CN111974994B - 一种智能指定区域定量铺粉装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域,特别涉及一种智能指定区域定量铺粉装置及方法,该装置包括刮粉模块和落粉模块,刮刀装在刮刀架与刮刀压板之间,刮刀架与刮刀基板相连,刮刀基板与线性运动模块相连,落粉辊与法兰轴承内壁相连,挡板控制轴与普通深沟球轴承内壁相连,流量调节挡板一插在供粉仓前面的槽中,流量调节挡板一与供粉仓相连,该装置可以在指定的不同的矩形区域定量铺设不同量的粉末,解决传统选区激光熔化工艺中人工估计每层铺粉量不准确的问题,减少了粉末的污染和浪费,减少了粉末回收时工作量,减小筛粉过程对筛粉者健康的损害;采用该装置的SLM或SLS设备可以减小收粉缸的体积,使成形装置整体占地面积减小。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,特别涉及一种智能指定区域定量铺粉装置及方法。
技术背景
采用SLM技术成型时,现在采用的工艺中,每层的铺粉量均靠操作设备的师傅估计,由于粉末在成为实体后的密度大于粉末的松装密度,所以在成形完第一层后,第二层不同的区域需要不同量的粉末,为了保证成形零件的精度,通常会选择多铺一些粉末。而且在成形过程中产生的大颗粒不可避免的会进入受粉仓,这样就会增加粉末回收时的工作量。
虽然现有的某些SLM设备具有粉末回收***,但其价格太高,中小企业及高校等机构无力承担,而且早些年进入市场的SLM旧设备没有粉末回收***,筛粉时间占据了采用SLM技术成形的很大一部分时间;用于SLM技术成形的金属粉末直径通常只有几十微米,可以通过皮肤渗入到人体的血液中,尤其是在筛粉时,金属粉末更容易进入筛粉者体内,对筛粉者的健康造成严重损伤。
发明内容
本发明针对上述问题,提供一种智能指定区域定量铺粉的装置及方法,可以通过算法计算每层可以在不同的区域铺不同量的粉末,可以大大减少粉末回收的工作量。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种智能指定区域定量铺粉装置,包括刮粉模块和落粉模块;
所述刮粉模块包括刮刀、刮刀压板、刮刀架、刮刀基板和线性运动模块;所述刮刀装在刮刀架与刮刀压板之间,刮刀架与刮刀压板通过螺钉连接;刮刀架与刮刀基板相连,刮刀基板与线性运动模块相连,并由电机驱动进行双向运动;
所述传动部分均设计有密封罩。
所述落粉模块包括供粉仓、落粉辊、流量调节挡板、挡板控制轴、弹簧、法兰轴承、套筒、普通深沟球轴承、同步带轮、同步带、挡板控制轴支座、高精度电机和控制器;所述供粉仓与刮刀基板通过螺钉相连;
所述落粉辊与法兰轴承内壁相连,法兰轴承装在供粉仓两侧的阶梯孔中,套筒通过基米固定在落粉辊的左端,同步带轮三通过基米固定在落粉辊的右端;同步带轮二通过基米固定在高精度电机二上,同步带轮二和同步带轮三通过同步带二传动;减震橡胶垫通过胶水粘在刮刀基板上,高精度电机二通过螺钉装在刮刀基板上,高精度电机一与刮刀基板间夹着减震橡胶垫。
所述挡板控制轴与普通深沟球轴承内壁相连,普通深沟球轴承装在挡板控制轴支座内部的孔中,同步带轮四通过基米固定在挡板控制轴上,同步带轮一通过基米固定在高精度电机一上,同步带轮四和同步带轮一通过同步带一相连;
所述流量调节挡板一插在供粉仓前面的槽中,下表面上的凸台与挡板控制轴上的凸台接触,流量调节挡板一通过弹簧与供粉仓相连;流量调节挡板二、三的连接方式与流量调节挡板一的连接方式一样。
所述挡板控制轴在一端刻有一小槽,挡板控制轴上的高度分别为0.6毫米、0.9毫米、1.3毫米、1.9毫米、2.7毫米,采用了控制变量法设计此轴上三组凸台;所述控制器控制挡板控制轴驱动电机的启动时间、运转时间及转动方向。
所述供粉仓中装压力传感器;供粉仓通过5块隔板分成6个区域,其中包括3个储粉区和3个供粉区;但3个储粉区、3个供粉区的体积均不相等,靠近SLM设备吹风口的区域的体积最大,靠近SLM设备进风口的区域的体积最小,中间区域的体积居中,供粉仓的左面比供粉区粉末出口的位置低。
所述落粉辊采用丝状PLA或ABS通过3D打印成形,为杯状凹槽形状。
