本發(fā)明涉及3D打印設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置及方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)即快速成形制造技術(shù)的一種，是直接根據(jù)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為許多平面模型的疊加，最后由計(jì)算機(jī)控制將產(chǎn)品逐層打印出來。特別是使用電子束，將金屬粉末一層一層的熔化生成致密零件的電子束熔融(EBM)技術(shù)具有能量利用率高、加工速度快、運(yùn)行成本低、高真空保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能復(fù)雜粉末冶金件的理想快速制造技術(shù)。電子束熔融(EBM)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)之一就是致密度，而鋪粉過程中粉末顆粒間的緊實(shí)度、均勻性以及每個(gè)鋪粉層之間的結(jié)合緊實(shí)度對(duì)于最終產(chǎn)品的致密度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

現(xiàn)有EBM設(shè)備中鋪粉結(jié)構(gòu)過于單一，單純通過刮板的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)粉末鋪滿工作基板。但對(duì)于粉末而言，只有水平面的力使其布滿于工作基板，沒有豎直方向的力使得粉末顆粒與粉末顆粒間的間距減小，即提高粉末顆粒間緊實(shí)度。以及對(duì)于每個(gè)鋪粉層而言，現(xiàn)有只使用刮板鋪粉的方法并不能在豎直方向上促使鋪粉層與鋪粉層之間的結(jié)合更加緊實(shí)。且單純使用刮板的傳統(tǒng)方法，由于刮板材質(zhì)的選擇以及外形的設(shè)計(jì)，無法確保在工作基板上所鋪金屬粉末顆粒的均勻性和一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置及方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置，包括成型室及設(shè)置在其內(nèi)用于選區(qū)熔化粉末的電子束發(fā)生器、鋪粉工作臺(tái)6及其鋪粉機(jī)構(gòu)；所述粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置包括：設(shè)置在成型室內(nèi)的離心鋪粉器3、為離心鋪粉器3輸送粉末的給粉機(jī)構(gòu)、設(shè)置在鋪粉工作臺(tái)6中下方的可升降的三維振動(dòng)成型平臺(tái)7；

所述給粉機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)粉室1、設(shè)置在儲(chǔ)粉室1出粉口103下方的送粉帶2；送粉帶2用于將儲(chǔ)粉室1內(nèi)的粉末輸送至離心鋪粉器3；儲(chǔ)粉室1不設(shè)底板。

所述離心鋪粉器3整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域上方平面移動(dòng)的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴(kuò)大，上端開口為粉末接收口301，下端開口為灑粉口303，灑粉口303安裝有篩網(wǎng)304，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域。

所述送粉帶2的外表面間隔分布有用于收集粉末的送粉擋板202，送粉帶2由兩個(gè)主動(dòng)輪203驅(qū)動(dòng)；

當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運(yùn)送至送粉帶2的出口端時(shí)，粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3，在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域，在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的振動(dòng)作用下使粉末緊實(shí)，再由鋪粉機(jī)構(gòu)的剛性鋪粉刷5將緊實(shí)后的粉末按所需層厚刮平整。

所述離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，來自于與中部筒體302通過齒輪嚙合傳動(dòng)的齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)305。

所述三維振動(dòng)成型平臺(tái)7包括工作基板701、底板705和偏心振動(dòng)電機(jī)704；工作基板701與底板705之間通過支撐桿固定；

該偏心振動(dòng)電機(jī)704分為兩組，每組兩個(gè)，并分別固定在工作基板701的下方，這兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直；當(dāng)偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)工作基板701在空間三維方向上的振動(dòng)，進(jìn)而通過振動(dòng)使粉末緊實(shí)。

所述工作基板701由兩塊基本構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，在夾層結(jié)構(gòu)的邊緣安裝有緩沖墊702；所述支撐桿的中部增設(shè)有橡膠墊703；所述底板705固定在升降臺(tái)8上，由升降臺(tái)8驅(qū)動(dòng)三維振動(dòng)成型平臺(tái)7上下運(yùn)動(dòng)。

所述剛性鋪粉刷5裝在直線導(dǎo)軌4上，直線導(dǎo)軌4安裝在成型室內(nèi)側(cè)壁上，由鋪粉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

所述鋪粉工作臺(tái)6兩端的下方，分別設(shè)有一帶有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部連通鋪粉工作臺(tái)6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收剛性鋪粉刷5鋪粉作業(yè)時(shí)剩余的粉末。

