铺粉装置、粉末供给装置、3D打印设备以及方法与流程

本发明实施例涉及3d打印技术领域，特别涉及一种铺粉装置、粉末供给装置、3d打印设备以及方法。

背景技术：

以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3d打印技术为代表的新制造技术将推动第三次工业革命的进程。3d打印技术，就是在计算机中将cad模型分成若干层，通过3d打印设备在一个平面上按照3dcad层图形，将塑料、金属甚至陶瓷等材料烧结或者熔合在一起，然后再一层一层的叠加起来，通过每一层的熔合凝固叠加，最后形成一个三维物体零件。

3d打印技术在首饰、鞋类、汽车，航空航天、医疗产业、地理信息系统、枪支以及其他领域都有所应用。3d打印技术作为战略性新兴产业，得到世界上一些发达国家高度重视并积极推广该技术。3d打印技术作为整个3d打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用3d打印技术直接制造功能梯度零件成为了3d打印技术重要的发展方向。而铺粉装置是3d打印设备中重要的组成部分，其铺粉的稳定性和可靠性对成型零件的精度和质量都有着重要的影响。但是在已有的制造功能梯度零件技术中，存在工件功能梯度不够精细、原粉浪费严重的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种铺粉装置、粉末供给装置、3d打印设备以及方法，具有工件组织功能梯度精细、原粉使用率高等优点，有效地提高了工件质量，降低了制造成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种铺粉装置，包括成型缸、设于成型缸上表面的粉床、刮粉装置，刮粉装置包括第一刮粉板、第二刮粉板、固定于粉床上的第一驱动机构以及第二驱动机构；第一驱动机构用于驱动第一刮粉板在粉床的横向方向上往复运动，第二驱动机构用于驱动第二刮粉板在粉床的纵向方向上往复运动，第二驱动机构固定安装于第一刮粉板上，且第一刮粉板的下边沿与第二刮粉板的下边沿平齐。

为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种粉末供给装置，包括原粉供给装置、混粉装置以及如上所述的铺粉装置；原粉供给装置包括由上到下依次设置的原粉仓、第一定量送粉泵以及缓冲仓，混粉装置包括混粉仓、于混粉仓安装的混粉桨以及第二定量送粉泵；混粉仓具有一出粉口，第二定量送粉泵安装于混粉仓内，缓冲仓与混粉仓连通，出粉口位于粉床的上方。

为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种3d打印设备，包括如上所述的粉末供给装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种如上所述的粉末供给装置供给粉末的方法，包括如下步骤：

计算取粉：通过程序计算每层铺粉所需粉量，然后通过第一定量送粉泵将粉末按需要量送入混粉仓；

混粉：驱动混粉桨搅拌各种原粉的混合粉，使之均匀化；

供粉至粉床：计算出每层铺粉所需粉量，通过第二定量送粉泵将混合粉定量供给给粉床；

铺粉：推动第一刮粉板刮粉，同时驱动第二刮粉板刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板到达终点时，熔融固化粉末材料；

反向铺粉：升降台下降一个层高，混粉仓定量供粉，第一刮粉板做反向运动进行刮粉，同时第二刮粉板粉板做反向运动进行刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板到达终点时，熔融固化粉末材料；

如此循环往复。

本发明实施例相对于现有技术而言，通过第一驱动机构驱动第一刮粉板在粉床的横向方向上往复运动，第二驱动机构驱动第二刮粉板在粉床的纵向方向上往复运动，第二驱动机构固定安装于第一刮粉板上，这样第一刮粉板可以在粉床的横向刮粉，第二刮粉板一方面可以在第一刮粉板的联动下在粉床的横向刮粉，另一方面还可以在粉床的纵向方向上刮粉，使得第二刮粉板做曲线运动，第一刮粉板的做直线运动，避免了无效铺粉，起到减少原粉用量的作用，此外，第一刮粉板的下边沿与第二刮粉板的下边沿平齐，保证了铺粉厚度的一致性，从而提高了工件组织功能梯度以及原粉使用率高，有效地提高了工件质量，降低了制造成本。

