的下端面与所述刮粉辊(41)的侧面相接触，擦去附着在所述刮粉辊(41)上的余粉。
4根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述提升式加粉装置(28)中，所述传动机构由齿形带轮(55、57、60)和设置在齿形带轮上的齿形皮带(52、59)组成。
5根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述磁性工作台(65)中，所述工作台板(68)外侧连有手柄(72)。
6根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述磁性工作台(65)中，所述工作台板(68)和固定板(74)上均设有定位销(69)
7根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述X轴运动机构(21)由电动机(20)、滚珠丝杠(18)和直线导轨(19)组成。
8根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述喷头(30)与Y轴运动机构(26)采用喷墨打印机的喷头与打印架。
9根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述成形机还包括余粉回收装置(24)，所述固定板(74)上的多余粉材通过开孔落至所述余粉回收装置(24)中。
10根据权利要求1所述的立体打印式快速成形机，其特征在于，所述控制系统为可编程控制器为核心的数控系统。
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