用于增材制造设备的送铺粉装置及其碰撞下粉方法与流程

[0001]
本发明涉及三维物体制造技术领域，特别是涉及一种用于增材制造设备的送铺粉装置及其碰撞下粉方法。


背景技术：

[0002]
作为增材制造技术之一的激光烧结工艺，其基本过程是：设备在打印前或打印过程中将粉末添加或输送进入供粉箱，供粉箱中的粉末通过某种送粉装置将一定量粉末送至工作台面，工作台面上的粉末再通过刮刀或铺粉辊子均匀地铺平在烧结平面上，烧结平面上工件截面轮廓部分的粉末直接通过由振镜控制的激光进行烧结或进行预热后进行烧结，当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，再次进行上面的送粉、铺粉、激光烧结过程，通过这种层层烧结打印后，工件就被制造出来，完成了整个工件的增材制造即3d打印过程。
[0003]
现有技术中，送粉装置一般分为上送粉方和下送粉，上送粉包括送粉斗、送粉箱体以及设置在箱体内部的铺粉装置，铺粉装置在单一预设移动速度下铺粉至前后极限位置的过程中，碰撞顶杆使得凹槽内的粉末下落，以完成送粉。此送粉方式虽然具有结构紧凑，能有效实现双向铺粉，但缺点是当使用的粉末的流动性较差时，会导致下粉过程断断续续，使得下落至刮刀铺粉侧的粉末量左右不一致或下落粉量不足，铺粉时会导致打印面局部缺粉，进而影响工件扫描成型与打印效率的技术问题。


技术实现要素：

[0004]
基于此，本发明提供了一种用于增材制造设备的送铺粉装置及其碰撞下粉方法，以解决现有技术的送铺粉方法，当使用的粉末的流动性较差时可能导致缺粉的技术问题。
[0005]
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于增材制造设备的送铺粉装置，包括：储粉槽、设置在储粉槽下的安装座、具有两个第四通孔的插板，以及设置于安装座下方的刮刀机构，所述安装座包括第一面板、第二面板，以及位于第一面板和第二面板之间的第一通孔，所述插板可滑动地设置于第一通孔，所述第一面板上设有与储粉槽的出粉口相通的第二通孔，所述第二面板上设有两个与第二通孔错开设置的第三通孔，所述插板的四角分别通过传动臂连接有碰撞杆，以当碰撞杆与工作腔的任一内壁碰撞时，送铺粉装置以第一预设速度进行移动，同时安装座与插板的相对运动使得储粉槽内的粉末通过第二通孔落入远离碰撞内壁的第四通孔，以及落入第四通孔内的粉末通过第三通孔落入刮刀机构的远离碰撞内壁的一侧；而当碰撞杆与工作腔的任一内壁非碰撞时，送铺粉装置以第二预设速度进行移动，以实现铺粉。
[0006]
作为本发明的进一步优选方案，所述第一预设速度小于第二预设速度，且所述第一预设速度可根据储粉槽内的粉末流动性进行调节。
[0007]
作为本发明的进一步优选方案，所述刮刀机构的两侧分别设有与第三通孔相通的落粉通道。
[0008]
作为本发明的进一步优选方案，所述安装座由第一面板和第二面板拼接而成，且所述第一面板为u形，第二面板为平板形；或者第一面板为l形，第二面板为l形。
[0009]
作为本发明的进一步优选方案，所述插板分别与第一面板和第二面板为滑动配合，且插板的平行于第一面板或第二面板的上下两面的中部顶面低于两侧顶面0.1-5mm。
[0010]
作为本发明的进一步优选方案，在所述插板上于平行于插板运动方向的两侧边分别设有至少两个导向机构。
[0011]
作为本发明的进一步优选方案，所述插板的每一角具有相隔预设距离的两凸柱，通过在两凸柱上分别设置螺栓以将插板与传动臂的一端连接，传动臂的另一端与碰撞杆连接。
[0012]
作为本发明的进一步优选方案，所述碰撞杆内设有弹性部件。
[0013]
