CN109604595A - 一种带有控粉挡板的多材料成型装置及其3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有控粉挡板的多材料成型装置及其3D打印方法，包括供粉机构、带有可伸缩控粉挡板的铺粉机构及收粉机构，供粉机构安装于铺粉机构的两侧，用于向铺粉机构提供打印多材料成型件所需的粉末材料；铺粉机构内部形成有成型腔，可伸缩的控粉挡板设于成型腔的上方，能够伸出或收回，通过可伸缩的控粉挡板控制不同材料在成型腔内的粉末量，从而实现对多材料成型件的定量铺粉，控粉挡板能够根据成型件的形状进行柔度变形，实现多材料且不规则成型件的打印；收粉机构用于对成型腔内的残余粉末进行回收。本发明有效解决多材料在成型腔的混粉问题，以及在打印大成型件一定高度后单一材料大量铺粉的问题。

Description

一种带有控粉挡板的多材料成型装置及其3D打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印的技术领域，尤其是指一种带有控粉挡板的多材料成型装置及其3D打印方法。
背景技术
近些年来，3D打印的迅猛发展，已引起社会的广泛关注。3D打印技术，也称为增材制造技术，可以根据三维模型快速制造出各种结构复杂的零件。3D打印技术使零件的结构设计可以不受传统工艺制造技术的限制，提高了工艺制造能力，特别是金属的3D打印，金属3D打印作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着3D打印技术的发展,现在如今多材料的成型件是一个主要的发展方向。
目前，基于粉末材料的多材料3D打印技术尚未成熟，采用粉末材料的3D打印技术主要包括选区激光烧结(Selective Laser Sintering-SLS)、选区激光熔化(又称激光选区熔化)(Selective Laser Melting-SLM)、熔融沉积成型(FDM)等，选区激光烧结与选区激光熔化都采用铺粉刮板或铺粉棍进行铺粉，但在成型精度、表面粗糙度表现都比选区激光烧结好，熔融沉积成型(FDM)基于挤出成型和微滴喷射成型工艺的打印技术，主要通过喷头进行挤出打印。
当前，现有的3D打印工艺大多是单材料打印，即使已有的一些多材料3D打印工艺也主要是基于多喷头技术，然而基于多喷头方法存在诸多不足和局限性，如：(1)无法实现多材料各组分的精确控制；(2)配置喷头数量有限可打印材料种类数量受限；(3)多喷头结构和操作复杂，设备成本高；(4)喷头之间需要频繁切换，打印效率低；(5)大多是主体材料打印和支撑材料打印，难以完成梯度材料产品的打印,等等。另外，多材料成形喷头一般采用多个喷头并行安装在同一高度，打印过程中一般只有一个喷头在工作，同一高度处在待命状的其他喷头就可能存在对构建组织成形面的干扰。因此，现有的3D打印技术难以实现多材料、多尺度结构一体化制造。
综上所述，为了3D打印技术的发展，相比于喷头技术，在粉床送粉方面的多材料3D打印上进行梯度零件的打印技术比较少，需要进行探索。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种带有控粉挡板的多材料成型装置及其3D打印方法，能够有效解决打印多材料成型件在成型腔的混粉问题，以及在打印大成型件一定高度后单一材料大量铺粉的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：
一种带有控粉挡板的多材料成型装置，包括供粉机构、带有可伸缩控粉挡板的铺粉机构及收粉机构，所述供粉机构安装于铺粉机构的两侧，用于向铺粉机构提供打印多材料成型件所需的粉末材料；所述铺粉机构内部形成有成型腔，所述可伸缩的控粉挡板设于成型腔的上方，能够伸出或收回，通过可伸缩的控粉挡板控制不同材料在成型腔内的粉末量，实现成型腔内不同材料粉末的高度的控制，从而实现对多材料成型件的定量铺粉，所述控粉挡板能够根据成型件的形状进行柔度变形，实现多材料且不规则成型件的打印；所述收粉机构用于对成型腔内的残余粉末进行回收。
