專利名稱：一種粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于增材制造(快速制造)領(lǐng)域，具體涉及到一種粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于粉床工藝制造實體零件是目前增材制造(快速制造)領(lǐng)域最常用的工藝方法之一。根據(jù)成形原理和實現(xiàn)方式的不同，主要包括選擇性激光燒結(jié)(Selective LaserSintering, SLS),選擇性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM),直接金屬粉末激光燒結(jié)(Direct Metal Laser Sintering, DMLS)和電子束溶化(Flectron Beam Melting, EBM)等。SLS是利用低功率激光燒結(jié)低熔點高分子粉末材料；SLM是利用高能束激光直接熔化金屬粉末；DMLS是采用激光對二元金屬進(jìn)行燒結(jié)，熔化低熔點金屬實現(xiàn)成形；EBM采用電子束熔化金屬粉末。大致流程如下:首先，在工作臺(平面)上均勻鋪一層很薄的粉末材料；然后，計算機(jī)根據(jù)成形零件的截面數(shù)據(jù)控制加工源(如激光、電子束等)對粉末進(jìn)行分區(qū)掃描，在該層截面輪廓內(nèi)的粉末經(jīng)燒結(jié)或熔化后粘結(jié)在一起，并與下面已加工實體連接為一體；一層完成后，工作臺下降一個層厚，由鋪粉機(jī)構(gòu)在已成形實體表面再鋪一個層厚的粉末材料；重復(fù)該過程，直至三維實體完成。基于粉床的增材制造工藝具有成形精度高、可成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)等突出優(yōu)點。作為重要的工藝基礎(chǔ)之一，送鋪粉方法及實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定性、可靠性與連續(xù)性對粉床增材制造的成形速度與精度具有重要影響。同時，鋪粉方式也對成形材料的利用率有很大影響。因此，送鋪粉方法及其實現(xiàn)裝置是粉床增材制造裝備的關(guān)鍵部分。一般送鋪粉機(jī)構(gòu)由供粉設(shè)備與鋪粉設(shè)備構(gòu)成。通常采用上送粉或下送粉機(jī)構(gòu)為成形供應(yīng)所需的粉末。下送粉是現(xiàn)有最傳統(tǒng)的粉末送粉方式，這種送粉方式成熟，在現(xiàn)有的增材制造機(jī)中應(yīng)用較多 。但下送粉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要在成形工作缸平行位置配置供粉腔，從而導(dǎo)致成形機(jī)的整體尺寸較大、機(jī)器制造成本較高。另外，下送粉機(jī)構(gòu)具有中途不能添加粉末的缺陷。當(dāng)加工較大零件，粉末不夠時須停止加工過程，打開成型腔予以添加粉末。這樣不僅增加加工成本，耗費工時，還可能影響零件的成形質(zhì)量。上送粉機(jī)構(gòu)一般需要在成型腔內(nèi)安置上置粉箱，需要占據(jù)較大的成型腔的空間，且粉末從高處落下，容易造成部分粉料撒落在工作加工區(qū)之外，造成工作環(huán)境的污染和粉料的浪費?，F(xiàn)有的鋪粉多采用雙側(cè)水平導(dǎo)軌，即兩個平行的導(dǎo)軌控制鋪粉機(jī)構(gòu)的左右運動。由于導(dǎo)軌由滾珠絲杠控制精度，帶輪傳動，快速成型機(jī)成型腔的工作缸的兩側(cè)需安置帶輪，占據(jù)了很大空間，甚至比工作區(qū)域還要大。圖1所示是現(xiàn)在比較常用的用于快速成型下送粉輥筒鋪粉方式的快速成形腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖。送粉缸I和用于回收粉末的落粉缸5與工作缸4平行放置；工作缸的兩側(cè)安裝有帶動鋪粉輥運動的帶輪絲杠等傳動裝置；送粉缸、落粉缸和傳動裝置使成形腔空間大大增加，導(dǎo)致成型機(jī)的整體尺寸較大，增加了機(jī)器的制造成本。同時過大的成形腔不利于均勻預(yù)熱和嚴(yán)格的氣氛控制，會極大地影響成形質(zhì)量。此外，現(xiàn)在的送鋪粉方式主要是串行工作，即先由送粉缸上升一定高度，供應(yīng)適量粉末，然后由傳動裝置帶動鋪粉機(jī)構(gòu)鋪粉，鋪粉完畢后鋪粉機(jī)構(gòu)回到初始位置，加工源開始加工。送鋪粉的為一系列串行動作，耗時較長。