所述流量调节挡板底面与供粉仓内部底面的夹角为3~5度。
所述流量调节挡板、挡板控制轴及供粉仓采用SLM技术成形,流量调节挡板与挡板控制轴的材料为40CrNiMoA,成分为:碳 C :0.37~0.44、硅 Si:0.17~0.37、锰 Mn:0.50~0.80、硫 S :允许残余含量≤0.025、磷 P :允许残余含量≤0.025、铬 Cr:0.60~0.90、镍Ni:1.25~1.65、铜 Cu:允许残余含量≤0.25、钼 Mo:0.15~0.25,提高其耐磨性、强度及硬度。
一种智能指定区域定量铺粉方法,其步骤如下:
S1:用三维建模软件建立三维模型,并用切片软件将其切片,通过3D打印机控制软件将文件发送给SLM设备;
S2:将挡板控制轴复位,使其上小槽回到初始安装时的位置;
S3:控制器对SLM设备***下一层的激光扫描路径进行分析,筛选出下一层扫描路径中的最大X轴坐标及最小X轴坐标;
S4:驱动高精度电机一转动,使挡板控制轴转到满足切片软件中设定的铺粉层厚的位置,落粉模块供粉仓开始运动,落粉辊开始转动将粉末从供粉仓的储粉区带到供粉区中,供粉仓开始漏粉,供粉仓的三个区域的粉末流量相同;
S5:当落粉模块供粉仓到达S3中所述最大X轴坐标处,挡板控制轴同时转到满足当前位置所需粉末量的位置,经过控制器分析,如果激光扫描区域完全在流量调节挡板三的范围内,挡板控制轴则再转过35度;如果激光扫描区域完全在流量调节挡板三、流量调节挡板二的范围内,此时挡板控制轴需要转过的角度为15度;当落粉模块供粉仓到达S3中所述最小X轴坐标处时,控制轴恢复到S4中所述的位置。
S6:S5中所述N值的计算方式为:
S7:当刮刀基板的背面到达成型仓的最左端时,落粉辊停止转动,挡板控制轴复位,供粉仓停止漏粉,落粉仓开始反向运动,回到初始位置;
S8:重复上述步骤S2~S7,直到整个零件成形。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
(1)供粉仓便于安装和拆卸,便于清理粉末;(2)该装置可以在指定的不同的矩形区域定量铺设不同量的粉末,解决传统选区激光熔化工艺中人工估计每层铺粉量不准确的问题,减少了粉末的污染和浪费,减少了粉末回收时工作量,减小筛粉过程对筛粉者健康的损害;(3)采用该装置的SLM或SLS设备可以减小收粉缸的体积,使成形装置整体占地面积减小。
附图说明
图1为该装置的立体示意图;
图2为该装置剖面图;
图3为刮粉模块立体示意图;
图4为落粉模块立体示意图;
图5为落粉辊的正视图;
图6为挡板控制轴立体图;
1、线性运动模块;2、刮刀基板;3、高精度电机一;4、同步带轮一;5、同步带一;6、减震橡胶垫;7、高精度电机二;8、同步带轮二;9、同步带二;10、刮刀架;11、刮刀压板;12、落粉辊;13、同步带轮三;14、供粉仓;15、挡板控制轴支座;16、普通深沟球轴承;17、同步带轮四;18、弹簧;19、流量调节挡板一;20、流量调节挡板二;21、流量调节挡板三;22、挡板控制轴;23、成型仓;24、刮刀;25、收粉仓。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的描述。
一种智能指定区域定量铺粉装置及方法适用于采用移动料斗式铺粉的激光选区熔化技术(SLM)设备或激光选区烧结技术(SLS)设备中。
如图1,一种智能指定区域定量铺粉装置,包括刮粉模块和落粉模块。
如图3,刮粉模块包括刮刀24、刮刀压板11、刮刀架10、刮刀基板2和线性运动模块1;传动部分均设计有密封罩。
刮刀24装在刮刀架10与刮刀压板11之间,刮刀架10与刮刀压板11通过螺钉连接,刮刀架10与刮刀基板2相连,刮刀基板2与线性运动模块1相连,并由电机驱动进行双向运动。
如图4和图1,落粉模块包括供粉仓14、落粉辊12、流量调节挡板一19、流量调节挡板二20、流量调节挡板三21、挡板控制轴22、弹簧18、法兰轴承、套筒、普通深沟球轴承16、同步带轮一4、同步带轮二8、同步带轮三13、同步带轮四17、同步带一5、同步带二9、挡板控制轴支座15、减震橡胶垫6、高精度电机一3、高精度电机二7和控制器;供粉仓14与刮刀基板2通过螺钉相连,供粉仓14的左面比供粉区粉末出口的位置低,可以避免粉末在铺粉过程中受到SLM设备成形仓内气流的影响,供粉仓14及与其连接的零件均为便于拆卸式的,拆卸供粉仓14时,不需要拆卸其他零件,减少更换粉末时拆卸零件的工作量,供粉仓完全通过转动落粉辊来控制进入供粉区的粉末量。