进一步，所述控粉挡板包括套板、转轴、边杆、凸头滑块、充气内板、乳胶接触头和驱动电机，所述套板有两个并通过转轴安装在成型腔上方的两侧，所述边杆有两条并分别通过凸头滑块平行嵌入两个套板中，且能够在凸头滑块的带动下沿套板滑动，所述充气内板嵌装在两条边杆之间，并位于成型腔的上方，且其上设有充气口，所述乳胶接触头安装在充气内板靠近成型腔中心处的端面上，所述充气内板和乳胶接触头能够根据成型件的形状进行柔度变形，所述凸头滑块带动边杆及充气内板沿套板滑动，并在滑动至套板靠近成型腔的中心处的端部时卡入其端部的限位孔，从而使控粉挡板完全伸出，实现对多材料成型件的定量铺粉，所述驱动电机安装在两个套板的下端面上，通过驱动电机驱动转轴进而带动整个控粉挡板旋转至适应不规则成型件的角度，以适应不规则形状的成型件的打印。
进一步，所述控粉挡板还包括乳胶微支撑板，所述乳胶微支撑板安装在两条边杆及充气内板的下端面上，用于悬垂形成型件的打印。
进一步，所述控粉挡板有两个，分别通过其上的转轴安装在成型腔上方的两侧，形成左右对开结构。
进一步，所述供粉机构包括有多个粉缸及其底部的活塞，所述粉缸分别设于铺粉机构的两侧，并通过其底部的活塞控制其升降高度。
进一步，所述铺粉机构还包括多个粉刷及设于成型腔底部的活塞，该多个粉刷与供粉机构的粉缸一一对应，并分别设置于相对应的粉缸外侧，所述活塞与成型腔底部相连接，通过活塞控制成型腔的升降。
进一步，所述收粉机构包括吸粉口、吸粉管和内置电机的吸粉桶，所述吸粉口有四个，分别设于成型腔的四个角位上，所述吸粉桶设于成型腔下方的两侧，并通过吸粉管与吸粉口相连接，用于存储从成型腔回收的残余粉末，所述内置电机能够调节吸粉的力度。
一种带有控粉挡板的多材料成型装置的3D打印方法，具体如下：
对要打印的成型件通过计算机进行三维建模、切片、分层处理，得到切片、分层所具体要求的材料种类，根据材料种类安装相应的供粉机构的粉缸数量，并分别倒入所需材料的粉末，再把控粉挡板安装到成型腔上方的相应位置；
当前期工作准备完成后，开始进行打印工作，打印成型件第一层时，根据切片信息进行第一层铺粉，此时不需要控粉挡板，控粉挡板呈收回状态，待第一层打印完成后，若下一层切片信息中粉末材料不变，则第一层的粉末材料无需回收，若下一层的粉末材料改变，则控制成型腔的高度下降到收粉机构的位置进行粉末回收；
当打印铺粉量需要两层以上的高度时，将控粉挡板滑动伸出，并根据成型件的形状进行柔度变形从而贴合成型件，铺粉机构的粉刷按照切片要求进行铺粉，通过控粉挡板控制铺粉量，待成型件打印完成后，通过控制成型腔的高度下降到收粉机构，收粉机构将控粉挡板内的残余粉末吸出。
进一步，当成型件为不规则形状时，控粉挡板在其驱动电机的带动下旋转至适应不规则的成型件的角度，以适应不规则的成型件的打印，此时需要比规则形状的成型件多铺层；当成型件为悬垂件时，此时控粉挡板伸出但不接触成型件，控粉挡板的乳胶微支撑板按照切片的最大直径伸出并贴合至已打印好的成型件，进行悬垂支撑打印。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明的成型装置结构简单、成本低、耐用、环保，可以反复使用。
2、本发明通过可伸缩的控粉挡板对铺粉量进行控制是一个比较新颖、简单有效的方法，通过可伸缩的控粉挡板控制不同材料的粉末量，实现成型腔内不同材料的粉末的高度的控制，实现对多材料成型件的定量铺粉，通过控粉挡板的设计有利于废粉的回收利用
3、本发明适用于不规则及悬垂形成型件的打印，实现多材料各组分的精确控制。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图。
图2为本发明的内部结构示意图。
图3为本发明的控粉挡板的结构示意图。
图4为本发明的控粉挡板的局部示意图。
图5为本发明的控粉挡板的左视图。
图6为本发明的吸粉口在成型腔上的结构示意图。
