專利名稱：一種粉床隨動送鋪粉機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于增材制造(快速制造)領域，具體涉及到一種粉床隨動送鋪粉機構。
背景技術：
基于粉床工藝制造實體零件是目前增材制造(快速制造)領域最常用的工藝方法之一。根據成形原理和實現方式的不同，主要包括選擇性激光燒結(Selective LaserSintering, 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)和電子束溶化(Flectron Beam Melting, EBM)等。SLS是利用低功率激光燒結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行燒結，熔化低熔點金屬實現成形；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，計算機根據成形零件的截面數據控制加工源(如激光、電子束等)對粉末進行分區掃描，在該層截面輪廓內的粉末經燒結或熔化后粘結在一起，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，由鋪粉機構在已成形實體表面再鋪一個層厚的粉末材料；重復該過程，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、可成形復雜結構等突出優點。作為重要的工藝基礎之一，送鋪粉方法及實現裝置的穩定性、可靠性與連續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裝置是粉床增材制造裝備的關鍵部分。一般送鋪粉機構由供粉設備與鋪粉設備構成。通常采用上送粉或下送粉機構為成形供應所需的粉末。下送粉是現有最傳統的粉末送粉方式，這種送粉方式成熟，在現有的增材制造機中應用較多 。但下送粉機構結構復雜，需要在成形工作缸平行位置配置供粉腔，從而導致成形機的整體尺寸較大、機器制造成本較高。另外，下送粉機構具有中途不能添加粉末的缺陷。當加工較大零件，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量。上送粉機構一般需要在成型腔內安置上置粉箱，需要占據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之外，造成工作環境的污染和粉料的浪費。現有的鋪粉多采用雙側水平導軌，即兩個平行的導軌控制鋪粉機構的左右運動。由于導軌由滾珠絲杠控制精度，帶輪傳動，快速成型機成型腔的工作缸的兩側需安置帶輪，占據了很大空間，甚至比工作區域還要大。圖1所示是現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部結構簡圖。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，導致成型機的整體尺寸較大，增加了機器的制造成本。同時過大的成形腔不利于均勻預熱和嚴格的氣氛控制，會極大地影響成形質量。此外，現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，供應適量粉末，然后由傳動裝置帶動鋪粉機構鋪粉，鋪粉完畢后鋪粉機構回到初始位置，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是一頂能夠實現近全致密復雜精細金屬零部件快速制造的先進制造技術，可廣泛用于航空航天、汽車、醫療等領域。由于受現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，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具體要求，選擇使用兩種具有不同性能的材料，通過連續的改變兩種材料的組成和結構，內部界面消失，從而得到功能相應于組成和結構變化而漸變的均值材料，以減少和克服結合部位的性能不匹配因素。現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。

發明內容
為解決背景技術所述現有基于粉床的增材制造技術中無法實現隨動送鋪粉和無法制備任意成分的梯度材料的問題，本發明提供了一種粉床隨動送鋪粉機構，該機構結構簡單，便于拆裝，大幅度減小了成型腔的體積，提高加工效率。

本發明提供的一種粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，該機構包括送粉機構、鋪粉機構和傳動機構；送粉機構包括送粉箱體和位于送粉箱體內的至少一個送粉組件,每個送粉組件均包括料斗、電機和活塞，活塞安裝在料斗內，活塞由電機控制在料斗內上、下移動，活塞上方用于放置粉末；鋪粉機構包括安裝在送粉箱體的底部的刮板；傳動機構與送粉箱體連接，以帶動送粉箱體在垂直于工作臺的平面內移動。本發明所述的送鋪粉機構與現有技術相比具有以下優點:1.減小了成型腔的體積將導軌由原先的固定在工作臺面上改為固定在成型腔側壁上后，送粉鋪粉同時進行的隨動方式，送鋪粉機構整體設計，減去了如圖1中傳統快速成型機的送粉缸、落粉缸等結構和安置帶輪的空間，最大限度的減少送鋪粉機構的占用空間，大大減小了裝備體積，降低了制造成本，改善了成形環境。2.節約粉末用量，提高送鋪粉效率采用隨動送鋪粉方法，送鋪粉機構整體設計，送粉的同時即時鋪粉，并且可以實現局部區域鋪粉，可以保證鋪粉僅鋪滿成形區域及附近，顯著提高粉末利用率和送鋪粉效率。3.減小粉末污染，保護成型腔內器件粉末增材制造環境一般較差，經常需要高能量密度熱源(如激光)對粉體進行熔化或燒結，這些過程均伴隨粉末揮發、飛濺等現象，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，甚者阻礙設備的正常運轉。本發明中，鋪粉機構的運動部件置于側壁上，不易受到污染。4.保證了鋪粉機構的剛度將導軌由原先的固定在工作臺面上改為固定在成型腔側壁上后，剛度減小，影響鋪粉過程的穩定性，長方體需要適量的重量保證剛度，我們將長方體當作粉箱，裝入粉末，在實現隨動送粉的同時保證了鋪粉機構的剛度。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.可實現多組分粉末混合的梯度材料的成形，且可以在線調節成分比。成形多種材料混合成分不斷變化的復合材料時，可根據需要在箱體中安裝多個裝有不同粉末的料斗。調節電機轉速，即可調節單位時間內活塞位移，調節多種粉末的成分比。