所述篩網(wǎng)304與離心鋪粉器3的灑粉口303為可拆卸式連接。

所述儲(chǔ)粉室1的內(nèi)壁設(shè)有用于對(duì)粉末進(jìn)行加熱的電加熱器102。

一種3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

步驟一：?jiǎn)?dòng)儲(chǔ)粉室1內(nèi)的電加熱器102，對(duì)粉末進(jìn)行加熱；

步驟二：鋪粉作業(yè)開始時(shí)，主動(dòng)輪203驅(qū)動(dòng)送粉帶2運(yùn)行；通過主動(dòng)輪203的轉(zhuǎn)速以控制單次送粉量；

步驟三：當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運(yùn)送至送粉帶2的出口端時(shí)，送粉擋板202往下傾斜，直至粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3；

步驟四：在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域；與此同時(shí)，三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于這兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直，當(dāng)它們同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在偏心輪的作用下，使工作基板701在空間三維方向上振動(dòng)，通過振動(dòng)使粉末緊實(shí)；隨后鋪粉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)直線導(dǎo)軌4上的剛性鋪粉刷5從鋪粉工作臺(tái)6的一端水平運(yùn)動(dòng)至鋪粉工作臺(tái)6的另一端，進(jìn)而將振動(dòng)緊實(shí)后的粉末按所需層厚刮平整，完成一次刮粉；接著由電子束發(fā)生器發(fā)生電子束在工作基板701的工件成型區(qū)域，按照加工零件的剖平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末的熔化，完成一個(gè)加工層的打?。?/p>

步驟五：完成一個(gè)加工層的打印后，升降臺(tái)8驅(qū)動(dòng)三維振動(dòng)成型平臺(tái)7下降一個(gè)粉層厚度，接著繼續(xù)重復(fù)步驟四；如此循環(huán)，直至完成所有加工層的打印。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明采用送粉帶與儲(chǔ)粉室相結(jié)合，有效地提高了送粉及生產(chǎn)效率；通過調(diào)整送粉擋板的間距，可調(diào)節(jié)單位送粉量，通過控制主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速可間接控制單次送粉量，操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

本發(fā)明采用離心鋪粉器3通過離心原理灑粉，其整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動(dòng)成型平臺(tái)的工件成型區(qū)域上方平面移動(dòng)的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴(kuò)大，上端開口為粉末接收口，下端開口為灑粉口，灑粉口安裝有篩網(wǎng)，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動(dòng)成型平臺(tái)的工件成型區(qū)域；這種離心灑粉方式，能夠使所鋪金屬粉末更為均勻、一致，提高成型件的致密度和表面粗糙度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

本發(fā)明采用了可升降的三維振動(dòng)成型平臺(tái)7，解決了現(xiàn)有成型缸僅能升降的單一缺陷；通過偏心振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)，使得落在工作基板上的金屬粉末顆粒間間距減小，大大提高了鋪粉層的粉末致密度，進(jìn)而大大提高了成型件的精度、致密度和表面粗糙度。

本發(fā)明技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，克服了傳統(tǒng)鋪粉工藝的同時(shí)，通過三維振動(dòng)方式，大大提高了粉末顆粒間的緊實(shí)度、均勻性以及每個(gè)粉層之間的結(jié)合緊實(shí)度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1離心鋪粉器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1三維振動(dòng)成型平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置，包括成型室及設(shè)置在其內(nèi)用于選區(qū)熔化粉末的電子束發(fā)生器、鋪粉工作臺(tái)6及其鋪粉機(jī)構(gòu)；所述粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置包括：設(shè)置在成型室內(nèi)的離心鋪粉器3、為離心鋪粉器3輸送粉末的給粉機(jī)構(gòu)、設(shè)置在鋪粉工作臺(tái)6中下方的可升降的三維振動(dòng)成型平臺(tái)7；

所述給粉機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)粉室1、設(shè)置在儲(chǔ)粉室1出粉口103下方的送粉帶2；送粉帶2用于將儲(chǔ)粉室1內(nèi)的粉末輸送至離心鋪粉器3；

所述離心鋪粉器3整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域上方平面移動(dòng)的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴(kuò)大，上端開口為粉末接收口301，下端開口為灑粉口303，灑粉口303安裝有篩網(wǎng)304，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域。篩網(wǎng)304的目數(shù)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中粉末顆粒的粒徑確定。