图7为本发明的凸头滑块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，本实施例所提供的多材料成型装置，包括供粉机构、铺粉机构和收粉机构，供粉机构安装于铺粉机构的两侧，用于向铺粉机构提供打印多材料成型件(图中未画出)所需的粉末材料，包括有多个粉缸11及其底部的活塞，粉缸11分别设于铺粉机构的两侧，并通过其底部的活塞控制其升降高度；铺粉机构包括可伸缩的控粉挡板21、成型腔22、粉刷23及活塞(图中未画出)，成型腔设于铺粉机构的内部，可伸缩的控粉挡板21有两个，呈左右对开结构的设于成型腔22的上方，粉刷23有多个，并与供粉机构的粉缸11分别一一对应，并分别设置于相对应的粉缸11的外侧，活塞与成型腔22的底部相连接，通过活塞控制成型腔22的升降，控粉挡板21包括有套板201、转轴202、边杆203、凸头滑块204、充气内板205、乳胶接触头206、驱动电机207和乳胶微支撑板208，套板201有两个并通过转轴202安装在成型腔22的上方的两侧，边杆203有两条并分别通过凸头滑块204平行嵌入两个套板201中，且能够在凸头滑块204的带动下沿套板201滑动，充气内板205嵌装在两条边杆203之间，并位于成型腔22的上方，且其上设有充气口2051，安装控粉挡板21于成型腔22上方两侧前进行充气，乳胶接触头206安装在充气内板205靠近成型腔22的中心处的端面上，充气内板205和乳胶接触头206能够根据成型件的形状进行柔度变形，乳胶微支撑板208安装在两条边杆203及充气内板205的下端面上，用于悬垂形成型件的打印，凸头滑块204带动边杆203及充气内板205沿套板201滑动，并在滑动至套板201靠近成型腔22的中心处的端部时卡入其端部的限位孔，从而使控粉挡板21完全伸出，通过控制控粉挡板21的伸出和收回，实现对多材料成型件的定量铺粉，驱动电机207安装在两个套板201的下端面上，通过驱动电机207驱动转轴202进而带动整个控粉挡板21旋转至适应不规则的成型件的角度，以适应不规则形状的成型件的打印，通过控粉挡板21控制不同材料在成型腔22内的粉末量，实现成型腔22内不同材料的粉末的高度的控制，从而实现对多材料成型件的定量铺粉，控粉挡板21能够根据成型件的形状进行柔度变形，实现多材料且不规则成型件的打印；收粉机构用于对成型腔22内的残余粉末进行回收，包括吸粉口31、吸粉管32和内置电机(图中未画出)的吸粉桶33，吸粉口31有四个，分别设于成型腔22的四个角位上，吸粉桶33设于箱体底部，通过吸粉管32与吸粉口31相连接，用于存储从成型腔22回收的残余粉末，内置电机能够调节吸粉的力度。
一种带有控粉挡板的多材料成型装置的3D打印方法，包括以下步骤：
对要打印的成型件通过计算机进行三维建模、切片、分层处理，得到切片、分层所具体要求的材料种类，根据上述材料种类安装相应的供粉机构的粉缸11数量，并分别倒入所需材料的粉末，再把控粉挡板21安装到成型腔22上方的相应位置；
当前期工作准备完成后，开始进行打印工作，打印成型件第一层时，根据切片信息进行第一层铺粉，此时不需要控粉挡板21，控粉挡板21呈收回状态，待第一层打印完成后，若下一层切片信息中粉末材料不变，则第一层的粉末材料无需回收，若下一层的粉末材料改变，则控制成型腔22的高度下降到吸粉口31与吸粉管32相对的位置进行粉末回收；
当打印铺粉量需要两层以上的高度时，将控粉挡板21通过凸头滑块204滑动伸出，控粉挡板21的充气内板205和乳胶接触头206根据成型件的形状进行柔度变形，并保证两个控粉挡板21完全贴合，铺粉机构的粉刷23按照切片要求进行铺粉，通过控粉挡板21控制铺粉量，待成型件打印完成后，通过控制成型腔22的高度下降到收粉机构，收粉机构将控粉挡板21内的残余粉末吸出。
当成型件为不规则形状时，通过控粉挡板21在其驱动电机207的带动下旋转至适应不规则的成型件的角度，以适应不规则的成型件的打印，此时需要比规则形状的成型件多铺层；当成型件为悬垂件时，此时控粉挡板21伸出但不接触成型件，控粉挡板21的乳胶微支撑板208按照切片的最大直径伸出并贴合至已打印好的成型件，进行悬垂支撑打印。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：包括供粉机构、带有可伸缩控粉挡板的铺粉机构及收粉机构，所述供粉机构安装于铺粉机构的两侧，用于向铺粉机构提供打印多材料成型件所需的粉末材料；所述铺粉机构内部形成有成型腔，所述可伸缩的控粉挡板设于成型腔的上方，能够伸出或收回，通过可伸缩的控粉挡板控制不同材料在成型腔内的粉末量，实现成型腔内不同材料粉末的高度的控制，从而实现对多材料成型件的定量铺粉，所述控粉挡板能够根据成型件的形状进行柔度变形，实现多材料且不规则成型件的打印；所述收粉机构用于对成型腔内的残余粉末进行回收。
