專利名稱：一種移動臂式粉床鋪粉裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于先進制造領域，具體涉及一種移動臂式鋪粉裝置，主要用于快速成形設備的高效鋪粉。
背景技術：
目前，以粉末為成形材料通過選區(qū)沉積工藝快速成形實體零件的方法是目前快速制造領域研究的熱點。主要包括選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)，選擇性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)，直接金屬粉末激光燒結(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)，電子束熔化(Electron Beam Melting,EBM)等。其工藝原理及流程首先，在工作臺上均勻鋪一層很薄的粉末；然后，計算機根據(jù)成形零件的截面數(shù)據(jù)控制加工源(如激光、電子束等)對粉末進行分區(qū)作業(yè)，該層截面輪廓內的粉末經(jīng)熔化或燒結后粘結在一起；一層完成后工作缸的工作平面下降一個層厚，鋪粉裝置在已成形零件表面上再鋪一個層厚的粉末進行下一次成形；重復該過程直至三維零件完成。如SLS是利用激光對添加有高分子粘結劑的金屬粉末進行燒結成形，SLM是利用激光束對金屬粉末進行熔化成形，DMLS是采用激光對二元金屬進行燒結成形，EBM采用電子束對粉末進行熔化快速成形。在以粉末為原料的快速成形技術中，成形過程涉及到粉末的存放、供給、鋪放與回收等工序?；诜鄞驳目焖俪尚喂に嚲哂谐尚尉雀?、可成形復雜結構等優(yōu)點。作為快速成形的重要的工藝基礎，鋪粉裝置的穩(wěn)定性、可靠性與連續(xù)性對快速成形的速度與精度有重大影響，鋪粉的速度與方式也對成形效率和成形材料的利用率有很大影響。因此，鋪粉裝置是快速成形設備的關鍵部分。鋪粉裝置按照鋪粉方式分為固定缸送粉、鋪粉輥式、移動料斗式、水平移動刮板式等方式。目前應用于快速成形設備中的送鋪粉機構一般都是以上介紹的幾種鋪粉裝置與現(xiàn)有的儲粉裝置組合搭配起來的。現(xiàn)有技術存在如下突出問題(1)利用現(xiàn)有的鋪粉方式及裝置進行鋪粉，粉末利用率低，需粉量大，且鋪粉時間長，鋪粉效率低。以上述方式構建的鋪粉系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方式雖然比較簡單，但存在嚴重的材料浪費與工作效率低的缺陷。目前，快速成形設備的鋪粉裝置是由導軌和皮帶帶動。鋪粉方式為邊從左向右運動邊鋪粉，鋪粉行程長，零件成形區(qū)所占鋪粉面積小，且為保證鋪粉的穩(wěn)定與可靠，要求鋪粉裝置速度低，因此鋪粉過程占的時間較長，而每層截面實際成形的時間是相對較短的，造成了成形時間浪費。另外，現(xiàn)有的鋪粉方法是將粉層從儲粉處一直鋪滿整個工作臺，而實際上只有零件成形區(qū)域的粉末才會被利用，這造成了大部分材料的浪費，材料利用率較低。(2)鋪粉裝置為剛性結構，在鋪粉過程中易與表面凸起摩擦，影響鋪粉穩(wěn)定性。粉末快速成形工藝過程中，易出現(xiàn)球化、黏粉等現(xiàn)象，且在截面形狀突變、工藝條件等客觀條件的影響下，成形表面的某些地方會產(chǎn)生凸起。而現(xiàn)有的鋪粉裝置如鋪粉輥、刮板均為剛性結構，易在鋪粉過程中與凸起產(chǎn)生嚴重的摩擦，不僅減短鋪粉機構的使用壽命， 影響鋪粉的穩(wěn)定，嚴重時可能導致鋪粉裝置的卡死，使成形過程中斷，直接影響成形零件的精度與性能。