落粉辊12与法兰轴承内壁相连,法兰轴承装在供粉仓14两侧的阶梯孔中,套筒通过基米固定在落粉辊14的左端,同步带轮三13通过基米固定在落粉辊12的右端;同步带轮二8通过基米固定在高精度电机二7上,同步带轮二8和同步带轮三13通过同步带二9传动;减震橡胶垫6通过胶水粘在刮刀基板2上,高精度电机二7通过螺钉装在刮刀基板2上,高精度电机一3与刮刀基板2间夹着减震橡胶垫6;挡板控制轴22与普通深沟球轴承16内壁相连,普通深沟球轴承16装在挡板控制轴支座15内部的孔中,同步带轮四17通过基米固定在挡板控制轴22上,同步带轮一4通过基米固定在高精度电机一3上,同步带轮四17和同步带轮一4通过同步带一5相连;通过套筒和同步带轮四17限制其在普通深沟球轴承16中轴向位移。
如图5,落粉辊12为杯状凹槽设计,粉末在落粉辊的转动中不易落回到周围的粉末中,仅当此凹槽口向下时,粉末才能从凹槽中出来,且可以避免粉末流量小的前铺粉仓堵粉,极大的减少了机械能的消耗;采用丝状PLA或ABS通过3D打印成形,减少加工时间,降低加工成本。
流量调节挡板一19插在供粉仓前面的槽中,下表面上的凸台与挡板控制轴22上的凸台接触,流量调节挡板一19通过弹簧与供粉仓14相连,弹簧保证了挡板控制轴上的凸台与流量调节挡板一上的凸台始终接触,流量调节挡板上的凸台在滑槽中上下运动来调节与供粉仓内底面的距离,进而调节粉末的流量,流量调节挡板二、三的连接方式与流量调节挡板一的连接方式一样;如图6,挡板控制轴上的高度分别为0.6毫米、0.9毫米、1.3毫米、1.9毫米、2.7毫米,通过控制变量法转动挡板控制轴22来调节流量调节挡板一19、流量调节挡板二20、流量调节挡板三21的高度,进一步调节粉末的流量。
控制器控制挡板控制轴22驱动电机的启动时间、运转时间及转动方向;流量调节挡板与供粉仓通过弹簧连接,以保证流量调节挡板上的凸台时刻可以与挡板控制轴相切;流量调节挡板上的凸台在滑槽中上下运动来调节与供粉仓14内底面的距离,进而调节粉末的流量;流量调节挡板底面与供粉仓内部底面的夹角为3~5度。
流量调节挡板、挡板控制轴及供粉仓采用SLM技术成形,流量调节挡板与挡板控制轴的材料为40CrNiMoA,成分为碳 C :0.37~0.44、硅 Si:0.17~0.37、锰 Mn:0.50~0.80、硫 S :允许残余含量≤0.025、磷 P :允许残余含量≤0.025、铬 Cr:0.60~0.90、镍 Ni:1.25~1.65、铜 Cu:允许残余含量≤0.25、钼 Mo:0.15~0.25,提高其耐磨性、强度及硬度。
供粉仓14中装压力传感器,当供粉仓中粉末不足以加工下一层时,压力传感***会报警,供粉仓运动到供粉口添加粉末,以避免造成成形零件的下一层时粉末不足,导致整个零件加工失败;供粉仓通过5块隔板分成6个区域,其中包括3个储粉区,3个供粉区;但3个储粉区、3个供粉区的体积均不相等,靠近SLM设备吹风口的区域的体积最大,靠近SLM设备进风口的区域的体积最小,中间区域的体积居中,可以避免三个区域间粉末流量不同的影响,便于精确控制每个区域粉末的流量,提高装置的稳定性。
一种智能指定区域定量铺粉方法,其步骤如下:
S1:用三维建模软件建立三维模型,并用切片软件将其切片,通过3D打印机控制软件将文件发送给SLM设备;
S2:将挡板控制轴22复位,使其上小槽回到初始安装时的位置;
S3:控制器对SLM设备***下一层的激光扫描路径进行分析,筛选出下一层扫描路径中的最大X轴坐标及最小X轴坐标;
S4:驱动高精度电机一3转动,使挡板控制轴22转到满足切片软件中设定的铺粉层厚的位置;假设铺粉厚度为30微米,挡板控制轴22转过的角度为50度,落粉模块供粉仓14开始运动,落粉辊12开始转动,将粉末从供粉仓14的储粉区带到供粉区中,供粉仓14开始漏粉,供粉仓14的三个区域的粉末流量相同;
