一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備及其鋪粉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，更具體的說，尤其涉及一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備及其鋪粉方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造(Additive Manufacturing)，俗稱3D打印，是指通過材料逐層增加的方式將數(shù)字化模型(3D模型)制造成三維實(shí)體的過程。與傳統(tǒng)的去除材料加工及變形加工相比，逐層加工的增材制造技術(shù)具有制造過程直接而無(wú)需工模具，不受結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度限制而為設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供更自由的空間，材料利用率高，制造過程節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)突出，滿足了工業(yè)領(lǐng)域單件小批量制品、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域定制化的植入體、文化創(chuàng)意展示品、個(gè)性化日用品及其他眾多領(lǐng)域物品制作日益發(fā)展的需求。
[0003]增材制造技術(shù)，尤其是粉末基增材制造技術(shù)，集成了高能束(激光或電子束)、機(jī)械、自動(dòng)控制、精密傳動(dòng)、材料科學(xué)與工程、化學(xué)、CAD/CAM等技術(shù)，從三維模型通過逐層掃描的模式直接制造最終產(chǎn)品，具有不受模型形狀限制、完全的冶金結(jié)合，致密度近乎100%。粉末基增材制造由于具有各種優(yōu)勢(shì)而得到快速發(fā)展，現(xiàn)已應(yīng)用到航空航天、軍工、汽車、醫(yī)療、文化創(chuàng)意、消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。
[0004]粉末基增材制造(SLS/SLM/EBM/3DP)是復(fù)雜產(chǎn)品部件制造的重要方式，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在:
(1)使用高功率的能量束如激光束、電子束等，對(duì)熔點(diǎn)高、難加工的金屬材料可直接加工成最終廣品；
(2)制造的金屬零件具有冶金結(jié)合的特點(diǎn)，其致密度幾乎達(dá)到100%，性能超過傳統(tǒng)鑄造件，和鍛造件接近；
(3)采用分層實(shí)體制造技術(shù)，成型件不受幾何復(fù)雜度的影響，對(duì)任意復(fù)雜金屬零件可直接制造，適用于個(gè)性化定制及小批量生產(chǎn)；
(4)零件近凈成形，機(jī)加余量小，材料利用率高，粉末材料可回收利用；
(5)可用的材料來(lái)源廣泛，陶瓷材料、高分子材料、金屬材料，只要做出顆粒合適的粉末，均可用于粉末基增材制造；
(6)無(wú)模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生產(chǎn)成本低，適于新產(chǎn)品的開發(fā)。
[0005]現(xiàn)有的粉末基增材制造的鋪粉方式是:平行布置成型缸和送粉缸，采用單向鋪粉，燒結(jié)一層之后，成型缸下降一層燒結(jié)層厚度，供粉缸上升擠出一定量的粉末，鋪粉輥或刮板將供粉缸粉末平鋪到成型缸，然后開始燒結(jié)或熔融，待該層橫截面全部燒結(jié)后，再使成型缸下降一層燒結(jié)厚度，之后再供粉、鋪粉，循環(huán)往復(fù)此過程，最終完成零部件的增材制造。
[0006]現(xiàn)有粉末基增材制造鋪粉技術(shù)的缺點(diǎn):(I)大多數(shù)都采用滾筒鋪粉、或者是刮板刮粉的方式，此鋪粉方式為單向鋪粉，效率低；(2)鋪粉輥將粉末材料鋪展到成型缸過程中，會(huì)在鋪粉輥前端造成大量粉末堆積，當(dāng)堆積量太大時(shí)，粉末會(huì)溢滿到鋪粉輥后方，造成已鋪粉末的破壞，同時(shí)，由于摩擦的作用，粉末的堆積對(duì)已成型層也有不利影響；(3)采用刮板刮粉時(shí)，由于未對(duì)已鋪平粉末進(jìn)行壓實(shí)，降低了粉末的密度，從而降低了成型件的致密度、提高了孔隙率;(4)現(xiàn)有鋪粉技術(shù)只能鋪一種粉末，不能實(shí)現(xiàn)多種粉末的鋪覆，對(duì)復(fù)合材料、多層材料無(wú)能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有的粉末基增材制造技術(shù)加以改進(jìn)，以及對(duì)鋪粉過程中的問題加以解決，提供了一種全新的、高效的、高質(zhì)量的雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備及其鋪粉方法。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明是一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備，包括增材制造成型缸、粉末回收缸、自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)和自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，所述增材制造成型缸下部連接有升降機(jī)構(gòu)，左右兩側(cè)分別對(duì)稱布置有一個(gè)粉末回收缸，正上方設(shè)有對(duì)稱分布的左、右兩個(gè)自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，左自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)和右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)的出粉口分別對(duì)準(zhǔn)增材制造成型缸的左邊緣內(nèi)側(cè)和右邊緣內(nèi)側(cè)，自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)通過設(shè)在左右走向的鋪粉輔助導(dǎo)軌上的可移動(dòng)滑塊與鋪粉輔助導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，其能沿鋪粉輔助導(dǎo)軌來(lái)回滑動(dòng)對(duì)落在增材制造成型缸上表面的粉末進(jìn)行鋪粉及壓實(shí)。
