CN112208098A - 3d打印机及其铺粉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印机及其铺粉方法。该3D打印机包括：安装架；成形缸，成形缸包括成形壳体和成形平台，成形壳体设置在安装架上，成形平台沿第一方向可往复移动地设置在成形壳体上；铺粉部，铺粉部沿第二方向可往复移动地设置在安装架上，铺粉部包括柔性刮刀、供粉单元和余粉回收单元，供粉单元位于柔性刮刀和余粉回收单元之间，在铺粉部移动时，供粉单元向成形平台上铺设成形粉，柔性刮刀将成形粉刮平，余粉回收单元吸取柔性刮刀刮平成形粉过程中的余粉。该3D打印机铺粉作用力低，有助于提升打印成功率。
Description
技术领域
本发明涉及加工设备领域，特别是涉及一种3D打印机及其铺粉方法。
背景技术
粉末床3D打印机(以下简称打印机)是增材制造装备的重要分支之一，其通过铺粉装置在打印机的成形缸的开口区域铺设精细粉末薄层，而后通过激光、电子束、微液滴喷射等手段，选择性处理精细粉末薄层，使选定区域的粉末结合为片状整体。通过成形缸中打印基板的逐层下降，与铺粉、选择性处理步骤的反复执行，每一层粉末固化物与之前所得固化物垂直累加，直至生成完整三维实体。
由于激光、电子束、微液滴喷射具有优秀的平面分辨率，以及精细粉末所具备的微纳尺度颗粒，粉末床3D打印机相比于其它采用固体介质的增材设备，具有突出的成形精度及表面质量优势；如用于金属粉末成形的SLM打印机，和用于高分子粉末成形的SLS打印机，其成形精度与表面质量要分别优于激光熔覆成形(LDM)与熔融挤出成形(FDM)。
此外，得益于逐层铺粉、高度方向(即Z向)累积的2D至3D成形原理，粉末床3D打印机规避了切削加工复杂零件的刀具干涉问题，使得其在空腔、内流道、晶格填充等具有复杂几何特征部件成形领域的应用优势日益凸显。
而粉末床3D打印机的使用成本高是其一大缺点，造成此缺点的主要原因在于打印成功率低。导致打印成功率低的原因主要有铺粉失败、固化处理不当、横向错位以及整体翘曲变形等，其中整体翘曲变形又与铺粉失败、横向错位相互耦合，进一步降低打印成功率。现有的粉末床3D打印机无法有效解决粉末固化过程中产生整体翘曲变形导致的铺粉失败的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种本发明提供一种3D打印机及其铺粉方法，以解决铺粉不好导致的打印失败率高的问题。
本发明提供的一种3D打印机，其包括：安装架；成形缸，成形缸包括成形壳体和成形平台，成形壳体设置在安装架上，成形平台沿第一方向可往复移动地设置在成形壳体上；铺粉部，铺粉部沿第二方向可往复移动地设置在安装架上，铺粉部包括柔性刮刀、供粉单元和余粉回收单元，供粉单元位于柔性刮刀和余粉回收单元之间，在铺粉部移动时，供粉单元向成形平台上铺设成形粉，柔性刮刀将成形粉刮平，余粉回收单元吸取柔性刮刀刮平成形粉过程中的余粉。
如此设置，该3D打印机的安装架承载成形缸和铺粉部等。成形缸的成形壳体用于承载成形平台。铺粉部的供粉单元用于在成形平台上铺设成形粉，柔性刮刀用于将成形粉刮平以便于后续对成形粉进行处理，使其固化成需要的结构。余粉回收单元用于在柔性刮刀将成形粉刮平的过程中吸取余粉，从而避免余粉累积过多造成柔性刮刀的移动阻力过大，也就避免了在成形平台上存在未固化层时，过大的余粉堆对未固化层产生力扰动，使其平移而造成打印失败。由于柔性刮刀本身具有柔性能够变形，因而在成形平台上存在未固化层时，可以通过柔性刮刀的变形避免刮刀直接与未固化层碰撞而造成破坏未固化层使得打印失败。
可选地，供粉单元包括：粉盒，粉盒通过驱动组件沿第二方向可往复移动地设置在安装架上，粉盒上设置有出粉口；出粉组件，出粉组件设置在粉盒的出粉口处，并将粉盒内的成形粉输送到粉盒外。
如此设置，可以通过出粉组件控制在移动过程连续出粉，避免出粉量过大而造成柔性刮刀阻力过大。