所述送粉帶2的外表面間隔分布有用于收集粉末的送粉擋板202，送粉帶2由兩個(gè)主動(dòng)輪203驅(qū)動(dòng)；

當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運(yùn)送至送粉帶2的出口端時(shí)，粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3，在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域，在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的振動(dòng)作用下使粉末緊實(shí)，再由鋪粉機(jī)構(gòu)的剛性鋪粉刷5將緊實(shí)后的粉末按所需層厚刮平整。

所述離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，來自于與中部筒體302通過齒輪嚙合傳動(dòng)的齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)305。

所述三維振動(dòng)成型平臺(tái)7包括工作基板701、底板705和偏心振動(dòng)電機(jī)704；工作基板701與底板705之間通過支撐桿固定；

該偏心振動(dòng)電機(jī)704分為兩組，每組兩個(gè)，并分別固定在工作基板701的下方，這兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直；當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，該偏心振動(dòng)電機(jī)704的臺(tái)數(shù)也可相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)工作基板701在空間三維方向上的振動(dòng)，進(jìn)而通過振動(dòng)使粉末緊實(shí)、均勻，大大提高了最終產(chǎn)品的加工精度及產(chǎn)品本身的致密度。

所述工作基板701由兩塊基本構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，在夾層結(jié)構(gòu)的邊緣安裝有緩沖墊702；所述支撐桿的中部增設(shè)有橡膠墊703；所述底板705固定在升降臺(tái)8上，由升降臺(tái)8驅(qū)動(dòng)三維振動(dòng)成型平臺(tái)7上下運(yùn)動(dòng)。

所述剛性鋪粉刷5裝在直線導(dǎo)軌4上，直線導(dǎo)軌4安裝在成型室內(nèi)側(cè)壁上，由鋪粉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

所述鋪粉工作臺(tái)6兩端的下方，分別設(shè)有一帶有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部連通鋪粉工作臺(tái)6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收剛性鋪粉刷5鋪粉作業(yè)時(shí)剩余的粉末。

所述篩網(wǎng)304與離心鋪粉器3的灑粉口303為可拆卸式連接。

所述儲(chǔ)粉室1的內(nèi)壁設(shè)有用于對(duì)粉末進(jìn)行加熱的電加熱器102。

本發(fā)明3D打印的粉末離心供給、振動(dòng)緊實(shí)裝置的運(yùn)行方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：?jiǎn)?dòng)儲(chǔ)粉室1內(nèi)的電加熱器102，對(duì)(金屬)粉末進(jìn)行加熱；

步驟二：鋪粉作業(yè)開始時(shí)，主動(dòng)輪203驅(qū)動(dòng)送粉帶2運(yùn)行；通過主動(dòng)輪203的轉(zhuǎn)速以控制單次送粉量；由于送粉擋板202的高度正好與儲(chǔ)粉室1的出粉口103無縫隙接合，所以可以保證在送粉過程中粉末不泄露。

步驟三：當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運(yùn)送至送粉帶2的出口端時(shí)，送粉擋板202往下傾斜，直至粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3；

步驟四：在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的工件成型區(qū)域；與此同時(shí)，三維振動(dòng)成型平臺(tái)7的兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于這兩組偏心振動(dòng)電機(jī)704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直，當(dāng)它們同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在偏心輪的作用下，使工作基板701在空間三維方向上振動(dòng)，通過振動(dòng)使粉末緊實(shí)；隨后鋪粉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)直線導(dǎo)軌4上的剛性鋪粉刷5從鋪粉工作臺(tái)6的一端水平運(yùn)動(dòng)至鋪粉工作臺(tái)6的另一端，進(jìn)而將振動(dòng)緊實(shí)后的粉末按所需層厚刮平整，完成一次刮粉；接著由電子束發(fā)生器發(fā)生電子束在工作基板701的工件成型區(qū)域，按照加工零件的剖平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末的熔化，完成一個(gè)加工層的打??；

步驟五：完成一個(gè)加工層的打印后，升降臺(tái)8驅(qū)動(dòng)三維振動(dòng)成型平臺(tái)7下降一個(gè)粉層厚度，接著繼續(xù)重復(fù)步驟四；如此循環(huán)，直至完成所有加工層的打印。

升降臺(tái)8可通過伺服電機(jī)精確控制升降；初始狀態(tài)，工作基板701的高度與鋪粉工作臺(tái)6齊平。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。