另外，第一驱动机构包括第一电机以及第一丝杠，电机通过所述第一丝杠与第一刮粉板传动连接。

另外，粉床具有一工件成型区域，刮粉装置还包括与第一丝杠相对设置的导轨，工件成型区域位于第一丝杠与导轨之间，第一刮粉板的两端分别活动安装于第一丝杠与导轨上。

另外，第二刮粉板的个数为2个，2个第二刮粉板朝远离彼此的方向运动，且2个第二刮粉板的起始间距、终止间距为工件成型区域上两点连线最大距离的35％～120％。

另外，成型缸具有一开口槽，开口槽内安装有升降台，升降台的外壁紧贴开口槽的外壁，升降台的上表面在水平面上的投影位于工件成型区域在水平面上的投影内。

另外，工件成型区域呈圆形，粉床具有第二刮粉板的运动轨迹，运动轨迹包括沿着工件成型区域的外轮廓向外延伸形成的等距随形曲线、等距随形曲线与第二刮粉板运动起始点的连线以及等距随形曲线与第二刮粉板运动终止点的连线。

另外，成型缸具有至少2个返料槽，返料槽分别位于粉床的相对两边缘。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例1中的铺粉装置的俯视图；

图2是本发明实施例1中的铺粉装置的截面图；

图3是本发明实施例2中的粉末供给装置的结构示意图。

具体实施例

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施例涉及一种铺粉装置，如图1～2所示，该铺粉装置包括成型缸1、设于成型缸1上表面的粉床2、刮粉装置3，刮粉装置3包括第一刮粉板3-1、第二刮粉板3-2、固定于粉床2上的第一驱动机构以及第二驱动机构；第一驱动机构用于驱动第一刮粉板3-1在粉床2的横向方向上往复运动，第二驱动机构用于驱动第二刮粉板3-2在粉床2的纵向方向上往复运动，第二驱动机构固定安装于第一刮粉板3-1上，且第一刮粉板3-1的下边沿与第二刮粉板3-2的下边沿平齐。

进一步地，粉床2具有一工件成型区域2-1，刮粉装置3还包括与第一驱动机构相对设置的导轨4，工件成型区域位于第一驱动机构与导轨4之间，第一刮粉板3-1的两端分别安装于第一驱动机构与导轨4，具体地，第一驱动机构包括第一电机3-3以及第一丝杠3-4，第一丝杠3-4与导轨4平行设置，工件成型区域2-1位于第一丝杠3-4与导轨4之间。第一电机3-3与第一刮粉板3-1的一端通过第一丝杠3-4传动连接，第一刮粉板3-1的另一端与导轨4滑动配合，由此可见，第一丝杠3-4在第一电机3-3的驱动下运动，从而带动第一刮粉板3-1的一端运动，第一刮粉板3-1的另一端在导轨4中滑动。从而实现第一刮粉板3-1在粉床2的横向方向上往复运动。

此外，第二驱动机构包括第二电机3-5以及第二丝杠3-6，第二电机3-5固定于第一刮粉板3-1上，第一电机3-3驱动第一刮粉板3-1在粉床2的横向方向上往复运动，第二刮粉板3-2随着第一刮粉板3-1在粉床2的横向方向上运动，与此同时，第二丝杠3-6在第二电机3-5的驱动下运动，从而带动第二刮粉板3-2在粉床2的纵向方向上往复运动，第二刮粉板3-2的横向与纵向的运动使得第二刮粉板3-2做曲线运动。

具体地，第一刮粉板3-1、第二刮粉板3-2的个数为2个，2个第二刮粉板3-2朝远离彼此的方向运动，且2个第二刮粉板3-2的起始间距、终止间距为工件成型区域2-1上两点连线最大距离的35％～120％，作为一种优选实施例，2个第二刮粉板3-2朝远离彼此的方向运动，且2个第二刮粉板3-2的起始间距、终止间距为工件成型区域2-1上两点连线最大距离的优选值为50％～80％。需要说明的是，每个第二刮粉板3-2分别对应一个第二电机3-5以及一个第二丝杠3-6，即一个第二电机3-5驱动一个第二刮粉板3-2。