通常我們可以通過手動調節(jié)適當?shù)南陆倒ぷ髋_面的高度使鋪粉裝置順利的通過，但這樣會增加粉層的厚度，必然降低成形件在豎直方向的精度與成形質量。(3)粉末的快速成形環(huán)境較差，鋪粉設備結構較復雜，粉末的黏著影響其可靠性。粉末快速成形環(huán)境一般較差，經(jīng)常需要高能量密度熱源(如激光)對粉體進行熔化或燒結，這些過程均伴隨揮發(fā)、飛濺等現(xiàn)象，因而粉末易黏著在諸如軸承、鉸鏈或運動部件上，影響其工作的可靠性，甚者阻礙設備的正常運轉。若鋪粉裝備結構過于復雜，傳動和運動構件過多，惡劣的生產(chǎn)條件對這些設備的不利影響會更加顯著。所以對鋪粉裝備要求盡量采用設計簡單，進程可靠性高、控制簡易的結構，各部分要求拆裝方便，可移植性強，有利于設備在工藝改進研究中根據(jù)不同需要能進行設當調整。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術存在的不足而提供一種能實現(xiàn)動態(tài)區(qū)域鋪粉的移動臂式鋪粉裝置，鋪粉裝置結構簡單，便于拆裝，可移植性強；采用本鋪粉裝置，鋪粉快速，可靠性高，能減少鋪粉時間并大大節(jié)省粉末用量，從而提高成形效率與材料利用率。本發(fā)明提供的一種移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，它包括一定量送粉裝置，其具有儲粉箱、送粉輥和固定板，由外置的旋轉電機帶動，儲粉箱底部下粉口處安裝送粉輥以及固定板，起定量送粉作用；一傳動裝置，其包括移動臂與移動框架，移動臂能在第一電機的帶動下做左右方向的平面運動，移動框架能夠在第二電機的帶動下做前后方向的平面運動；一鋪粉設備，包括位于定量送粉裝置的下方的移動料斗，其接料口與定量送粉裝置的出粉口相對應，移動料斗安裝在移動框架上，能在移動框架帶動下作前后方向的往復運動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、局部區(qū)域動態(tài)鋪粉方法，將移動臂與移動框架配合帶動移動料斗鋪粉，使鋪粉區(qū)域限制在成形零件區(qū)，且可根據(jù)零件截面形狀的變化調整鋪粉量和鋪粉位置，大大提高粉末材料的利用率，節(jié)約粉末用量；2、采用重力式供粉裝置，控制簡單，工作可靠；3、鋪粉裝置整體結構設計緊湊，占用空間少，能最大限度的減少送鋪粉機構的占用空間，且移動框架與移動料斗便于拆裝，可移植性強，有利于設備在工藝改進研究中根據(jù)不同需要能進行設當調整；4、本鋪粉裝置對采用的控制系統(tǒng)要求比較簡單，只需控制移動框架在前后方向的直線運動和移動臂在左右方向的直線運動這兩種基本運動，易實現(xiàn)，制造成本較低；5、移動臂剛性好，運行平穩(wěn)可靠，能高速運送移動料斗到成形區(qū)域，節(jié)省鋪粉裝置運送粉末的時間，提高生產(chǎn)效率；6、移動料斗四周安裝柔性刮片，保證鋪粉過程中鋪粉裝置運行的穩(wěn)定性與鋪粉的順暢，且柔性刮片拆裝方便，可移植性強。
總之，本鋪粉裝置結構緊湊、占用空間小、控制簡單、鋪粉結構設計簡單，可移植性較強；并利用移動臂與移動框架兩者的同時運動實現(xiàn)局部動態(tài)鋪粉，提高粉末利用率，并且極大地縮短了鋪粉時間，有效地提高生產(chǎn)效率，對于提高粉床快速成形工藝的整體技術水平具有重要應用價值。


