CN106180714A - 下行式送粉*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种下行式送粉***，包括基座、基座中部设有成型仓，成型仓两侧分别设有一送粉仓，送粉仓远离层成型仓的一侧分别设有一储粉瓶；成型仓、送粉仓、储粉瓶并排设置且紧密排列，基座上设有在两储粉瓶间循环铺粉的铺粉装置；所述送粉仓、成型仓均上端敞口且平齐，送粉仓内底部设有活动底板，送粉仓下方设有驱动活动底板上下运动的双导柱直线运动单元，所述成型仓内设有水平的二自由度微调平台，成型仓下方设有驱动其上下运动的双导轨直线运动单元。本发明将工作循环内的单向一次铺粉改为双向两次铺粉，有效提高了3D打印设备的成形效率。而且，增加的结构部件在传统设备上依然适用，对老式设备的升级改造非常方便。

Description

下行式送粉***
技术领域
本发明涉及一种送粉机构，尤其涉及一种下行式送粉***。
背景技术
选择性激光熔化技术（SLM, Selective laser melting）是增材制造技术的一种，是金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。随着3D打印技术的不断革新以及打印材料的多样化发展，这项新技术被广泛应用于工业领域、军事领域、医学领域和消费领域。
SLM型激光3D打印设备的几大***组成包括：激光扫描***，气氛控制***，送铺粉***等。送铺粉***作为主要***组成之一直接决定了设备作业效率及成形精度。
按照送粉运动方式不同，主流送粉方式大致分为上行送粉和下行送粉两大类：粉仓设置在铺粉刮刀上方且粉末在粉仓中自上而下运动即为上行送粉，反之则为下行送粉。采用下行送粉方式的送粉***一般为单向铺粉，即一个工作循环中铺粉一次，激光扫描一次，因此成形效率比较有限。
传统模式下，下行式送粉***设有三个粉仓，中间为成形仓，两侧则分别为送粉仓和收粉仓。每一工作循环共四个工步：首先送粉仓上升送出一定量粉末至工作台面，然后刮刀由送粉仓一端向收粉仓一端移动，均匀铺粉在扫描区域，再由激光扫描***按照程序设定扫描既定区域，熔化并烧结粉末，最后刮刀反向运动回至初始位置，完成一个工作循环。
这样，一个工作循环中，激光扫描***只有一次扫描，工作效率低下。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，有效提高了3D打印设备的成形效率及成形精度的下行式送粉***。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种下行式送粉***，包括基座、基座中部设有成型仓，成型仓两侧分别设有一送粉仓，送粉仓远离层成型仓的一侧分别设有一储粉瓶；成型仓、送粉仓、储粉瓶并排设置且紧密排列，基座上设有在两储粉瓶间循环铺粉的铺粉装置；
所述送粉仓、成型仓均上端敞口且平齐，送粉仓内底部设有活动底板，送粉仓下方设有驱动活动底板上下运动的双导柱直线运动单元，所述活动底板外壁与送粉仓内壁匹配且滑动配合；所述成型仓内设有水平的二自由度微调平台，成型仓下方设有驱动其上下运动的双导轨直线运动单元，所述二自由度微调平台外壁与成型仓内壁匹配且滑动配合。
作为优选：所述双导柱直线运动单元包括竖直设置的第一丝杠副，所述第一丝杠副包括第一丝杠和第一螺母，第一螺母下部连接一基板，第一丝杠两端固定连接有水平的连接板，两侧设有竖直的直线轴承，所述直线轴承和第一丝杠均穿过基板，且直线轴承两端均与固定板固定连接，第一丝杠副一侧还设有驱动螺母旋转的第一驱动机构。