以粉末為原料的增材制造技術(shù)是一頂能夠?qū)崿F(xiàn)近全致密復(fù)雜精細(xì)金屬零部件快速制造的先進(jìn)制造技術(shù)，可廣泛用于航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。由于受現(xiàn)有送粉及鋪粉的方式的限制，以粉末為原料的增材制造技術(shù)，只能成形單一成分的材料。但是，有時人們常常希望同一件材料的不同部位具有不同的性質(zhì)和功能。最好的解決方法是采用梯度材料。梯度材料的基本思想是根據(jù)具體要求，選擇使用兩種具有不同性能的材料，通過連續(xù)的改變兩種材料的組成和結(jié)構(gòu)，內(nèi)部界面消失，從而得到功能相應(yīng)于組成和結(jié)構(gòu)變化而漸變的均值材料，以減少和克服結(jié)合部位的性能不匹配因素?，F(xiàn)有的送粉方式主要有工作缸的上移送粉和移動斗式送粉，不能根據(jù)成形梯度材料的要求實時改變粉末的比例組成。中國專利CN202062079U介紹了一種直接制造梯度材料零件的裝置，該裝置采用兩個裝粉料斗分開鋪粉，裝有第一種粉末的料斗鋪粉成形到一定厚度后，再由裝有另一種粉末的漏斗鋪粉，只能用于堆積方向為兩種不同材料的成形，且粉末回收困難，最終易造成材料的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
為解決背景技術(shù)所述現(xiàn)有基于粉床的增材制造技術(shù)中無法實現(xiàn)隨動送鋪粉和無法制備任意成分的梯度材料的問題，本發(fā)明提供了一種粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于拆裝，大幅度減小了成型腔的體積，提高加工效率。

本發(fā)明提供的一種粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括送粉機(jī)構(gòu)、鋪粉機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)；送粉機(jī)構(gòu)包括送粉箱體和位于送粉箱體內(nèi)的至少一個送粉組件,每個送粉組件均包括料斗、電機(jī)和活塞，活塞安裝在料斗內(nèi)，活塞由電機(jī)控制在料斗內(nèi)上、下移動，活塞上方用于放置粉末；鋪粉機(jī)構(gòu)包括安裝在送粉箱體的底部的刮板；傳動機(jī)構(gòu)與送粉箱體連接，以帶動送粉箱體在垂直于工作臺的平面內(nèi)移動。本發(fā)明所述的送鋪粉機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:1.減小了成型腔的體積將導(dǎo)軌由原先的固定在工作臺面上改為固定在成型腔側(cè)壁上后，送粉鋪粉同時進(jìn)行的隨動方式，送鋪粉機(jī)構(gòu)整體設(shè)計，減去了如圖1中傳統(tǒng)快速成型機(jī)的送粉缸、落粉缸等結(jié)構(gòu)和安置帶輪的空間，最大限度的減少送鋪粉機(jī)構(gòu)的占用空間，大大減小了裝備體積，降低了制造成本，改善了成形環(huán)境。2.節(jié)約粉末用量，提高送鋪粉效率采用隨動送鋪粉方法，送鋪粉機(jī)構(gòu)整體設(shè)計，送粉的同時即時鋪粉，并且可以實現(xiàn)局部區(qū)域鋪粉，可以保證鋪粉僅鋪滿成形區(qū)域及附近，顯著提高粉末利用率和送鋪粉效率。3.減小粉末污染，保護(hù)成型腔內(nèi)器件粉末增材制造環(huán)境一般較差，經(jīng)常需要高能量密度熱源(如激光)對粉體進(jìn)行熔化或燒結(jié)，這些過程均伴隨粉末揮發(fā)、飛濺等現(xiàn)象，因而粉末易黏著在工作平面上的諸如軸承、鉸鏈或運動部件上，影響其工作的可靠性，甚者阻礙設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。本發(fā)明中，鋪粉機(jī)構(gòu)的運動部件置于側(cè)壁上，不易受到污染。4.保證了鋪粉機(jī)構(gòu)的剛度將導(dǎo)軌由原先的固定在工作臺面上改為固定在成型腔側(cè)壁上后，剛度減小，影響鋪粉過程的穩(wěn)定性，長方體需要適量的重量保證剛度，我們將長方體當(dāng)作粉箱，裝入粉末，在實現(xiàn)隨動送粉的同時保證了鋪粉機(jī)構(gòu)的剛度。5.采用逆向供粉裝置由活塞向上運動供粉，避免了重力式供粉裝置由于振動等原因易漏粉的缺陷。6.可實現(xiàn)多組分粉末混合的梯度材料的成形，且可以在線調(diào)節(jié)成分比。成形多種材料混合成分不斷變化的復(fù)合材料時，可根據(jù)需要在箱體中安裝多個裝有不同粉末的料斗。調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)單位時間內(nèi)活塞位移，調(diào)節(jié)多種粉末的成分比。