圖1為本發(fā)明裝置結構示意圖。圖2為本發(fā)明裝置斜后示意圖。圖3A為本發(fā)明移動料斗結構示意圖，圖:3B為移動料斗內部的旋轉薄片結構示意圖。圖4為本發(fā)明裝置中移動框架示意圖。圖5為本發(fā)明裝置中移動臂示意圖。圖6為本發(fā)明具體實施例斜視與截面示意圖。圖7A與圖7B為現(xiàn)有鋪粉輥對截面變化的零件的鋪粉對照圖。圖8A與圖8B為本發(fā)明裝置對截面變化的零件的鋪粉對照圖。附圖標記說明1-儲粉箱；2-料斗壁一 ；3-送粉輥；4-固定板；5-移動料斗；6_旋轉軸-J-旋轉薄片；8-旋轉電機；9-移動框架；10-移動臂；11-刮片；12-復位彈簧；13-轉軸定位孔； 14-支撐臺；15-支桿；16-第一滑槽；17-第二滑槽。
具體實施例方式本發(fā)明裝置包括定量送粉裝置、傳動裝置和鋪粉設備。下面通過借助實施例更加詳細地說明本發(fā)明各部分的結構，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，定量送粉裝置包括儲粉箱1、送粉輥3、固定板4，并外配相應的旋轉電機。儲粉箱ι固定在工作腔的上方，儲粉箱1為漏斗狀，料斗壁一 2傾斜，其底部設有矩形下粉口，儲粉箱1底部下粉口處安裝固定板4，固定板4上開有與儲粉箱1底部下粉口對應的出粉口，起定量送粉作用，送粉輥3安裝在下粉口與固定板4之間，由外配旋轉電機帶動運轉。本發(fā)明對定量送粉裝置結構并沒有特殊的要求，可以采用現(xiàn)有的或自行設計的各種結構的定量送粉裝置，圖1只是列舉了其中一種結構。傳動裝置包括移動臂10、移動框架9、第一電機。如圖4所示，移動框架9上設有兩根對稱分布的支桿15。如圖5所示，移動臂10中部開有用于放置移動料斗5的通口，并開有第一、第二滑槽16和17，第二滑槽17為通孔，第一滑槽16為盲孔，所述移動框架9穿過第二滑槽17，插入第一滑槽16的盲孔中，移動框架9與滑槽16、17為間隙配合，移動框架9可以在第二電機的帶動下在滑槽16、17中做前后方向的平面運動。第二電機可以采用直線電機或旋轉電機；第一電機也可以采用直線電機或旋轉電機，若采用旋轉電機，還需通過絲桿或其他等效的傳動設備與電機配合實現(xiàn)傳動功能。
當?shù)谝浑姍C為旋轉電機并輔加絲桿和移動軸套時，移動軸套夾緊移動臂側部，其下部螺紋孔與絲桿相配合，第一電機與絲桿連接，能帶動絲桿旋轉，同時帶動移動軸套及移動臂10沿軸向作直線運動。鋪粉設備包括移動料斗5和旋轉電機8。移動料斗5位于定量送粉裝置的下方，其接料口與定量送粉裝置的出粉口相對應。如圖3A、;3B所示，移動料斗5為矩形口漏盒；其內腔上部安裝帶有旋轉軸6的旋轉薄片7;移動料斗5由移動框架9支撐。具體可以采用下述結構移動料斗5前后擋板上分別設置一支撐臺14，移動框架9的矩形口與移動料斗5上部外圍大小相當，移動料斗5通過支撐臺14安裝在移動框架9上。為了使鋪粉更均勻，移動料斗5的下鋪粉口采用由前后左右四片柔性刮片11圍成的矩形口，所述柔性刮片11的下半部分由多個分布均勻的柔性梳齒組成。旋轉軸6由旋轉電機8帶動旋轉。通過控制旋轉電機8的開啟與停止，帶動旋轉薄片7旋轉。旋轉軸6和移動料斗5的壁之間的部位安裝復位彈簧12，用于使旋轉薄片7 回復到初始位置。在第一電機的帶動下，移動臂10做左右方向的平面運動，支桿15在第二電機的帶動下使移動框架9連同移動料斗5 —起做前后方向的往復直線運動；移動料斗5的鋪粉口即可在工作平面內進行鋪粉操作。利用上述裝置進行鋪粉的工作流程如下啟動定量送粉裝置向移動料斗5供應一定量的粉末，旋轉薄片7處于水平狀態(tài)；由第一電機帶動移動臂10高速將移動料斗5從左向右送到工作臺；移動臂10降低速度，啟動旋轉電機8，使旋轉薄片7旋轉約90度，粉末落到下粉 Π ；同時移動框架9根據(jù)零件截面形狀帶動移動料斗5做前后方向的往復運動；移動料斗5下粉口處的四片刮片11隨著料斗5移動進行鋪粉；鋪粉過程完畢，關閉旋轉電機8，旋轉薄片7回復到初始水平位置。