作为优选：所述双导轨直线运动单元包括竖直设置的安装座、第二丝杠副和支撑架，所述第二丝杠副包括第二丝杠和第二螺母，第二丝杠位于安装座一面中部，第二丝杆底部连接一驱动其旋转的第二驱动机构，第二螺母外部套接有一与安装座平行的导轨连接板，所述导轨连接板和安装座间设有两组滑轨组件，所述滑轨组件对称分布在第二丝杠两侧，包括滑轨和滑块，其中滑轨固定在安装座上，滑块与导轨连接板固定，且滑块与滑轨滑动配合；导轨连接板顶部设有一顶杆，所述顶杆顶部与二自由度微调平台底部连接；
所述支撑架包括水平底板和固定在水平底板下的竖直架，安装座背向第二丝杠的一面与竖直架固定，水平底板顶部开有通孔，顶杆能从通孔中穿过。
作为优选：所述第一驱动机构为伺服电机驱动皮带轮传动，皮带轮带动螺母转动；所述双导柱直线运动单元上的基板上设有位移传感器。
作为优选：所述第二驱动机构为伺服电机驱动皮带轮传动，第二丝杠底部设有一座体，皮带轮带动座体转动从而带动第二丝杠转动，所述双导轨直线运动单元的导轨连接板上也有位移传感器。
作为优选：所述储粉瓶顶部设有漏斗，且漏斗顶部与送粉仓顶部平齐，漏斗和储粉瓶通过管体连通。
作为优选：所述二自由度微调平台包括上下两层，所述上层为活动板，下层为固定板，活动板和固定板间设有三个球心连线呈正交分布的球铰，所述球铰包括球座、球体和固定在球体上的连杆，球铰的球座均与活动板连接，其中一球铰的连杆通过过渡法兰与固定板连接，其余球铰的连杆连接一差动螺旋进给机构，所述差动螺旋进给机构穿过固定板与连杆连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
其中，在成型仓内设置二自由度微调平台，二自由度微调平台采用差动螺旋进给机构，每转进给量只与螺距差有关，而与螺距无关，螺距差可以设计得足够小以保证高的分辨率，目前工艺水平下，可以做到每转进给量小于0.1mm，而二自由度微调平台包括一个固定点和两个可以上下调整的活动点，调平精度非常高；
双导柱直线运动单元除标准部件滚珠丝杆和直线轴承外，非标零件只有连接板与基板，且其形状十分简单，因此总体结构非常简单可靠，十分便于模块化和标准化以及成本控制，在只需要保证轴向运动精度的场合十分适用。
双导轨直线运动单元采用了两根滚珠导轨镶嵌于本体的结构，由于本体自身刚度很高，使得推杆不仅轴向运动精度高，而且在水平方向上刚度也很好，将其用作成型仓微调平台的驱动机构非常满足实际工作需要，且模块化的结构设计方式更有利于其标准化及大批量生产，在工况类似的其它场合也非常实用。
另外本发明，相比传统结构，本***将工作循环内的单向一次铺粉改为双向两次铺粉，有效提高了3D打印设备的成形效率。而且，增加的结构部件在传统设备上依然适用，对老式设备的升级改造非常方便。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为双导柱直线运动单元；
图3为双导轨直线运动单元；
图4为图3中支撑架的结构示意图；
图5为二自由度微调平台的俯视图；
图6为二自由度微调平台的主视图；
图7为图6中差动螺旋进给机构的剖视图。
图中：1、基座；2、成型仓；3、送粉仓；4、储粉瓶；401、漏斗；402、管体；5、双导柱直线运动单元；501、第一丝杠；502、第一螺母；503、基板；504、连接板；505、直线轴承；506、第一驱动机构；507、位移传感器；6、双导轨直线运动单元；601、第二丝杠；602、顶杆；603、导轨连接板；604、滑轨组件；605、安装座；606、水平底板；607、竖直架；7、二自由度微调平台；701、活动板；702、固定板；703、球铰；704、差动螺旋进给机构；705、固定螺母；706、导向套；707、伺服电机；708、活动螺母；709、螺杆；710、消隙螺母；711、垫片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图5，一种下行式送粉***，包括基座1、基座1中部设有成型仓2，成型仓2两侧分别设有一送粉仓3，送粉仓3远离层成型仓2的一侧分别设有一储粉瓶4；成型仓2、送粉仓3、储粉瓶4并排设置且紧密排列，基座1上设有在两储粉瓶4间循环铺粉的铺粉装置；