2.根据权利要求1所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述控粉挡板包括套板、转轴、边杆、凸头滑块、充气内板、乳胶接触头和驱动电机，所述套板有两个并通过转轴安装在成型腔上方的两侧，所述边杆有两条并分别通过凸头滑块平行嵌入两个套板中，且能够在凸头滑块的带动下沿套板滑动，所述充气内板嵌装在两条边杆之间，并位于成型腔的上方，且其上设有充气口，所述乳胶接触头安装在充气内板靠近成型腔中心处的端面上，所述充气内板和乳胶接触头能够根据成型件的形状进行柔度变形，所述凸头滑块带动边杆及充气内板沿套板滑动，并在滑动至套板靠近成型腔的中心处的端部时卡入其端部的限位孔，从而使控粉挡板完全伸出，实现对多材料成型件的定量铺粉，所述驱动电机安装在两个套板的下端面上，通过驱动电机驱动转轴进而带动整个控粉挡板旋转至适应不规则成型件的角度，以适应不规则形状的成型件的打印。
3.根据权利要求2所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述控粉挡板还包括乳胶微支撑板，所述乳胶微支撑板安装在两条边杆及充气内板的下端面上，用于悬垂形成型件的打印。
4.根据权利要求1所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述控粉挡板有两个，分别通过其上的转轴安装在成型腔上方的两侧，形成左右对开结构。
5.根据权利要求1所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述供粉机构包括有多个粉缸及其底部的活塞，所述粉缸分别设于铺粉机构的两侧，并通过其底部的活塞控制其升降高度。
6.根据权利要求1所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述铺粉机构还包括多个粉刷及设于成型腔底部的活塞，该多个粉刷与供粉机构的粉缸一一对应，并分别设置于相对应的粉缸外侧，所述活塞与成型腔底部相连接，通过活塞控制成型腔的升降。
7.根据权利要求1所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置，其特征在于：所述收粉机构包括吸粉口、吸粉管和内置电机的吸粉桶，所述吸粉口有四个，分别设于成型腔的四个角位上，所述吸粉桶设于成型腔下方的两侧，并通过吸粉管与吸粉口相连接，用于存储从成型腔回收的残余粉末，所述内置电机能够调节吸粉的力度。
8.一种权利要求1至7任意一项所述的带有控粉挡板的多材料成型装置的3D打印方法，其特征在于：
对要打印的成型件通过计算机进行三维建模、切片、分层处理，得到切片、分层所具体要求的材料种类，根据材料种类安装相应的供粉机构的粉缸数量，并分别倒入所需材料的粉末，再把控粉挡板安装到成型腔上方的相应位置；
当前期工作准备完成后，开始进行打印工作，打印成型件第一层时，根据切片信息进行第一层铺粉，此时不需要控粉挡板，控粉挡板呈收回状态，待第一层打印完成后，若下一层切片信息中粉末材料不变，则第一层的粉末材料无需回收，若下一层的粉末材料改变，则控制成型腔的高度下降到收粉机构的位置进行粉末回收；
当打印铺粉量需要两层以上的高度时，将控粉挡板滑动伸出，并根据成型件的形状进行柔度变形从而贴合成型件，铺粉机构的粉刷按照切片要求进行铺粉，通过控粉挡板控制铺粉量，待成型件打印完成后，通过控制成型腔的高度下降到收粉机构，收粉机构将控粉挡板内的残余粉末吸出。
9.根据权利要求8所述的一种带有控粉挡板的多材料成型装置的3D打印方法，其特征在于：当成型件为不规则形状时，控粉挡板在其驱动电机的带动下旋转至适应不规则的成型件的角度，以适应不规则的成型件的打印，此时需要比规则形状的成型件多铺层；当成型件为悬垂件时，此时控粉挡板伸出但不接触成型件，控粉挡板的乳胶微支撑板按照切片的最大直径伸出并贴合至已打印好的成型件，进行悬垂支撑打印。
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