下面結合附圖及本發(fā)明的較佳實施例，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。以成形圖6所示的葉輪為例，選取成形材料為316L不銹鋼粉末，采用選擇性激光熔化成形(SLM)技術對金屬粉末材料進行熔化成形，選取鋪粉層厚為0.03mm。具體的工作流程如下首先，根據(jù)本實施例葉輪的結構特點，選擇從葉輪的底座開始一層一層豎直向上堆積成形。預先在儲粉箱1中裝足量的粉末，待成形腔內抽真空等預備工序完成后，即可開啟鋪粉裝置。在初始階段，移動料斗5內的旋轉薄片7處于水平狀態(tài)，旋轉薄片7邊緣與移動料斗5內腔相切。開啟定量送粉裝置，儲粉箱1內的粉末均勻送入移動料斗5中，并由旋轉薄片7承裝。其中，定量送粉裝置可控制送粉過程的均勻穩(wěn)定性，并且能按照實際要求控制送粉量，使得送粉量剛好滿足每一次鋪粉過程需要的粉末量。裝粉完成后，移動臂10由第一電機帶動，在工作平面內帶動移動框架9連同移動料斗5做從左向右的高速直線運動； 當移動臂10運動到零件成形區(qū)時，移動臂10的速度由高速調整為低速向右運動，同時，旋轉電機8啟動，帶動旋轉軸6轉動約90度，旋轉薄片7所承裝的粉末落到下鋪粉口 ；根據(jù)計算機讀入的葉輪第一層截面形狀信息，移動料斗5隨著移動框架9的支桿15在驅動機構帶動下在移動臂10的滑槽16、17內做前后方向適當?shù)耐鶑瓦\動，移動料斗5又帶動四片柔性刮片11在工作平面內各個方向進行鋪粉操作。這樣能動態(tài)的將鋪粉區(qū)域限制在零件附近， 并根據(jù)零件截面形狀大小調整鋪粉量。待第一層粉層鋪完后，工作臺下降0. 03mm，關閉旋轉電機8，旋轉薄片7在彈簧12回復力作用下回復到初始水平位置。移動臂10帶動移動框架 9和移動料斗5從右向左進行高速平動。圖7A與圖7B展示了現(xiàn)有的鋪粉輥對截面變化較大的葉輪鋪粉對照圖，明顯發(fā)現(xiàn)第m層截面面積遠小于第η層截面，但兩次鋪粉過程中，均會在整個工作平面內鋪滿粉末， 鋪粉量相當；圖8Α與圖8Β展示了本發(fā)明對葉輪鋪第η層截面和第m層截面的情況對照，發(fā)現(xiàn)當零件截面較小時，所鋪的粉只限制在零件截面附近小范圍處，截面較大時，可根據(jù)形狀將鋪粉面積增大；這樣動態(tài)的根據(jù)截面大小來調整鋪粉面積，可大大減少粉末的浪費?？傊景l(fā)明鋪粉方法采用移動臂與移動料斗相結合實現(xiàn)局部動態(tài)鋪粉方法，提高粉末利用率，極大地縮短了鋪粉時間，有效地提高生產(chǎn)效率；并且，送鋪粉裝置結構設計緊湊簡單、占用空間小、所要求的控制系統(tǒng)也較為簡單、鋪粉裝置易于拆裝、可移植性較強， 有利于設備在工藝改進研究中根據(jù)不同需要能進行設當調整。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化，均屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，它包括一定量送粉裝置，其具有儲粉箱(1)、送粉輥C3)和固定板G)，儲粉箱(1)底部下粉口處安裝送粉輥(3)以及固定板G)，起定量送粉作用；一傳動裝置，其包括移動臂(10)與移動框架(9)，移動臂(10)能夠在第一電機的帶動下做左右方向的平面運動，移動框架(9)能夠在第二電機的帶動下做前后方向的平面運動；一鋪粉設備，包括位于定量送粉裝置的下方的移動料斗(5)，其接料口與定量送粉裝置的出粉口相對應，移動料斗( 