圖1是傳統(tǒng)的快速成型腔的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2是本發(fā)明機(jī)構(gòu)的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中箱體部分的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；上述圖中:1_送粉缸；2_鋪粉輥；3，3'-帶輪；4_工作缸；5_落粉缸；6_加料口 ； ,Τ -導(dǎo)軌；8，8'-滑塊；9-成型腔內(nèi)壁；10，10'-固定板；11，11' _刮板；12-成形工作臺；13-送粉箱體；14，14'-溢粉口；15，15'-粉末Α，B ; 16，16' _活塞；17-攪拌器;18，18'-料斗；19-下粉倉；20-下粉口；21，21'-電機(jī)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖2中所示,本發(fā)明實例提供的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)主要包括送粉機(jī)構(gòu)、鋪粉機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)。送粉機(jī)構(gòu)包括送粉箱體13和位于送粉箱體13內(nèi)的至少一個送粉組件，每個送粉組件均包括料斗18、電機(jī)21和活塞16，活塞16安裝在料斗18內(nèi)，活塞16由電機(jī)21控制在料斗18內(nèi)上、下移動，粉末15放置在活塞16的上方。鋪粉機(jī)構(gòu)包括二個刮板11，1Γ，二個刮板11，IP分別通過固定板10，1(V安裝在送粉箱體13的底部下粉口的兩側(cè)，刮板11，1Γ移動將從送粉箱體13內(nèi)流出到工作臺12上的粉末在工作區(qū)域內(nèi)鋪平。傳動機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌7，7'和滑塊8，8'組成，滑塊8，8'分別安裝在導(dǎo)軌7，7'上，送粉箱體13的側(cè)壁與滑塊8，8'相連，送粉箱體13由傳動機(jī)構(gòu)帶動沿導(dǎo)軌7，7'在垂直于工作臺的平面內(nèi)移動；送粉箱體13內(nèi)可以設(shè)置二個或二個以上的送粉組件，并增設(shè)混粉機(jī)構(gòu)，以滿足成形梯度材料的需要，混粉機(jī)構(gòu)位于各送粉組件的料斗18，18'之間，混粉機(jī)構(gòu)包括下粉倉19和位于下粉倉19上部的攪拌器17 ;在料斗18，18'靠近混粉機(jī)構(gòu)的側(cè)壁的上部開有溢粉口 14，14'，通過控制單位時間內(nèi)活塞16的位移，可以精確控制單位時間內(nèi)由料斗18上溢粉口 14流出的粉末量。由此調(diào)節(jié)兩種或多種成分粉末的配比。當(dāng)送粉組件的個數(shù)超過二個時，攪拌器17為多級攪拌。
如圖3所示是本發(fā)明箱體內(nèi)置二個送粉組件時的具體結(jié)構(gòu)示意圖。兩個料斗18，18;內(nèi)裝有不同的粉末15，15'，攪拌器17安裝在兩個料斗18，18'之間，在兩個料斗18，18;靠近攪拌器17的側(cè)壁開有溢粉口 14，If，活塞16，W在電機(jī)21，2Γ的帶動下在料斗18，1V內(nèi)向上運動，推動粉末15，15'向上運動至溢粉口 14，If流出，在攪拌器17的高速旋轉(zhuǎn)下，兩種粉末15，15'均勻混合，流至下粉倉19，并沿下粉倉19流至下粉口 20處。通過電機(jī)控制單位時間內(nèi)活塞16，16'的位移，可以精確控制單位時間內(nèi)由料斗18，18'上溢粉口 14，14'流出的粉末量。由此調(diào)節(jié)兩種成分粉末的配比。實例以圖3所示成形含兩種粉末的梯度材料為例。以SLM工藝為例。首先，用UG等造型軟件畫出零件，轉(zhuǎn)換成STL格式，導(dǎo)入快速成型系統(tǒng)的PowerRP軟件中。軟件讀取零件信息，對零件三維模型切片分層。在工作缸上固定好基板，并調(diào)平基板。預(yù)先在料斗18，18'中各自裝足量的A，B兩種粉末。待成形腔內(nèi)抽真空充保護(hù)氣等預(yù)備工序完成后，開始送鋪粉動作。根據(jù)兩種不同材料成分比例設(shè)定相應(yīng)的控制活塞16，16'的電機(jī)21，21'轉(zhuǎn)速，當(dāng)初始狀態(tài)時需成形A粉末作為基體材料時，可將B粉末的料斗活塞16'電機(jī)21'轉(zhuǎn)速設(shè)為零。基體材料成形后，再設(shè)置B粉末的料斗活塞16'電機(jī)21'的轉(zhuǎn)速。