需要注意的是，成型缸1为柱状壳体，且具有一开口槽1-1，开口槽1-1内安装有升降台5以及用于驱动升降台5上下往复运动的第三电机5-1，升降台5的外壁紧贴开口槽1-1的外壁，升降台5的上表面在水平面上的投影位于工件成型区域2-1在水平面上的投影内，具体地，工件成型区域2-1可以呈圆形，工件成型区域2-1呈圆形，粉床2具有所述第二刮粉板3-2的运动轨迹3-2-1，运动轨迹3-2-1包括沿着工件成型区域2-1的外轮廓向外延伸形成的等距随形曲线、等距随形曲线与第二刮粉板3-2运动起始点的连线以及等距随形曲线与第二刮粉板3-2运动终止点的连线。具体如图2中的虚线部分，因此每层铺粉能够在保证铺粉质量的前提下最大限度地减少粉末用量，从而降低了成本。

值得一提的是，成型缸1具有至少2个返料槽1-2，返料槽1-2分别位于粉床2的相对两边缘，具体地，返料槽1-2用于收集粉床2上的多余粉末，以实现重复利用。

本发明实施例相对于现有技术而言，通过第一驱动机构驱动第一刮粉板在粉床的横向方向上往复运动，第二驱动机构驱动第二刮粉板在粉床的纵向方向上往复运动，第二驱动机构固定安装于第一刮粉板上，这样第一刮粉板可以在粉床的横向刮粉，第二刮粉板一方面可以在第一刮粉板的联动下在粉床的横向刮粉，另一方面还可以在粉床的纵向方向上刮粉，使得第二刮粉板做曲线运动，第一刮粉板的做直线运动，避免了无效铺粉，起到减少原粉用量的作用，此外，第一刮粉板的下边沿与第二刮粉板的下边沿平齐，保证了铺粉厚度的一致性，从而提高了工件组织功能梯度以及原粉使用率高，有效地提高了工件质量，降低了制造成本。

本发明的第二实施例涉及一种粉末供给装置，如图3所示，该粉末供给装置包括原粉供给装置、2个混粉装置以及如实施例1中所述的铺粉装置；原粉供给装置包括由上到下依次设置的原粉仓6、第一定量送粉泵7以及缓冲仓8，混粉装置包括混粉仓9、于混粉仓9安装的混粉桨10以及第二定量送粉泵11；混粉仓9具有一出粉口9-1，第二定量送粉泵11安装于混粉仓9内，缓冲仓8与混粉仓9连通，出粉口9-1位于粉床2的上方。

具体地，原粉仓6的数量是原粉种类数量的2倍，每个原粉仓6里装有一种原粉，在本实施例中，原粉可以为2种，原粉为金属粉末、非金属粉末以及它们的混合体，具体地，原粉可以是铝基粉末和碳化硅原粉。即原粉仓6的数量为4个，分别装有铝基粉末和碳化硅原粉。当然，原粉也可以是多种，本实施例在此不一一赘述。

进一步地，混粉装置还包括用于驱动混粉桨10运动的第四电机12。

此外，本实施例中的粉末供给装置还包括装置的各种运动的测控及相关数据的计算与模型的建立处理的电子系统。

进一步地，一种上述粉末供给装置供给粉末的方法，包括如下步骤：

计算取粉：通过程序计算每层铺粉所需粉量，结合同一原粉配比铺粉的层数，从而计算出本次混粉的量，进一步计算出每种原粉的量，然后通过第一定量送粉泵7将粉末按需要量送入混粉仓9；