安裝在移動框架(9)上，能在移動框架(9)帶動下作前后方向的往復運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，移動框架(9)上設有兩根對稱分布的支桿(15)；移動臂(10)中部開有用于放置移動料斗(5)的通口，并開有第一、第二滑槽(16)、 (17)，第二滑槽(17)為通孔，第一滑槽(16)為盲孔，所述移動框架(9)穿過第二滑槽(17)， 插入第一滑槽(16)的盲孔中，移動框架(9)與滑槽(16)、(17)為間隙配合，移動框架(9) 能夠在滑槽(16)、(17)中移動；第一電機為旋轉電機，通過移動軸套和絲桿進行傳動，移動軸套夾緊移動臂前后側部， 其下部與絲桿螺紋配合，第一電機與絲桿連接，能帶動絲桿旋轉，同時帶動移動軸套及移動臂(10)沿軸向作直線運動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，移動料斗(5)的內腔上部安裝帶有旋轉軸(6)的旋轉薄片(7)，旋轉軸(6)由旋轉電機⑶帶動旋轉；通過控制旋轉電機(8)的開啟與停止，帶動旋轉薄片(7)旋轉；移動料斗(5)由移動框架(9)支撐；移動料斗( 前后擋板上分別設置一支撐臺(14)，移動框架(9)的矩形口與移動料斗 (5)上部外圍大小相當，移動料斗( 通過支撐臺(14)安裝在移動框架(9)上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，移動料斗( 的下鋪粉口采用由前后左右四片柔性刮片(11)圍成的矩形口，所述柔性刮片(11)的下半部分由多個分布均勻的柔性梳齒組成；旋轉軸(6)和移動料斗(5)的壁之間的部位安裝復位彈簧(12)，用于使旋轉薄片(7) 回復到初始位置。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的移動臂式粉床鋪粉裝置，其特征在于，定量送粉裝置包括儲粉箱(1)、送粉輥C3)和固定板G)，并由外置的旋轉電機驅動，儲粉箱(1)固定在工作腔的上方，儲粉箱(1)為漏斗狀，料斗壁一( 傾斜，其底部設有矩形下粉口，儲粉箱(1)底部下粉口處安裝固定板G)，固定板(4)上開有與儲粉箱(1)底部下粉口對應的出粉口，起定量送粉作用，送粉輥(3)安裝在下粉口與固定板⑷之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于快速成形設備的鋪粉裝置。該裝置主要包括定量送粉裝置、移動料斗、移動臂、移動框架等結構。其利用定量送粉裝置對移動料斗供粉，通過旋轉薄片控制粉末的下落與否；并根據(jù)零件截面形狀，移動料斗在移動臂和移動框架的帶動下在工作平面內做規(guī)律的平動，料斗上的刮片即可實現(xiàn)動態(tài)鋪粉。本發(fā)明將移動臂、移動料斗與移動框架結合，將鋪粉限定在零件區(qū)域，并根據(jù)零件截面變化調整鋪粉量大小與鋪粉位置，不僅大大節(jié)省粉末用量，且鋪粉速度快；鋪粉裝置結構設計簡單，拆裝方便，易于實現(xiàn)，成本較低，對于提高粉床快速成形工藝的整體技術水平有重要應用價值。
文檔編號B65G65/48GK102514950SQ20111036360
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者劉潔, 史玉升, 文世峰, 薛鵬舉, 賀文婷, 魏青松 申請人:華中科技大學