本发明还提供了一种上述任一项所述的用于增材制造设备的送铺粉装置的碰撞下粉方法，包括以下步骤：当完成将粉末平铺到工作区域的当前层时，对当前层的扫描截面开始扫描，同时送铺粉装置以第二预设速度进行移动，当移动至任一碰撞起始位置，送铺粉装置以第一预设速度进行继续移动，碰撞杆与工作腔的任一内壁的碰撞导致安装座与插板发生相对运动，使得储粉槽内的粉末通过第二通孔落入远离碰撞内壁的第四通孔，以及落入第四通孔内的粉末通过第三通孔落入刮刀机构的远离碰撞内壁的一侧；当送铺粉装置以第一预设速度移动至工作区域的任一边界后进行反向移动，并以第二预设速度反向移动于任一碰撞起始位置等待，当当前层的扫描截面扫描完成后，送铺粉装置以第二预设速度继续移动并将粉末平铺到工作区域以实现下一层铺粉；重复上述步骤，直至所有层的扫描截面扫描完成结束。
[0014]
作为本发明的进一步优选方案，所述碰撞起始位置为碰撞杆与工作腔的任一内壁开始碰撞的位置。
[0015]
本发明的用于增材制造设备的送铺粉装置，通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：1、本发明在满足送铺粉功能要求的同时，通过插板移动实现送粉，同时插板的移动动力来自铺粉时的平移运动，实现了自身无动力方式便可执行送粉动作，同时送粉量可以通过插板的第四通孔大小可实现调节；而且，最大程度减少了送粉结构的复杂性，减少了动力设备和轴承密封件等的使用，降低了成本，同时增加了使用时安全性、可靠性；2、通过在碰撞与非碰撞两阶段采用不同的移动速度，且在非碰撞阶段的移动速度大于碰撞阶段的移动速度，使得本发明既基本保证了铺粉全行程的铺粉效率，又能保证在碰撞时下粉的流畅性与充足的下落粉量，避免出现缺粉或少粉现象，从而确保了工作的稳定和可靠性；3、本发明的第二通孔和第三通孔错开设置，并通过插板的移动实现了先将储粉槽内的粉末下落至第四通孔，再将第四通孔粉末落入刮刀机构的一侧，且通过插板的第四通孔来承载每一层的送粉量（例如，当第四通孔内的粉末填满后不会继续填入），因此，相比于传统的阀门式下粉，该送铺粉结构使得送粉量更准确。
[0016]
本发明的用于增材制造设备的送铺粉装置的碰撞下粉方法，通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1、通过在碰撞与非碰撞两阶段采用不同的移动速度，且在非碰撞阶段的移动速度大于碰撞阶段的移动速度，使得本发明既基本保证了铺粉全行程的铺粉效率，又能保证在碰撞时下粉的流畅性与充足的下落粉量，避免出现缺粉或少粉现象，从而确保了工作的稳定和可靠性。
[0017]
2、在碰撞时的移动速度可根据粉末流动性进行调节，这样针对粉末流动性差异较大的金属粉末，该方法通过设置不同的移动速度（即不同的撞击速度）来适应粉末的重力下落流动性，从而确保了插板内下落的粉末填满，即避免了缺粉现象。
[0018]
3、本发明在完成将粉末平铺到工作区域的当前层（即越过工作区域，而没有达到工作区域边界），便马上对当前层的扫描截面开始扫描，这样节省了扫描等待时间，而由于每层扫描时间远大于铺粉装置在碰撞阶段和非碰撞阶段的移动时间，因此，本发明采用的碰撞与非碰撞两阶段采用不同的移动速度并没有影响设备的工作效率，即不仅保证了工作效率，还确保了很好的铺粉质量。
附图说明
[0019]
图1为本发明用于增材制造设备的送铺粉装置提供的一实施例的状态一结构截面图；图2为本发明用于增材制造设备的送铺粉装置提供的一实施例的状态二结构截面图；图3为双槽插板示意图；图4为碰撞杆的结构示意图；图5为增材制造设备的布局示意图。
[0020]
图中标号：1、储粉槽；2、第一面板；21、第二通孔；3、插板；31、第四通孔；32、凸柱；4、第二面板；41、第三通孔；5、碰撞杆；6、落粉通道；7、防尘盖板；8、刮刀机构；9、弹簧；a、铺粉后极限位置；b、铺粉前极限位置；c、成型缸；d、铺粉装置；e、前碰撞起始位置；f、后碰撞起始位置。