可选地，出粉组件包括：出粉辊，出粉辊可转动地设置在出粉口处，出粉辊的周向上设置有多个粉槽；出粉电机，出粉电机设置在粉盒上，并与出粉辊连接以驱动出粉辊转动，使粉槽和粉槽内的成形粉从粉盒内运动到粉盒外。
如此设置，使得出粉辊的转动速度可以准确控制，从而实现对出粉量的准确控制。
可选地，3D打印机还包括控制器，控制器分别与出粉电机和粉盒的驱动组件电连接，并根据粉盒的移动速度控制出粉电机的转动速度，以控制出粉滚的出粉速率。
如此设置，可以使粉盒的移动速度与出粉速度适配，保证移动过程中的出粉量满足需求。
可选地，铺粉部还包括重力传感器，重力传感器设置在粉盒上，并与控制器电连接，以将检测的粉盒的重力信号传输至控制器，控制器根据重力信号确定粉盒中的成形粉存量。
如此设置，可以监测粉盒内成形粉存量，从而可以及时补充成形粉。
可选地，3D打印机还包括储粉部，储粉部设置在安装架上，储粉部包括出粉通道和控制阀，在铺粉部处于第一位置时，出粉通道与粉盒上的进粉口配合，控制阀与控制器连接，控制器根据重力信号控制控制阀的打开或关闭，以打开或关闭出粉通道。
如此设置，可以准确控制补粉量。
可选地，粉盒内设置有均粉机构，均粉机构包括均粉板，均粉板可往复移动地设置在粉盒内，且均粉板上依次间隔设置有多个均粉孔，以分散粉盒内的成形粉。
如此设置，可以使得粉盒内的成形粉分布均匀。
可选地，出粉口上设置有密封结构，密封结构用于密封出粉辊和出粉口之间的间隙。
如此设置，可以避免漏粉，保证可靠性。
可选地，余粉回收单元包括：吸粉器，吸粉器设置在粉盒上，吸粉器具有吸粉口，且吸粉口的高度高于出粉口；吸粉罩，吸粉罩连接在吸粉器的吸粉口上，吸粉罩的横截面积沿逐渐远离吸粉口的方向逐渐增大。
如此设置，可以保证可靠地吸取余粉，从而避免阻力过大。
根据本发明的另一方面，提供一种3D打印机的铺粉方法，方法包括：控制3D打印机的成形平台沿第一方向移动一层待铺设的成形粉的厚度；驱动3D打印机的铺粉部沿第二方向移动，使铺粉部的供粉单元向成形平台铺设成形粉，且铺粉部的柔性刮刀将成形粉刮平，并在柔性刮刀的沿第二方向移动的前方形成余粉；驱动铺粉部的余粉回收单元吸取至少部分余粉，以减小柔性刮刀移动的阻力。
如此设置，使得在铺粉过程中的余粉可以被余粉回收单元吸取，从而避免柔性刮刀刮出的余粉量过多且堆积在柔性刮刀的前方造成柔性刮刀移动的阻力过大，使柔性刮刀能够使铺设的成形粉满足平整需求。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的3D打印机的立体结构示意图；
图2为根据本发明的实施例的3D打印机的剖视结构示意图；
图3为根据本发明的实施例的3D打印机的铺粉部的立体结构示意图；
图4为根据本发明的实施例的3D打印机的铺粉部的剖视结构示意图；
图5为根据本发明的实施例的3D打印机的出粉辊的主视结构示意图；
图6为根据本发明的实施例的3D打印机铺粉过程中处于第一状态的示意图；
图7为根据本发明的实施例的3D打印机铺粉过程中处于第一状态时粉层的俯视结构示意图；
图8为根据本发明的实施例的3D打印机铺粉过程中处于第二状态的示意图；
图9为根据本发明的实施例的3D打印机铺粉过程中处于第三状态的示意图；
图10为根据本发明的实施例的3D打印机的电气连接示意图。
附图标记说明：
10、安装架；20、成形缸；21、成形壳体；22、成形平台；31、柔性刮刀；32、供粉单元；321、粉盒；3211、进粉口；322、出粉辊；3221、粉槽；323、出粉电机；324、驱动组件；40、控制器；51、重力传感器；61、出粉通道；62、控制阀；63、储粉仓；71、均粉板；81、吸粉器；811、吸粉口；82、吸粉罩；83、集粉仓；90、搅拌器；91、新铺粉层；92、未固化层；93、固化层；94、余粉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1-图10，本发明提供一种3D打印机包括安装架10、成形缸20和铺粉部，成形缸20包括成形壳体21和成形平台22，成形壳体21设置在安装架10上，成形平台22沿第一方向可往复移动地设置在成形壳体21上；铺粉部沿第二方向可往复移动地设置在安装架10上，铺粉部包括柔性刮刀31、供粉单元32和余粉回收单元，供粉单元32位于柔性刮刀31和余粉回收单元之间，在铺粉部移动时，供粉单元32向成形平台22上铺设成形粉，柔性刮刀31将成形粉刮平，余粉回收单元吸取柔性刮刀31刮平成形粉过程中的余粉。