[0010]優(yōu)選的，自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)包括載粉器和定量送粉機(jī)構(gòu)，兩者呈上下設(shè)置且連通，出粉口設(shè)在定量送粉機(jī)構(gòu)底部。
[0011]優(yōu)選的，上述載粉器內(nèi)設(shè)置有預(yù)熱板，預(yù)熱板能對(duì)粉末進(jìn)行預(yù)熱，定量送粉機(jī)構(gòu)包括定量送粉齒輪、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三和保護(hù)殼，保護(hù)殼為上方設(shè)有與載粉器連通的進(jìn)粉口、底部設(shè)有出粉口的封閉殼體，其具有圓形內(nèi)壁面，定量送粉齒輪通過能帶其轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)軸安裝于保護(hù)殼內(nèi)，傳動(dòng)軸由驅(qū)動(dòng)電機(jī)三驅(qū)動(dòng)，定量送粉齒輪的齒頂與保護(hù)殼內(nèi)壁圓周相切。
[0012]優(yōu)選的，上述載粉器內(nèi)設(shè)有粉末量檢測(cè)傳感器，用以對(duì)粉末量進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)粉末量低于某一值時(shí)，則會(huì)報(bào)警提示添加粉末。
[0013]優(yōu)選的，上述進(jìn)粉口和出粉口的傾斜角大于對(duì)應(yīng)粉末的安息角。
[0014]優(yōu)選的，上述自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)包括粉末柔性刮板、清潔器、粉末壓實(shí)輥筒和輥筒傳動(dòng)軸，粉末壓實(shí)輥筒套裝在輥筒傳動(dòng)軸上與之固定，輥筒傳動(dòng)軸兩端通過軸承與可移動(dòng)滑塊連接且軸端連接有能驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，其中粉末壓實(shí)輥筒前后各設(shè)一張粉末柔性刮板，清潔器設(shè)置在粉末壓實(shí)輥筒上方能清潔其表面附著的粉末。
[0015]優(yōu)選的，上述的粉末柔性刮板和粉末壓實(shí)輥筒下部有高度差，高度差為粉末的壓實(shí)量，且高度差可調(diào)節(jié)，可根據(jù)不同種粉末調(diào)節(jié)高度差的大小。
[0016]優(yōu)選的，上述粉末回收缸的上表面與增材制造成型缸的上表面在同一水平面上，用于對(duì)同種或不同種粉末進(jìn)行回收。
[0017]—種基于權(quán)利要求1所述的雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備的鋪粉方法，其特征在于包括以下步驟:
A、設(shè)備回零，啟動(dòng)自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，對(duì)載粉器進(jìn)行添加粉末；
B、在粉末量充足時(shí)，左自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)先工作，打開驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)三，定量送粉齒輪開始送粉，粉末從出粉口落入增材制造成型缸左邊緣；
C、啟動(dòng)自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)，自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)在鋪粉輔助導(dǎo)軌上自左向右滑動(dòng)，粉末柔性刮板將粉末均勻的鋪平在增材制造成型缸上，并且由粉末壓實(shí)輥筒進(jìn)行壓實(shí)，多余的粉末刮入右粉末回收缸；
D、鋪粉完成，打開高能束，按照計(jì)算機(jī)輸入的掃描路徑對(duì)該層粉末進(jìn)行燒結(jié)或者熔融；
E、進(jìn)行第二層鋪粉，增材制造成型缸在升降機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，下降一層粉末厚度，右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)開始工作，定量送粉齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)、送粉，自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)從右往左鋪平、壓實(shí)粉末，多余的粉末刮入左粉末回收缸，實(shí)現(xiàn)雙向鋪粉；
F、鋪粉完成，打開高能束，按照計(jì)算機(jī)輸入的掃描路徑對(duì)該層粉末進(jìn)行燒結(jié)或者熔融；
G、重復(fù)步驟B?F，直至成型件加工完成。