具体实施方式
[0021]
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0022]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0023]
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于增材制造设备的送铺粉装置，包括：储粉槽1、设置在储粉槽1下的安装座、具有两个第四通孔31的插板3，以及设置于安装座下方的刮刀机构8，所述安装座包括第一面板2、第二面板4，以及位于第一面板2和第二面板4之间的第一通孔，所述插板3可滑动地设置于第一通孔，所述第一面板2上设有与储粉槽1的出粉口相通的第二通孔21，所述第二面板4上设有两个与第二通孔21错开设置的第三通孔41，所述插板3的四角分别通过传动臂连接有碰撞杆5，以当碰撞杆5与工作腔的任一内壁碰撞时，
送铺粉装置d以第一预设速度进行移动，同时安装座与插板3的相对运动使得储粉槽1内的粉末通过第二通孔21落入远离碰撞内壁的第四通孔31，以及落入第四通孔31内的粉末通过第三通孔41落入刮刀机构8的远离碰撞内壁的一侧；而当碰撞杆5与工作腔的任一内壁非碰撞时，送铺粉装置d以第二预设速度进行移动，以实现铺粉。所述第一预设速度小于第二预设速度，且所述第一预设速度可根据储粉槽1内的粉末流动性进行调节。
[0024]
作为本发明的进一步优选方案，所述刮刀机构8的两侧分别设有与第三通孔41相通的落粉通道6；所述送铺粉装置d还包括用于罩盖刮刀机构8和落粉通道6的防尘盖板7，所述落粉通道6和防尘盖板7可用于减少落粉高度较高时扬尘的产生和侧边积粉。
[0025]
所述储粉槽1上自上而下依次设有高料位开关和低料位开关，以当储粉槽1内贮存的由外部供粉箱输送的粉末低于低料位开关时，发送信息给控制系统，以控制外部供粉箱向储粉槽1输送粉末，而当储粉槽1内粉末达到高料位开关时，发送信息给控制系统，以使外部供粉箱停止向储粉槽1输送粉末，以实现粉末的自动输送。储粉槽1内贮存的粉末可确保待打印制件几至几十层粉末的供粉需求。
[0026]
优选地，为了便于器件组装，以及降低器件的制备成本，所述安装座由第一面板2和第二面板4拼接而成，且所述第一面板2为u形，第二面板4为平板形；或者第一面板2为l形，第二面板4为l形。所述插板3分别与第一面板2和第二面板4为滑动配合。进一步优选地，为了保证插板3与第一面板2和第二面板4的滑动稳定前提下，尽可能使得插板3的滑动更流畅，插板3的平行于第一面板2或第二面板4的上下两面的中部顶面略低于两侧顶面，具体数值可根据试验得到，例如可低于0.1-5mm。
[0027]
作为本发明的进一步优选方案，在所述插板3上于平行于插板3运动方向的两侧边分别设有至少两个导向机构，用于对插板3的滑动起导向作用。
[0028]
优选地，如图3所示，所述插板3的每一角具有相隔预设距离的两凸柱32，通过在两凸柱32上分别设置螺栓以将插板3与传动臂的一端连接，传动臂的另一端与碰撞杆5连接。所述预设距离可由设计人员具体设定，这样可使得插板3在移动过程中带出的粉末通过两凸柱32之间的间隙流下，从而避免了积粉。
[0029]
当碰撞杆5与工作腔的任一内壁发生碰撞时，为了避免撞击产生太大振动，减少插板3运动冲击力，优选地，如图4所示，所述碰撞杆5内设有弹性部件，该弹性部件可为弹簧9。所述碰撞杆5的长度可根据需要具体设定，例如可根据送铺粉装置d的两极限位置以及设备的内部空间大小具体设定碰撞杆5的长度，以使送铺粉装置d在两极限位置之前便开始进行碰撞即可。
[0030]