该3D打印机的安装架10承载成形缸20和铺粉部等。成形缸20的成形壳体21用于承载成形平台22。铺粉部的供粉单元32用于在成形平台22上铺设成形粉，柔性刮刀31用于将成形粉刮平以便于后续对成形粉进行处理，使其固化成需要的结构。余粉回收单元用于在柔性刮刀31将成形粉刮平的过程中吸取余粉，从而避免余粉累积过多造成柔性刮刀31的移动阻力过大，也就避免了在成形平台22上存在未固化层92时，过大的余粉堆对未固化层92产生力扰动，使其平移而造成打印失败。由于柔性刮刀31本身具有柔性能够变形，因而在成形平台22上存在未固化层92时，可以通过柔性刮刀31的变形避免刮刀直接与未固化层92碰撞而造成破坏未固化层92使得打印失败。
如图1和图2所示，安装架10上还设置有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板沿安装架10的高度方向依次间隔设置。成形缸20设置在第二隔板的下方，且成形缸20的上边沿嵌合在第二隔板上，成形平台22可以沿着第一方向(即图1中所示竖直方向)往复移动，且成形平台22移动到上止点时，成形平台22的表面与第二隔板平齐。
成形平台22可以通过伸缩气缸、伸缩杆或者其他能够驱动成形平台22往复移动的结构，本实施例对此不作限制。
如图1和图2所示，铺粉部设置在第一隔板和第二隔板之间，能够在安装架10上沿第二方向(如图1所示的水平方向)往复移动，以用于向成形平台22上铺设成形粉。
其中，供粉单元32包括粉盒321和出粉组件。粉盒321用于盛放成形粉，出粉组件用于在需要时将成形粉输送到粉盒321外，以将其铺洒在成形平台22上。
具体地，粉盒321通过驱动组件沿第二方向可往复移动地设置在安装架10上，粉盒321上设置有出粉口；出粉组件设置在粉盒321的出粉口处，并将粉盒321内的成形粉输送到粉盒321外。
粉盒321的结构、形状和材质可以根据需要确定，本实施例对此不作限制。结合参见图3，粉盒321的出粉口设置在其下部。驱动粉盒321移动的驱动组件324可以是直线电机、驱动链轮组件等任何适当的、能够使粉盒321沿着第二方向往复移动的组件。
优选地，为了减少体积和空间占用，驱动组件324可以是直线电机。
出粉组件包括出粉辊322和出粉电机323。出粉辊322可转动地设置在出粉口处，出粉辊322的周向上设置有多个粉槽3221。出粉电机323设置在粉盒321上，并与出粉辊322连接以驱动出粉辊322转动，使粉槽3221和粉槽3221内的成形粉从粉盒321内运动到粉盒321外。
出粉辊322不转动时可以封闭出粉口，从而防止成形粉漏出，避免浪费。需要铺粉时，通过出粉电机323驱动出粉辊322转动，从而使位于粉盒321内的粉槽3221转动到粉盒321外，并带动粉槽3221内的成形粉达到粉盒321外，实现铺粉。
通过控制粉槽3221的容积就可以调整每次出粉的出粉量。结合参见图4和图5，出粉辊322的周向上设置有多个凸起，相邻两个凸起之间形成粉槽3221。
当然，在其他实施例中，出粉组件也可以是其他结构，例如，可采用链轮或皮带轮驱动的链带与皮带，通过链带上均匀分布的多孔结构，或皮带的密齿结构实现成形粉从粉盒321向外部的输送，以控制供粉量及供粉速度。
可选地，为了避免漏粉，出粉口上设置有密封结构，密封结构用于密封出粉辊322和出粉口之间的间隙。这样使得出粉辊322的两侧与出粉口滑动密封配合，从而保证密封性。