所述送粉仓3、成型仓2均上端敞口且平齐，送粉仓3内底部设有活动底板，送粉仓3下方设有驱动活动底板上下运动的双导柱直线运动单元5，所述活动底板外壁与送粉仓3内壁匹配且滑动配合；所述成型仓2内设有水平的二自由度微调平台7，成型仓2下方设有驱动其上下运动的双导轨直线运动单元6，所述二自由度微调平台7外壁与成型仓2内壁匹配且滑动配合。
本实施例中，所述双导柱直线运动单元5包括竖直设置的第一丝杠副，所述第一丝杠副包括第一丝杠501和第一螺母502，第一螺母502下部连接一基板503，第一丝杠501两端固定连接有水平的连接板504，两侧设有竖直的直线轴承505，所述直线轴承505和第一丝杠501均穿过基板503，且直线轴承505两端均与固定板702固定连接，第一丝杠副一侧还设有驱动螺母旋转的第一驱动机构506；所述双导轨直线运动单元6包括竖直设置的安装座605、第二丝杠副和支撑架，所述第二丝杠副包括第二丝杠601和第二螺母，第二丝杠601位于安装座605一面中部，第二丝杆底部连接一驱动其旋转的第二驱动机构，第二螺母外部套接有一与安装座605平行的导轨连接板603，所述导轨连接板603和安装座605间设有两组滑轨组件604，所述滑轨组件604对称分布在第二丝杠601两侧，包括滑轨和滑块，其中滑轨固定在安装座605上，滑块与导轨连接板603固定，且滑块与滑轨滑动配合；导轨连接板603顶部设有一顶杆602，所述顶杆602顶部与二自由度微调平台7底部连接；
所述支撑架包括水平底板606和固定在水平底板606下的竖直架607，安装座605背向第二丝杠601的一面与竖直架607固定，水平底板606顶部开有通孔，顶杆602能从通孔中穿过；所述第一驱动机构506为伺服电机707驱动皮带轮传动，皮带轮带动螺母转动；所述双导柱直线运动单元5上的基板503上设有位移传感器507；所述第二驱动机构为伺服电机707驱动皮带轮传动，第二丝杠601底部设有一座体，皮带轮带动座体转动从而带动第二丝杠601转动，所述双导轨直线运动单元6的导轨连接板603上也有位移传感器507；所述储粉瓶4顶部设有漏斗401，且漏斗401顶部与送粉仓3顶部平齐，漏斗401和储粉瓶4通过管体402连通；所述二自由度微调平台7包括上下两层，所述上层为活动板701，下层为固定板702，活动板701和固定板702间设有三个球心连线呈正交分布的球铰703，所述球铰703包括球座、球体和固定在球体上的连杆，球铰703的球座均与活动板701连接，其中一球铰703的连杆通过过渡法兰与固定板702连接，其余球铰703的连杆连接一差动螺旋进给机构704，所述差动螺旋进给机构704穿过固定板702与连杆连接。
其中，所述差动螺旋进给机构704包括固定螺母705、导向套706、伺服电机707、活动螺母708和螺杆709，其中，固定螺母705与导向套706用螺钉连接固定，伺服电机707的连接法兰与固定螺母705连接固定，活动螺母708则在导向套706内仅用平键限制其相对转动，使其能够在导向套706孔内沿轴线方向移动，螺杆709两端螺纹分别与固定螺母705和活动螺母708的内螺纹旋合，并用消隙螺母710和垫片711消除其旋合时的反向间隙，螺杆709内孔设有键槽，与伺服电机707轴及键滑动配合。活动螺母708另一端则用双头螺柱连接球铰703，方便与其他负载连接；差动螺旋进给机构704的导向套706则与平台的活动板701通过螺钉连接；
当伺服电机707驱动进给机构的螺杆709作转动时，差动螺旋机构的活动螺母708便可以带动球铰703上下移动，进而改变平台活动板701的水平倾角，以达到调平的目的；