圖1是傳統的快速成型腔的結構簡圖；圖2是本發明機構的一種具體實施方式
的結構示意圖；圖3是圖2中箱體部分的一種具體實施方式
的結構示意圖；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 -導軌；8，8'-滑塊；9-成型腔內壁；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。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步說明。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明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖2中所示,本發明實例提供的粉床隨動送鋪粉機構主要包括送粉機構、鋪粉機構和傳動機構。送粉機構包括送粉箱體13和位于送粉箱體13內的至少一個送粉組件，每個送粉組件均包括料斗18、電機21和活塞16，活塞16安裝在料斗18內，活塞16由電機21控制在料斗18內上、下移動，粉末15放置在活塞16的上方。鋪粉機構包括二個刮板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，刮板11，1Γ移動將從送粉箱體13內流出到工作臺12上的粉末在工作區域內鋪平。傳動機構由導軌7，7'和滑塊8，8'組成，滑塊8，8'分別安裝在導軌7，7'上，送粉箱體13的側壁與滑塊8，8'相連，送粉箱體13由傳動機構帶動沿導軌7，7'在垂直于工作臺的平面內移動；送粉箱體13內可以設置二個或二個以上的送粉組件，并增設混粉機構，以滿足成形梯度材料的需要，混粉機構位于各送粉組件的料斗18，18'之間，混粉機構包括下粉倉19和位于下粉倉19上部的攪拌器17 ;在料斗18，18'靠近混粉機構的側壁的上部開有溢粉口 14，14'，通過控制單位時間內活塞16的位移，可以精確控制單位時間內由料斗18上溢粉口 14流出的粉末量。由此調節兩種或多種成分粉末的配比。當送粉組件的個數超過二個時，攪拌器17為多級攪拌。
如圖3所示是本發明箱體內置二個送粉組件時的具體結構示意圖。兩個料斗18，18;內裝有不同的粉末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的側壁開有溢粉口 14，If，活塞16，W在電機21，2Γ的帶動下在料斗18，1V內向上運動，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。通過電機控制單位時間內活塞16，16'的位移，可以精確控制單位時間內由料斗18，18'上溢粉口 14，14'流出的粉末量。由此調節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，轉換成STL格式，導入快速成型系統的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，并調平基板。預先在料斗18，18'中各自裝足量的A，B兩種粉末。待成形腔內抽真空充保護氣等預備工序完成后，開始送鋪粉動作。根據兩種不同材料成分比例設定相應的控制活塞16，16'的電機21，21'轉速，當初始狀態時需成形A粉末作為基體材料時，可將B粉末的料斗活塞16'電機21'轉速設為零。基體材料成形后，再設置B粉末的料斗活塞16'電機21'的轉速。在與活塞16，W相連的電機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'向上移動繼續供粉。刮板11，11,運動到成形區域右方后，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21，21'轉速，即可改變粉末成分比，混粉，鋪粉成形。如此，繼`續成形到需要厚度1^2后，可再次改變與活塞16，16'相連的電機21，21'轉速，完成成形，由此，可實現具有材料梯度的復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單層掃描3次。本發明不限于兩種粉末的混合成形，當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，增設多級混粉機構，即可用于多種材料的混合成形。以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，該機構包括送粉機構、鋪粉機構和傳動機構； 送粉機構包括送粉箱體和位于送粉箱體內的至少一個送粉組件，每個送粉組件均包括料斗、電機和活塞，活塞安裝在料斗內，活塞由電機控制在料斗內上、下移動，活塞上方用于放置粉末； 鋪粉機構包括安裝在送粉箱體底部的刮板； 傳動機構與送粉箱體連接，以帶動送粉箱體在垂直于工作臺的平面內移動。
2.根據權利要求1所述的粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，送粉箱體內設置有二個或二個以上的送粉組件，并設有混粉機構，混粉機構位于各送粉組件的料斗之間，各料斗靠近混粉機構的側壁上部開有溢粉口。
3.根據權利要求2所述的粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，所述混粉機構包括下粉倉和位于下粉倉上部的攪拌器。
4.根據權利要求2所述的粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，所述攪拌器為多級攪拌。
5.根據權利要求2、3或4所述的粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，所述刮板的數量為二個，分別通過固定板安裝在送粉箱體的下粉口兩側。
6.根據權利要 求2、3或4所述的粉床隨動送鋪粉機構，其特征在于，單位時間內由各料斗的溢粉口流出的粉末量由各送粉組件內活塞的位移速度控制，以實現所需的成分粉末配比。
全文摘要
本發明公開了一種用于增材制造設備的送鋪粉機構。該機構包括送粉機構、鋪粉機構和傳動機構，其送粉箱體在電機的帶動下沿安裝在成型腔側壁上的導軌在成形工作臺上作左右運動，通過在下粉口的兩側安裝刮板，實現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，從而調節不同材料粉末的配比，通過攪拌器高速旋轉實現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合的梯度材料零件。本裝置大大減小了成型腔的體積，節約粉末用量，并且操作簡單，調整方便。
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 優先權日2013年3月13日
發明者魏青松, 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