出粉辊322与出粉电机323(其可以为伺服电机)连接，出粉电机323带动出粉辊322逆时针旋转时，位于粉盒321内的粉槽从左侧滑动密封处旋转至出粉口外部，其中的成形粉自由下落实现供粉，出粉电机的转速越快，则单位时间旋转至出粉口外部的粉槽数量越多，供粉量及供粉速度亦越大。
可选地，为了保证出粉量和出粉速率满足需求，从而确保不会浪费成形粉，同时保证成形粉铺设的厚度满足要求，3D打印机还包括控制器40，控制器40分别与出粉电机323和粉盒321的驱动组件324电连接，并根据粉盒321的移动速度控制出粉电机323的转动速度，以控制出粉滚的出粉速率。这样控制器40通过控制出粉电机323的转动速度就可以控制出粉速率，进而通过控制粉盒321的移动速度就可以控制铺粉厚度。
如图3所示，粉盒321的顶部设置有进粉口3211，由于进粉口3211面积较小，导致成形粉进入粉盒321内之后会形成局部堆积而使得分布不均，为了解决此问题，如图4所示，粉盒321内设置有均粉机构，均粉机构包括均粉板71，均粉板71可往复移动地设置在粉盒321内，且均粉板71上依次间隔设置有多个均粉孔，以分散粉盒321内的成形粉。
余粉回收单元包括吸粉器81和吸粉罩82，吸粉器81设置在粉盒321上，吸粉器81具有吸粉口811，且吸粉口811的高度高于出粉口；吸粉罩82连接在吸粉器81的吸粉口811上，吸粉罩82的横截面积沿逐渐远离吸粉口811的方向逐渐增大。通过吸粉器81可以吸收柔性刮刀31刮平后多余的成形粉，避免余粉在柔性刮刀31行进路上的前方过多堆积而导致移动阻力过大。吸粉罩82可以保证吸粉器81能够顺利地吸取各处的余粉。
在本实施例中，粉盒321内的成形粉除了通过进粉口3211输入的成形粉外，还可以包括吸取的余粉，这样可以充分避免成形粉的浪费。例如，吸粉器81与粉盒321连通，并将吸取的余粉输送至粉盒321内。
具体地，在粉盒321上设置有集粉仓83，吸粉器81将吸取的余粉输送到集粉仓83中，再通过集粉仓83输入到粉盒321内。
可选地，在本实施例中，为了减少向粉盒321内补粉的次数，从而减少补粉占用的时间，铺粉部还包括重力传感器51，重力传感器51设置在粉盒321上，并与控制器40电连接，以将检测的粉盒321的重力信号传输至控制器40，控制器40根据重力信号确定粉盒321中的成形粉存量。通过在粉盒321下方设置重力传感器51，利用重力传感器51检测粉盒321的重力，进而确定其中的成形粉存量，保证了可以及时准确地检测到存量，从而在存在不足时快速补粉。这样就不需要在每次铺粉时都补粉，从而减少了补粉时间。
可选地，为了方便补粉，3D打印机还包括储粉部，储粉部设置在安装架10上，储粉部包括出粉通道61和控制阀62，在铺粉部处于第一位置时，出粉通道61与粉盒321上的进粉口(3211)配合，控制阀62与控制器40连接，控制器40根据重力信号控制控制阀62的打开或关闭，以打开或关闭出粉通道61。
具体地，储粉部包括储粉仓63，其设置在第一隔板上方，底部连接有出粉管，出粉管穿过第一隔板，出粉管具有该出粉通道61。控制阀62设置在出粉管上，并控制出粉通道61的通断。控制阀62与控制器40连接，当控制器40根据重力传感器51的重力信号确定需要补粉时，向控制阀62发送使控制阀62打开的指令，从而使出粉通道打开，储粉仓63向粉盒321的进粉口3211输送成形粉。
为了避免成形粉凝结成块而影响铺粉效果，在储粉仓63内设置有搅拌器90，搅拌器90缓慢旋转使得储粉仓内的成形粉处于缓慢流动状态，从而可以防止其结块。
在本实施例中，该3D打印机可以实现低作用力自适应铺粉。其具体工作过程为：