[0018]優(yōu)選的，上述左自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)和右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)的載粉器添加的粉末類型相同或不同。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，(I)本發(fā)明設(shè)有兩套自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，鋪覆同種粉末時(shí)可來(lái)回鋪粉，提高效率;對(duì)于異種粉末材料的鋪覆，可實(shí)現(xiàn)層與層交替鋪粉，為復(fù)合材料及多層材料的制備提供了解決方案；(2)本發(fā)明在保證成型精度的前提下，可通過定量送粉齒輪實(shí)現(xiàn)定量送粉，送粉量根據(jù)每層粉末的體積而定，同時(shí)減少粉末的供應(yīng)量，對(duì)粉末進(jìn)行預(yù)熱，減少粉末團(tuán)聚現(xiàn)象；(3)由于本發(fā)明采取了較為特殊的鋪粉方式即鋪粉與壓實(shí)同時(shí)進(jìn)行，保證了鋪粉質(zhì)量，有助于增加成型件的質(zhì)量，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)雙向鋪粉，提高效率;(4)本發(fā)明設(shè)有兩個(gè)粉末回收缸，粉末回收缸的上表面與成型缸上表面平齊，可用于對(duì)不同種粉末分別進(jìn)行回收。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視簡(jiǎn)圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視簡(jiǎn)圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)截面圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)截面圖。
[0024]附圖中的標(biāo)號(hào)的名稱分別是:1-增材制造成型缸，2a_左粉末回收缸，2b_右粉末回收缸，3-鋪粉輔助導(dǎo)軌，4-自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)，5-可移動(dòng)滑塊，6-螺釘，7-驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，8-驅(qū)動(dòng)電機(jī)二，9-升降機(jī)構(gòu)，1a-左自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，1b-右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，11-粉末柔性刮板，12-粉末壓實(shí)輥筒，13-輥筒傳動(dòng)軸，14-清潔器，15-載粉器，16-預(yù)熱版，17-定量送粉齒輪，18-傳動(dòng)軸，19-進(jìn)粉口，20-出粉口，21-保護(hù)殼，22-驅(qū)動(dòng)電機(jī)三。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026]如圖1和圖2所示，本發(fā)明是一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設(shè)備，包括增材制造成型缸1、粉末回收缸、自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)4和自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)，所述增材制造成型缸I下部連接有升降機(jī)構(gòu)9用以控制其升降，左右兩側(cè)分別對(duì)稱布置有左粉末回收缸2a和右粉末回收缸2b，在本實(shí)施例中，兩個(gè)粉末回收缸外形尺寸及結(jié)構(gòu)完全相同，增材制造成型缸I正上方設(shè)有對(duì)稱分布的左、右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)1a、1b，兩套自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)同種材料的雙向鋪粉或異種材料的層與層交替鋪粉，為復(fù)合材料或多層材料的制備提供了解決方案，左自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)1a和右自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)1b的兩個(gè)出粉口 20分別對(duì)準(zhǔn)增材制造成型缸I的左邊緣內(nèi)側(cè)和右邊緣內(nèi)側(cè)，自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)4通過設(shè)在左右走向的鋪粉輔助導(dǎo)軌3上的可移動(dòng)滑塊5與鋪粉輔助導(dǎo)軌3滑動(dòng)連接，可移動(dòng)滑塊5由驅(qū)動(dòng)電機(jī)二8驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)鋪粉機(jī)構(gòu)4在可移動(dòng)滑塊5帶動(dòng)下能沿鋪粉輔助導(dǎo)軌3來(lái)回滑動(dòng)對(duì)落在增材制造成型缸I上表面的粉末進(jìn)行鋪粉及壓實(shí)，其中左、右粉末回收缸2a、2b的上表面與增材制造成型缸I的上表面在同一水平線上，通過邊緣緊貼的方式設(shè)置或通過連接板無(wú)逢連接，用于對(duì)同種或不同種粉末進(jìn)行回收，又或者不在同一水平線上但需用傾斜引導(dǎo)板將左、右粉末回收缸2a、2b的邊緣和增材制造成型缸I的邊緣無(wú)逢連接起來(lái)。
[0027]如圖3所示，作為進(jìn)一步改進(jìn)，自動(dòng)送粉機(jī)構(gòu)包括載粉器15和定量送粉機(jī)構(gòu)，兩者呈上下設(shè)置且連通，出粉口20設(shè)在定量送粉機(jī)構(gòu)底部，其中載粉器