CN113102769A - 一种新型复合式增材制造振动铺粉装置及铺粉方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于增材制造领域，公开了一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，铺粉装置主要包括：前端压粉辊、后端压板、振动装置以及机械传动部分。前端压粉辊以一定的转速旋转，对粉层进行滚压；后端压板由曲柄连杆装置带其上下移动，特点是还包括振动装置同时使压板做高频振动，从而对粉层进一步压实，整个铺粉部分由机械传动部分带动。本发明结构及运动方式简单，利用辊压结合的方式，增加粉末之间的紧实度，提高三维成型产品致密性；并对压板结构进行优化，将压板与粉层接触端设计有一定弧度的弧面，有效降低弹粉现象,增加压板的寿命。装置整体简单紧凑、工序简单，整个铺粉过程一气呵成，可有效的节省时间，提高效率。

Description

一种新型复合式增材制造振动铺粉装置及铺粉方法

技术领域

本发明涉及金属材料的增材制造领域，具体地涉及一种新型复合式增材制造振动铺粉装置及铺粉方法。

背景技术

增材制造技术俗称3D打印技术，其中，激光选区熔化技术(简称SLM)是金属增材制造技术中目前最前端的发展形式之一，其加工过程主要为：零件的三维数模完成切片分层处理并导入成形设备后，水平刮板将堆积的金属粉末均匀的铺在水平基板上，高能量激光束按照当前切片层的数据信息选择性地熔化基板上的粉末，成形当前层的形状，基板下降一定高度，然后水平刮板在已成型的结构上再铺上薄薄一层金属粉末，激光按照规划的路径熔融粉层，如此往复循环直至整个零件完成制造。

然而，目前激光选区熔化技术仍面临着一系列问题，如成形表面粗糙、残余应力较大、易产生裂纹、孔洞等缺陷。通过实验观测发现，铺粉质量的好坏直接决定了试样的成型精度和致密度。在现有的技术中，铺粉部分主要选用刮板或辊筒，刮板式在使用过程中易在粉层上刮出痕迹，且当粉末粒径太大时，会发生弹粉现象，污染激光镜头，且刮板上容易粘粉影响后续铺粉；辊筒式相比之下，可较大的提高粉层的致密度，但是由于压粉辊自身的形状，易在粉层表面上形成波纹，降低铺粉质量。针对此类问题，部分人设计出移动式落粉铺粉部分，落粉与铺粉同时进行，可以避免粉末堆积在压粉辊或刮板前方，但是结构复杂，清理粉末以及维修难度大。较好的办法就是刮板或辊筒上加振动源，单一的在刮板或者压粉辊运动的时候振动，可有效的减少铺粉部分粘粉现象，但仍然无法避免结构上带来的不足。

发明内容

本发明的目的在于设计用于增材制造中的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，将辊压技术耦合起来，有效地解决了上述现有技术中存在的问题，提高三维成型产品的致密性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，为复合式振动铺粉装置，包括两根固定杆和主杆、机械传动部分和铺粉部分，两根固定杆连接在复合式振动铺粉装置的两端，机械传动部分两端分别连接两根固定杆，铺粉部分经主杆与机械传动部分连接，通过机械传动部分在两根固定杆之间来回，所述铺粉部分包括前端压粉辊部分、后端压板部分和振动装置。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述前端压粉辊部分包括压粉辊、第二驱动电机，第二驱动电机连接在主杆侧面，第二驱动电机的输出轴与压粉辊连接，带动压粉辊以一定转速转动。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述后端压板部分包括连接板、第一驱动电机、曲柄连杆装置和压板，所述连接板与主杆连接，第一驱动电机连接在连接板上，第一驱动电机的输出杆连接曲柄连杆装置，曲柄连杆装置的另一端连接压板，所述振动装置连接在压板上，压板的长和宽与压粉辊相适应。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述曲柄连杆装置包括曲柄、T型连杆和限位槽，T型连杆包括横杆和竖杆，横杆上开有长条孔，限位槽连接在连接板上，T型连杆滑动连接在限位槽内，对T型连杆左右限位。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述限位槽上开有长条孔，所述竖杆背面连接有限位柱，所述限位柱能在长条孔内上下滑动，对T型连杆上下限位。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述机械传动部分为齿轮齿条啮合传动，包括齿轮、齿条、步进电机、滑块和导轨，步进电机连接在滑块上，步进电机的输出轴与齿轮连接，齿轮与齿条啮合，步进电机驱动齿轮带动铺粉部分沿导轨移动。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述压板靠近压粉辊的一侧向内凹陷，与压粉辊的外廓相适应。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述后端压板与粉层接触前端有一定弧度，具有缓存作用，可有效地降低弹粉现象。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述振动装置位于后端压板之上，为能在三维方向产生振动的超声波振动器，以对粉层进行振动压实。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述连接板通过螺栓固定在主杆上，由第一驱动电机带动曲柄转动，进一步利用T型连杆带动压板进行上下运动。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述半圆形稳固板为半圆环形。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，还包括单片机和传感器装置。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述传感器装置包括红外线传感器和红外源。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述曲柄连杆装置还包括半圆形稳固板，稳固板连接在主杆和限位槽之间，分散限位槽的受力。