供粉单元32可带动柔性刮刀3和余粉回收单元移动。当供粉单元32处于行程的第一端时，粉盒321位于控制阀62的正下方，出粉通道61与粉盒321上的出粉口对应。在补粉时，控制器40控制搅拌器90转动，控制搅拌器在储粉仓中缓慢旋转，同时在控制阀62开启后，成形粉从储粉仓63流入粉盒321内。重力传感器51可计量粉盒321的成形粉的余量。当粉盒321内余量满足需求时，控制器40发出闭合指令至控制阀62，控制阀62切断出粉通道61。在进粉过程中，均粉板为长条状梳齿结构，其往复运动可平衡粉末分布，使粉盒内的粉末上表平整。
进行逐层铺粉时，控制器40先发出位移指令至成形平台22，控制成形平台22下降单层固化厚度对应高度。控制器40发出位移指令至铺粉部，控制铺粉部的柔性刮刀31、供粉单元32和余粉回收单元从左向右匀速移动，控制器40发出开启指令至余粉回收单元，控制余粉回收单元开启余粉抽取。控制器40发出位置同步启停指令至供粉单元，控制供粉单元32靠近成形平台22的区域时开启供粉，脱离成形平台22的区域时则停止供粉。移动期间，供粉单元32持续向成形平台22供应幅宽与成形平台22相同的带状成形粉，位于后方的柔性刮刀31紧接着将带状成形粉刮平，并形成平整的新铺粉层91，同时多余粉末在柔性刮刀31前方堆积形成粉堆，当粉堆扩展至余粉回收单元吸粉口位置处，被余粉回收单元回抽至供粉单元循环使用，以防止粉堆进一步扩大、刮粉阻力变大致使柔性刮刀变形，并干扰未完成固化物(即未固化层92)，致其横向偏移。当铺粉部移动到第二端时，本层铺粉结束，控制器发出返回指令至铺粉部，控制铺粉部返回第一端，控制器发出停止指令至余粉回收单元，控制余粉回收单元停止粉末回抽；上述成形平台下降、铺粉部右移、再返回操作反复执行，即可配合激光、电子束、微液滴喷射等粉末固化手段，实现粉末床3D打印成形控制。
在供粉单元32出粉时，出粉辊出粉量与出粉电机323旋转角度成正比，所输送粉末速度与出粉电机323旋转速度成正比，出粉辊停止时供粉亦停止。通过控制器40使得出粉电机323与驱动组件324联动控制，即粉盒321处于成形平台22时，出粉电机323旋转角度与粉盒321位移成比例关系，比例值越大，则向成形平台供应粉末量越大，控制器40可调节该比例值，使粉末供应量相对于铺粉需求量适当冗余，既避免粉末不足，也防止供粉过度。
柔性刮刀31前方供应的粉末，一部分用于平铺、填充粉末缺口，经柔性刮刀刮平后形成新铺粉层91的平面，另一部分为冗余粉末，冗余粉末持续累积在柔性刮刀31前方，形成粉堆并使得粉堆逐步扩大；通过余粉回收单元，当冗余粉末堆积产生的粉堆，扩大至余粉回收单元的吸粉口811时，余粉回收单元可将粉末回抽至集粉仓83中，即余粉回收单元可确保柔性刮刀31前方的粉堆不会持续增大，进而导致柔性刮刀31刮粉阻力增大，或干扰未完成固化的未固化层92致其移位。
供粉单元的持续供粉，与余粉回收单元的粉末回抽相配合，使得柔性刮刀31前方的粉堆粉量始终维持在微量水平，但却能满足实时铺粉的粉量需求，使得柔性刮刀31刮粉阻力保持在轻微状态，同时亦使得柔性刮刀刮粉动作对未固化层92的扰动维持在低水平状态。
柔性刮刀31可采用高柔性材料如硅橡胶制作，当粉末中未固化层表面局部凸起时，柔性刮刀31发生自适应变形，既可避免柔性刮刀31刃口损坏和未固化层92移位，亦可保证其它区域的正常铺粉效果，防止铺粉异常导致打印失败。
如图6和图7所示，当粉盒321移动到成形平台22之前不供粉，在移动到成形平台22上时开始供粉。粉末下落在柔性刮刀31前方的上一层固化层93及未固化层92上随着柔性刮刀31不断的将下落的粉末刮平，形成新铺粉层91，多余的粉末在柔性刮刀31前方堆积形成粉堆，粉堆随着柔性刮刀31前移累积变大，直至向前扩展至余粉回收单元的吸粉口811处，余粉回收单元将吸粉口811处的粉末回抽，并通过集粉仓送至粉盒321中，使得粉堆无法继续向前扩张，从而避免柔性刮刀31的刮粉阻力过大，导致新铺粉层平整度变差，或对未固化层产生力扰动，导致其横向移位。