在與活塞16，W相連的電機(jī)21，2Γ的作用下，活塞16，W向上運動，粉末由各自溢粉口 14，14'流出，在攪拌器17的高速旋轉(zhuǎn)下，兩種粉末充分混合由送粉箱體13的下粉口 20流出至工作缸上基板附近，送粉箱體13在電機(jī)的帶動下做左右平移運動，安裝在箱體13底部的刮板11，I廣由左向右做鋪粉運動，同時活塞16，16'向上移動繼續(xù)供粉。刮板11，11,運動到成形區(qū)域右方后，箱體停止運動，鋪粉停止，活塞16，16'也停止運動，供粉停止。待完成激光掃描工序后，送粉箱體13和活塞16，16'開始運動，刮板11，11'由右向左鋪粉。成形到需要厚度L1后，改變與活塞16，16'相連的電機(jī)21，21'轉(zhuǎn)速，即可改變粉末成分比，混粉，鋪粉成形。如此，繼`續(xù)成形到需要厚度1^2后，可再次改變與活塞16，16'相連的電機(jī)21，21'轉(zhuǎn)速，完成成形，由此，可實現(xiàn)具有材料梯度的復(fù)合材料的零件的成形。為了保證材料界面處的連接可在材料界面處重復(fù)單層掃描3次。本發(fā)明不限于兩種粉末的混合成形，當(dāng)需要多種不同的粉末混合成形時可以在箱體中安裝多個料斗，增設(shè)多級混粉機(jī)構(gòu)，即可用于多種材料的混合成形。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括送粉機(jī)構(gòu)、鋪粉機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)； 送粉機(jī)構(gòu)包括送粉箱體和位于送粉箱體內(nèi)的至少一個送粉組件，每個送粉組件均包括料斗、電機(jī)和活塞，活塞安裝在料斗內(nèi)，活塞由電機(jī)控制在料斗內(nèi)上、下移動，活塞上方用于放置粉末； 鋪粉機(jī)構(gòu)包括安裝在送粉箱體底部的刮板； 傳動機(jī)構(gòu)與送粉箱體連接，以帶動送粉箱體在垂直于工作臺的平面內(nèi)移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，送粉箱體內(nèi)設(shè)置有二個或二個以上的送粉組件，并設(shè)有混粉機(jī)構(gòu)，混粉機(jī)構(gòu)位于各送粉組件的料斗之間，各料斗靠近混粉機(jī)構(gòu)的側(cè)壁上部開有溢粉口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述混粉機(jī)構(gòu)包括下粉倉和位于下粉倉上部的攪拌器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述攪拌器為多級攪拌。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述刮板的數(shù)量為二個，分別通過固定板安裝在送粉箱體的下粉口兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要 求2、3或4所述的粉床隨動送鋪粉機(jī)構(gòu)，其特征在于，單位時間內(nèi)由各料斗的溢粉口流出的粉末量由各送粉組件內(nèi)活塞的位移速度控制，以實現(xiàn)所需的成分粉末配比。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于增材制造設(shè)備的送鋪粉機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)包括送粉機(jī)構(gòu)、鋪粉機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)，其送粉箱體在電機(jī)的帶動下沿安裝在成型腔側(cè)壁上的導(dǎo)軌在成形工作臺上作左右運動，通過在下粉口的兩側(cè)安裝刮板，實現(xiàn)送粉的同時左右鋪粉；在料斗中裝入不同的粉末，通過控制活塞的位移速度來精確控制不同粉末的送給量，從而調(diào)節(jié)不同材料粉末的配比，通過攪拌器高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)不同粉末的均勻混合，可以在一次成形中多次改變粉末的配比，從而可制備成形多材料任意復(fù)合的梯度材料零件。本裝置大大減小了成型腔的體積，節(jié)約粉末用量，并且操作簡單，調(diào)整方便。
文檔編號C23C24/10GK103173759SQ20131007930
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者魏青松, 史玉升, 李帥, 程靈鈺, 賀文婷, 趙曉, 劉潔, 張升 申請人:華中科技大學(xué)