S5:当铺粉模块到达S3中所述最大X轴坐标处,挡板控制轴22同时转到满足当前位置所需粉末量的位置;经过控制器分析,如果激光扫描区域完全在流量调节挡板三21的范围内,挡板控制轴则再转过35度;如果激光扫描区域完全在流量调节挡板三21、流量调节挡板二20的范围内,此时挡板控制轴22需要转过的角度为15度(此时流量调节挡板三、流量调节挡板二对应的供粉区漏出的粉末量为此前的N倍,N值为1.5);当铺粉模块到达S3中所述最小X轴坐标处时,控制轴恢复到S4中所述的位置;
S6:S5中所述N值的计算方式为:
S7:当刮刀基板的背面到达成型仓23的最左端时,落粉辊12停止转动,挡板控制轴22复位,供粉仓14停止漏粉,落粉仓开始反向运动,回到初始位置;
S8:重复上述步骤S2~S7,直到整个零件成形。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种智能指定区域定量铺粉装置,其特征在于,包括刮粉模块和落粉模块;
所述刮粉模块包括刮刀、刮刀压板、刮刀架、刮刀基板和线性运动模块;所述刮刀装在刮刀架与刮刀压板之间,刮刀架与刮刀压板通过螺钉连接;刮刀架与刮刀基板相连,刮刀基板与线性运动模块相连,并由电机驱动进行双向运动;
所述落粉模块包括供粉仓、落粉辊、流量调节挡板、挡板控制轴、弹簧、法兰轴承、套筒、普通深沟球轴承、同步带轮、同步带、挡板控制轴支座、高精度电机和控制器;所述流量调节挡板包括流量调节挡板一、流量调节挡板二和流量调节挡板三,流量调节挡板一、流量调节挡板二和流量调节挡板三依次沿着向靠近线性运动模块的方向布置,供粉仓内的落粉辊与落粉辊配合板进行配合以方便落粉,落粉辊配合板包括横向板和竖向板,竖向板与落粉辊配合,横向板位于竖向板左侧的位置设置有槽,流量调节挡板一、流量调节挡板二和流量调节挡板三均插设于槽中;所述同步带轮包括同步带轮一、同步带轮二、同步带轮三和同步带轮四,所述同步带包括同步带一和同步带二,所述高精度电机包括高精度电机一和高精度电机二;所述供粉仓与刮刀基板通过螺钉相连;所述落粉辊与法兰轴承内壁相连,法兰轴承装在供粉仓两侧的阶梯孔中,套筒通过基米固定在落粉辊的左端,同步带轮三通过基米固定在落粉辊的右端;同步带轮一通过基米固定于高精度电机一上,同步带轮二通过基米固定在高精度电机二上,同步带轮四通过基米固定在挡板控制轴上,同步带轮二和同步带轮三通过同步带二传动;减震橡胶垫通过胶水粘在刮刀基板上,高精度电机二通过螺钉装在刮刀基板上,高精度电机一与刮刀基板间夹着减震橡胶垫;所述挡板控制轴与普通深沟球轴承内壁相连,普通深沟球轴承装在挡板控制轴支座内部的孔中,同步带轮四和同步带轮一通过同步带一相连;
流量调节挡板一、流量调节挡板二和流量调节挡板三下表面上的凸台与挡板控制轴上的凸台接触,流量调节挡板一通过弹簧与供粉仓相连弹簧保证了挡板控制轴上的凸台与流量调节挡板一上的凸台始终相切并接触,流量调节挡板上的凸台驱使在槽中上下运动来调节与供粉仓内底面的距离,进而调节粉末的流量,流量调节挡板二、流量调节挡板三的连接方式与流量调节挡板一的连接方式一样,供粉仓的底部呈左低右高的斜面设置;挡板控制轴的凸台的轴向外表面与挡板控制轴的表面的距离不等;
所述控制器控制挡板控制轴驱动电机的启动时间、运转时间及转动方向;
所述供粉仓中装压力传感器;供粉仓通过5块隔板分成6个区域,其中包括3个储粉区和3个供粉区;但3个储粉区、3个供粉区的体积均不相等,靠近SLM设备吹风口的区域的体积最大,靠近SLM设备进风口的区域的体积最小,中间区域的体积居中,供粉仓的左面比供粉区粉末出口的位置低。
2.根据权利要求1所述的一种智能指定区域定量铺粉装置,其特征在于,所述落粉辊采用丝状PLA或ABS通过3D打印成形,为杯状凹槽形状。
3.根据权利要求1所述的一种智能指定区域定量铺粉装置,其特征在于,所述流量调节挡板底面与供粉仓内部底面的夹角为3~5度。
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CN111974994A (zh) | 2020-11-24 |
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