如图8和图9所示，柔性刮刀31、供粉单元32及余粉回收单元在实施铺粉过程中柔性刮刀31逼近未固化层形成的凸起部位时，粉堆局部前进受阻，导致柔性刮刀31局部向后发生弹性变形，使得柔性刮刀31局部刃口抬高(未抬高时与第二隔板的表面平齐)，前进受阻粉末得以驻留在凸起部位左侧。柔性刮刀31刃口到达并经过凸起部位时，凸起部位导致柔性刮刀31局部刃口向上弹性变形，导致凸起部位的新铺粉层相应抬高。上述两种作用合并导致凸起部位四周的新铺粉层形成山坡状形态。柔性刮刀31完全越过凸起部位后，刃口的弹性变形恢复，其刮平粉末所产生的新铺粉层，恢复平整及正常高度。
根据本发明的实施例的另一方面，提供一种3D打印机的铺粉方法，方法包括：控制3D打印机的成形平台22沿第一方向移动一层待铺设的成形粉的厚度；驱动3D打印机的铺粉部沿第二方向移动，使铺粉部的供粉单元32向成形平台22铺设成形粉，且铺粉部的柔性刮刀31将成形粉刮平，并在柔性刮刀31的沿第二方向移动的前方形成余粉；驱动铺粉部的余粉回收单元吸取至少部分余粉，以减小柔性刮刀31移动的阻力。
在铺粉过程中，将成形平台22沿第一方向移动一层待铺设成形粉的厚度，例如，使成形平台22向下移动，且移动距离为一层成形粉的厚度，这样就可以在成形平台22的表面和第二隔板之间形成一层成形粉的高度差，之后驱动铺粉部移动，在供粉单元32移动到成形平台22上方时，向成形平台22出粉，之后柔性刮刀31将供粉单元32的出粉刮平，在柔性刮刀31的前方多余的余粉形成粉堆。余粉回收单元吸取余粉，从而避免粉堆过大，以避免柔性刮刀31移动的阻力过大。
本实施例的3D打印机具有如此有益效果：
粉盒一次补给粉末，即可满足多层铺粉需求，无需在每一层铺粉后补给粉末，可缩短累积供粉、铺粉时间，提升粉末床3D打印机的整体效率，余粉回收单元不仅可在铺粉过程中，将余粉堆积扩大的粉堆回抽至粉盒以循环利用，而且可在铺粉结束后返回第一端时将残留在柔性刮刀前方的粉末回抽至粉盒，使得整个铺粉过程不产生余粉。而且在铺粉过程中实现低作用力自适应铺粉，且结构合理、铺粉作用力小，可自适应处理未完成固化物凸起于粉末平面之上的情形，易于在各种规格的粉末床3D打印设备中推广应用。
综上，该3D打印机解决了采用激光、电子束、微液滴喷射装置处理连续较大粉末区域时，固化体积收缩，尤其是横向收缩极易导致固化物薄片翘曲、凸起于粉末平面之上，进而在下一层铺粉时凸起与铺粉装置干涉，造成未完成固化物移位或损坏铺粉装置的问题。此外，解决了铺粉装置一次性获得单层粉末供给导致粉堆过大无法保证在推动粉堆前进的同时，生成平整度好的铺粉平面的问题，其充分实现了降低铺粉过程对未完成固化物力扰动，防止其与铺粉装置机械干涉，并保证新铺粉末平面平整度。
以上所述实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印机，其特征在于，包括：
安装架(10)；
成形缸(20)，所述成形缸(20)包括成形壳体(21)和成形平台(22)，所述成形壳体(21)设置在所述安装架(10)上，所述成形平台(22)沿第一方向可往复移动地设置在所述成形壳体(21)上；
铺粉部，所述铺粉部沿第二方向可往复移动地设置在所述安装架(10)上，所述铺粉部包括柔性刮刀(31)、供粉单元(32)和余粉回收单元，所述供粉单元(32)位于所述柔性刮刀(31)和所述余粉回收单元之间，在所述铺粉部移动时，所述供粉单元(32)向所述成形平台(22)上铺设成形粉，所述柔性刮刀(31)将所述成形粉刮平，所述余粉回收单元吸取所述柔性刮刀(31)刮平所述成形粉过程中的余粉。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述供粉单元(32)包括：
粉盒(321)，所述粉盒(321)通过驱动组件沿所述第二方向可往复移动地设置在所述安装架(10)上，所述粉盒(321)上设置有出粉口；
出粉组件，所述出粉组件设置在所述粉盒(321)的出粉口处，并将所述粉盒(321)内的成形粉输送到所述粉盒(321)外。