混粉：开启第四电机12，驱动混粉桨10搅拌各种原粉的混合粉，使之均匀化；

供粉至粉床：计算出每层铺粉所需粉量，通过第二定量送粉泵11将混合粉定量供给给粉床2；

铺粉：通过第一电机3-3驱动第一丝杠3-4，推动第一刮粉板3-1刮粉，同时通过第二电机3-5驱动第二丝杠3-6驱动第二刮粉板3-2刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板3-1到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料，热源通常为激光或电子束；

反向铺粉：升降台5下降一个层高(为0.2mm)，混粉仓9定量供粉，第一刮粉板3-1做反向运动进行刮粉，同时第二刮粉板3-2粉板做反向运动进行刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料；

如此循环往复，完成工件13的成型。

需要说明的是，每次混粉量为n层铺粉所需的量，最少为1层铺粉所需的量。理想情况为1层一个配比，混一次粉，但这样工作量比较大，具体可根据工件要求适当增加每次混粉的量，以降低工件成本。

本发明的第三实施例涉及一种3d打印设备，该设备包括如实施例2所述的粉末供给装置。

本发明的第四实施例涉及一种3d打印碳化硅增强铝基复合材料梯度圆柱件用粉末的供给方法，其中碳化硅比例从1％渐变到15％，该方法包括如下步骤：

计算取粉：通过程序计算每层铺粉所需粉量，每10层铺粉混一次料，从而计算出本次混粉的量，进一步计算出每种原粉的量，然后通过第一定量送粉泵7将粉末按需要量送入混粉仓9；

混粉：开启第四电机12，驱动混粉桨10搅拌各种原粉的混合粉，使之均匀化；

供粉至粉床：计算出每层铺粉所需粉量，通过第二定量送粉泵11将混合粉定量供给给粉床2；

铺粉：通过第一电机3-3驱动第一丝杠3-4，推动第一刮粉板3-1刮粉，同时通过第二电机3-5驱动第二丝杠3-6驱动第二刮粉板3-2刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板3-1到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料，热源通常为激光；

反向铺粉：升降台5下降一个层高(为0.2mm)，混粉仓9定量供粉，第一刮粉板3-1做反向运动进行刮粉，同时第二刮粉板3-2粉板做反向运动进行刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料；

如此循环往复，完成工件13的成型。

需要说明的是，每次混粉量为5层铺粉所需的量，从而形成工件(19)的成分与功能梯度。

此外，本实施例中的2个第二刮粉板3-2的起始间距、终止间距为工件成型区域2-1上两点连线最大距离的60％。

本发明的第五实施例涉及一种3d打印铝铜梯度圆柱件用粉末的供给方法，其中铜的比例从1％渐变到100％，该方法包括如下步骤：

计算取粉：通过程序计算每层铺粉所需粉量，每15层铺粉混一次料，从而计算出本次混粉的量，进一步计算出每种原粉的量，然后通过第一定量送粉泵7将粉末按需要量送入混粉仓9；

混粉：开启第四电机12，驱动混粉桨10搅拌各种原粉的混合粉，使之均匀化；

供粉至粉床：计算出每层铺粉所需粉量，通过第二定量送粉泵11将混合粉定量供给给粉床2；

铺粉：通过第一电机3-3驱动第一丝杠3-4，推动第一刮粉板3-1刮粉，同时通过第二电机3-5驱动第二丝杠3-6驱动第二刮粉板3-2刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板3-1到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料，热源通常为电子束；

反向铺粉：升降台5下降一个层高(为0.15mm)，混粉仓9定量供粉，第一刮粉板3-1做反向运动进行刮粉，同时第二刮粉板3-2粉板做反向运动进行刮粉；

熔融固化成型：当第一刮粉板到达终点时，通过热源熔融固化粉末材料；

如此循环往复，完成工件13的成型。

需要说明的是，每次混粉量为5层铺粉所需的量，从而形成工件(19)的成分与功能梯度。

此外，本实施例中的2个第二刮粉板3-2的起始间距、终止间距为工件成型区域2-1上两点连线最大距离的75％。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。