上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述前端压粉辊部分还包括轴承，压粉辊通过轴承与第二驱动电机连接。

一种新型复合式增材制造振动铺粉装置的铺粉方法，包括以下步骤：

①首先步进电机带动齿轮转动并沿齿条移动，驱动整个铺粉部分运动到铺粉平台处，送粉装置再将金属粉末预先堆在工作台靠近铺粉平台的外侧、铺粉部分的前端；

②送粉装置送粉结束时，单片机控制前端压粉辊处的第二驱动电机以及曲柄处的第一驱动电机同时启动，带动压粉辊以及压板开始运动，振动装置也同时开启，保证压板在上下运动的同时伴随有三维方向上的振动；

③铺粉平台周向工作台上和压板底部分别连接红外线传感器和红外源，当红外线传感器检测到压板接触到工作台时，控制齿轮转动的步进电机停止工作，同时控制铺粉部分的第一驱动电机和第二驱动电机以及振动装置也停止工作，单层铺粉完成；

④重复①～③的步骤，直到三维物体打印完成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明将压粉辊与压板结合起来，压粉辊滚平的粉末在压板振动加压后，进一步夯实，增加粉末之间的紧实度，无需进行多次铺粉，有效的节省时间，提高制件效率。

2.本发明将刮板升级，设计具有一定宽度的压板，增大压板与粉层作用区域，压实粉层，且后端压板与粉层接触处设计有一定弧度的弧面，有效降低弹粉现象，同时也延长了压板的寿命。

3.压板及压粉辊连接简单，拆卸更换简单，无须整体更换，有效的降低了经济成本。

附图说明

图1为本发明的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置的结构示意图；

图2为本发明机械传动部分处的局部结构示意图；

图3为本发明曲柄和T型连杆处的局部结构示意图。

图中1、工作台；2、铺粉平台；3、固定杆；4、齿条；5、步进电机；6、滑块；7、主杆；8、第一驱动电机；9、曲柄；10、T型连杆；11、连接板；12、超声波振动器；13、压板；14、压粉辊；15、轴承；16、第二驱动电机；17、齿轮；18、限位槽；19、稳固板；20、限位柱。

具体实施方式

实施例1

一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，为复合式振动铺粉装置，包括两根固定杆3和主杆7、机械传动部分和铺粉部分，两根固定杆3连接在复合式振动铺粉装置的两端，机械传动部分两端分别连接两根固定杆3的顶端，铺粉部分经主杆7与机械传动部分连接，通过机械传动部分在两根固定杆3之间来回，所述铺粉部分包括前端压粉辊部分、后端压板部分和振动装置。