3.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述出粉组件包括：
出粉辊(322)，所述出粉辊(322)可转动地设置在所述出粉口处，所述出粉辊(322)的周向上设置有多个粉槽(3221)；
出粉电机(323)，所述出粉电机(323)设置在所述粉盒(321)上，并与所述出粉辊(322)连接以驱动所述出粉辊(322)转动，使所述粉槽(3221)和所述粉槽(3221)内的成形粉从所述粉盒(321)内运动到所述粉盒(321)外。
4.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括控制器(40)，所述控制器(40)分别与所述出粉电机(323)和所述粉盒(321)的驱动组件(324)电连接，并根据所述粉盒(321)的移动速度控制所述出粉电机(323)的转动速度，以控制所述出粉滚的出粉速率。
5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述铺粉部还包括重力传感器(51)，所述重力传感器(51)设置在所述粉盒(321)上，并与所述控制器(40)电连接，以将检测的所述粉盒(321)的重力信号传输至所述控制器(40)，所述控制器(40)根据所述重力信号确定所述粉盒(321)中的成形粉存量。
6.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括储粉部，所述储粉部设置在所述安装架(10)上，所述储粉部包括出粉通道(61)和控制阀(62)，在所述铺粉部处于第一位置时，所述出粉通道(61)与所述粉盒(321)上的进粉口(3211)配合，所述控制阀(62)与所述控制器(40)连接，所述控制器(40)根据所述重力信号控制所述控制阀(62)的打开或关闭，以打开或关闭所述出粉通道(61)。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述粉盒(321)内设置有均粉机构，所述均粉机构包括均粉板(71)，所述均粉板(71)可往复移动地设置在所述粉盒(321)内，且所述均粉板(71)上依次间隔设置有多个均粉孔，以分散所述粉盒(321)内的成形粉。
8.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述出粉口上设置有密封结构，所述密封结构用于密封所述出粉辊(322)和所述出粉口之间的间隙。
9.根据权利要求2所述的3D打印机，其特征在于，所述余粉回收单元包括：
吸粉器(81)，所述吸粉器(81)设置在所述粉盒(321)上，所述吸粉器(81)具有吸粉口(811)，且所述吸粉口(811)的高度高于所述出粉口；
吸粉罩(82)，所述吸粉罩(82)连接在所述吸粉器(81)的吸粉口(811)上，所述吸粉罩(82)的横截面积沿逐渐远离所述吸粉口(811)的方向逐渐增大。
10.一种3D打印机的铺粉方法，其特征在于，所述方法包括：
控制所述3D打印机的成形平台(22)沿第一方向移动一层待铺设的成形粉的厚度；
驱动所述3D打印机的铺粉部沿第二方向移动，使所述铺粉部的供粉单元(32)向所述成形平台(22)铺设成形粉，且所述铺粉部的柔性刮刀(31)将所述成形粉刮平，并在所述柔性刮刀(31)的沿所述第二方向移动的前方形成余粉；
驱动所述铺粉部的余粉回收单元吸取至少部分所述余粉，以减小所述柔性刮刀(31)移动的阻力。
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| CN202010999665.3A CN112208098A (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 3d打印机及其铺粉方法 |
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