在此需说明的是，上述第二通孔21、第三通孔41和第四通孔31均为长条形状，其可为全部畅通的开孔，也可为不全部畅通的开孔，即有若干个通孔构成，且相邻的通孔之间由加强筋相连。
[0031]
本发明还提供了一种上述任一项所述的用于增材制造设备的送铺粉装置的碰撞下粉方法，包括以下步骤：当完成将粉末平铺到工作区域的当前层时，对当前层的扫描截面开始扫描，同时送铺粉装置d以第二预设速度进行移动，当移动至任一碰撞起始位置，送铺粉装置d以第一预设速度进行继续移动，碰撞杆5与工作腔的任一内壁的碰撞导致安装座与插板3发生相对运动，使得储粉槽1内的粉末通过第二通孔21落入远离碰撞内壁的第四通孔31，以及落入第四
通孔31内的粉末通过第三通孔41落入刮刀机构8的远离碰撞内壁的一侧；当送铺粉装置d以第一预设速度移动至工作区域的任一边界后进行反向移动，并以第二预设速度反向移动于任一碰撞起始位置等待，当当前层的扫描截面扫描完成后，送铺粉装置d以第二预设速度继续移动并将粉末平铺到工作区域以实现下一层铺粉；重复上述步骤，直至所有层的扫描截面扫描完成结束。
[0032]
在此需说明的是，该方法中送铺粉装置d的初始状态可为通过碰撞于刮刀机构8的靠近铺粉起始位置的一侧已经下落了一层粉量，当然，如果送铺粉装置d的初始状态是刮刀机构8的任一侧均没有粉末，则可以将送铺粉装置d移动并与工作腔的一内壁发生碰撞，从而通过碰撞于刮刀机构8的靠近铺粉起始位置的一侧下落一层粉量。另外，本发明的碰撞式的送铺粉装置d可在驱动机构的驱动下，在工作区域进行来回移动以实现送铺粉工作，由于碰撞式的送铺粉装置d具体怎么被驱动机构驱动属于本领域的现有技术，因此在本发明中不做详细阐述。具体地，所述碰撞起始位置为碰撞杆5与工作腔的任一内壁开始碰撞的位置。
[0033]
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面结合图5，并以实施例的形式对本发明的技术方案进行详细阐述。
[0034]
1）送铺粉装置d位于铺粉后极限位置a，当送铺粉装置d开始铺粉时，成型缸c工作平台下降一个层厚，送铺粉装置d以速度80 mm/s从后极限位置向前极限位置运动铺粉。其中，当送铺粉装置d运动至前碰撞起始位置e（即碰撞杆5与工作腔的一内壁开始碰撞）时，铺粉到达，激光开始烧结打印工件，同时送铺粉装置d的移动速度变为15 mm/s，此时在插板3的移动下，插板3与安装座发生相对运动，储粉槽1内的粉末通过第二通孔21落入第四通孔31，且落入第四通孔31或通孔内的粉末通过第三通孔41、落粉通道6落入刮刀机构8的后侧（如图1所示），以用于完成下一层的送粉量。
[0035]
2）送铺粉装置d位于铺粉前极限位置b，当送铺粉装置d开始铺粉时，成型缸c工作平台下降一个层厚，送铺粉装置d按预设的铺粉速度从前极限位置向后极限位置运动铺粉。其中，当送铺粉装置d运动至后碰撞起始位置f时（即碰撞杆5与工作腔的另一内壁开始碰撞），铺粉到达，激光开始烧结打印工件，同时送铺粉装置d的移动速度变为15 mm/s，此时在插板3的移动下，插板3与安装座发生相对运动，储粉槽1内的粉末通过第二通孔21落入第四通孔31或通孔，且落入第四通孔31或通孔内的粉末通过第三通孔41、落粉通道6落入刮刀机构8的前侧（如图2所示），以用于完成下一层的送粉量。
[0036]
3）送铺粉装置d位于铺粉后极限位置a，当开始铺粉时，重复上述1）2）下粉动作。
[0037]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0038]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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