以右旋螺纹为例，固定螺母705与伺服电机707连接后对地固定，当伺服电机707驱动螺杆709作顺时针旋转时，螺杆709与固定螺母705旋合并相对其向上移动，与此同时，活动螺母708与螺杆709旋合并相对其向下移动。这样，活动螺母708的实际对地位移便由这两个相对移动叠加而成，即如前所述，螺杆709每旋转一周，活动螺母708的实际轴向位移为固定螺母705与活动螺母708螺距之差，若差值为正，则向上移动，差值为负，则向下移动。
本发明每一工作循环共六个工步：一侧送粉仓3上升送出一定量粉末至工作台面，然后铺粉装置的刮刀向另一侧送粉仓3移动铺粉，多余粉末由收粉瓶收集，再由激光扫描并熔化粉末，接着，送粉仓3上升送出粉末至工作台面，刮刀反向运动铺粉回至初始位置，并由收粉瓶收集多余粉末，激光第二次扫描，完成一个工作循环。这样，一个工作循环中，激光扫描***共有两次扫描，有效地提高了工作效率。

Claims (7)

1.一种下行式送粉***，其特征在于：包括基座、基座中部设有成型仓，成型仓两侧分别设有一送粉仓，送粉仓远离层成型仓的一侧分别设有一储粉瓶；成型仓、送粉仓、储粉瓶并排设置且紧密排列，基座上设有在两储粉瓶间循环铺粉的铺粉装置；
所述送粉仓、成型仓均上端敞口且平齐，送粉仓内底部设有活动底板，送粉仓下方设有驱动活动底板上下运动的双导柱直线运动单元，所述活动底板外壁与送粉仓内壁匹配且滑动配合；所述成型仓内设有水平的二自由度微调平台，成型仓下方设有驱动其上下运动的双导轨直线运动单元，所述二自由度微调平台外壁与成型仓内壁匹配且滑动配合。
2.根据权利要求1所述的下行式送粉***，其特征在于：所述双导柱直线运动单元包括竖直设置的第一丝杠副，所述第一丝杠副包括第一丝杠和第一螺母，第一螺母下部连接一基板，第一丝杠两端固定连接有水平的连接板，两侧设有竖直的直线轴承，所述直线轴承和第一丝杠均穿过基板，且直线轴承两端均与固定板固定连接，第一丝杠副一侧还设有驱动螺母旋转的第一驱动机构。
3.根据权利要求1所述的下行式送粉***，其特征在于：所述双导轨直线运动单元包括竖直设置的安装座、第二丝杠副和支撑架，所述第二丝杠副包括第二丝杠和第二螺母，第二丝杠位于安装座一面中部，第二丝杆底部连接一驱动其旋转的第二驱动机构，第二螺母外部套接有一与安装座平行的导轨连接板，所述导轨连接板和安装座间设有两组滑轨组件，所述滑轨组件对称分布在第二丝杠两侧，包括滑轨和滑块，其中滑轨固定在安装座上，滑块与导轨连接板固定，且滑块与滑轨滑动配合；导轨连接板顶部设有一顶杆，所述顶杆顶部与二自由度微调平台底部连接；
所述支撑架包括水平底板和固定在水平底板下的竖直架，安装座背向第二丝杠的一面与竖直架固定，水平底板顶部开有通孔，顶杆能从通孔中穿过。
4.根据权利要求2所述的下行式送粉***，其特征在于：所述第一驱动机构为伺服电机驱动皮带轮传动，皮带轮带动螺母转动；所述双导柱直线运动单元上的基板上设有位移传感器。
5.根据权利要求3所述的下行式送粉***，其特征在于：所述第二驱动机构为伺服电机驱动皮带轮传动，第二丝杠底部设有一座体，皮带轮带动座体转动从而带动第二丝杠转动，所述双导轨直线运动单元的导轨连接板上也有位移传感器。
6.根据权利要求1所述的下行式送粉***，其特征在于：所述储粉瓶顶部设有漏斗，且漏斗顶部与送粉仓顶部平齐，漏斗和储粉瓶通过管体连通。
7.根据权利要求1所述的下行式送粉***，其特征在于：所述二自由度微调平台包括上下两层，所述上层为活动板，下层为固定板，活动板和固定板间设有三个球心连线呈正交分布的球铰，所述球铰包括球座、球体和固定在球体上的连杆，球铰的球座均与活动板连接，其中一球铰的连杆通过过渡法兰与固定板连接，其余球铰的连杆连接一差动螺旋进给机构，所述差动螺旋进给机构穿过固定板与连杆连接。
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