实施例2

基于实施例1，实施例2列举出多个进一步技术特征，实施例1可择一或择多与其组合，从而形成多个新的不同的技术方案。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述前端压粉辊部分包括压粉辊14、第二驱动电机16，第二驱动电机16连接在主杆7侧面，第二驱动电机16的输出轴与压粉辊14连接，带动压粉辊14以一定转速转动。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述后端压板部分包括连接板11、第一驱动电机8、曲柄连杆装置和压板13，所述连接板11与主杆7连接，第一驱动电机8连接在连接板11上，第一驱动电机8的输出杆连接曲柄连杆装置，曲柄连杆装置的另一端连接压板13，所述振动装置连接在压板13上，压板的长和宽与压粉辊相适应。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述曲柄连杆装置包括曲柄9、T型连杆10和限位槽18，T型连杆10包括横杆和竖杆，横杆上开有长条孔，限位槽18连接在连接板11上，T型连杆10滑动连接在限位槽18内，对T型连杆10左右限位。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述限位槽18上开有长条孔，所述竖杆背面连接有限位柱20，所述限位柱20能在长条孔内上下滑动，对T型连杆10上下限位。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述曲柄连杆装置还包括半圆形稳固板19，稳固板19连接在主杆7和限位槽18之间，分散限位槽18的受力。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述机械传动部分为齿轮齿条啮合传动，包括齿轮17、齿条4、步进电机5、滑块6和导轨，步进电机5连接在滑块上，步进电机5的输出轴与齿轮17连接，步进电机5驱动齿轮17转动，齿轮17与齿条4相啮合，步进电机5驱动齿轮17带动铺粉部分沿导轨移动。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述前端压粉辊部分还包括轴承15，压粉辊14通过轴承15与第二驱动电机16连接。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述振动装置为超声波振动器12。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述压板13靠近压粉辊14的一侧向内凹陷，与压粉辊14的外廓相适应。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述后端压板13与粉层接触前端有一定弧度，具有缓存作用，可有效地降低弹粉现象。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述振动装置位于后端压板13之上，超声波振动器12优选能在三维方向产生振动的超声波振动器，以对粉层进行振动压实。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述连接板11通过螺栓固定在主杆7上，由第一驱动电机8带动曲柄9转动，进一步利用T型连杆10带动压板13进行上下运动。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述半圆形稳固板19为半圆环形，过渡性好，既美观又节省材料。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，还包括单片机和传感器装置。

进一步地，上述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述传感器装置包括红外线传感器和红外源。

实施例3

下面结合具体铺粉方法，通过实施例对本发明进行具体说明，一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，所述装置主要包括工作台1、铺粉平台2、两根固定杆3、主杆7、机械传动部分、铺粉部分。所述机械传动部分以及铺粉部分都位于工作台1的上方，工作台1的中间连接有铺粉平台2，机械传动部分通过固定杆3与工作台1固定在一起，机械传动部分主要包括齿条4、齿轮17、步进电机5、滑块6、导轨，采用步进电机5驱动齿轮17转动，从而带动滑块6在齿条4的导轨上实现装置的直线运动；所述铺粉部分分为前端压粉辊部分和后端压板部分，前端压粉辊部分包括压粉辊14、轴承15、第二驱动电机16，第二驱动电机16连接在主杆7侧面，第二驱动电机16的输出轴与压粉辊14连接，带动压粉辊14以一定转速转动；后端压板部分包括第一驱动电机8、曲柄9、T型连杆10、连接板11、超声波振动器12、压板13，第一驱动电机8驱动曲柄9以一定的转速转动，从而带动T型连杆10上下运动，进一步的带动压板13对粉层压实，超声波振动器12固定在压板13之上，带动压板13振动，将辊压技术耦合起来，提高三维成型产品的致密性。

前端压粉辊主要对落粉进行初步滚压；后端压板设计具有一定宽度，增大与粉层作用区域，压实粉层，与粉层接触前端有一定弧度，具有缓存作用，用于降低弹粉现象；振动装置连接于后端压板之上，超声波振动器优选能在三维方向产生振动的超声波振动器，以对粉层进行振动压实，并可有效降低压板上粘粉现象；连接板通过螺栓固定在主杆上，第一驱动电机8带动曲柄9转动，进一步利用T型连杆10带动压板13进行上下运动；两根固定杆3连接在工作台的两侧，将机械传动部分固定在工作台1上，齿条4与导轨连接安装在一起，采用步进电机驱动齿轮带动滑块在导轨上运动。

一种新型复合式增材制造振动铺粉装置的铺粉方法：

①首先步进电机5带动齿轮17转动并沿齿条4移动，驱动整个铺粉部分运动到铺粉平台2处，送粉装置再将金属粉末预先堆在工作台1靠近铺粉平台2的外侧、铺粉部分的前端；

②送粉装置送粉结束时，单片机控制前端压粉辊14处的第二驱动电机16以及曲柄9处的第一驱动电机8同时启动，带动压粉辊14以及压板13开始运动，振动装置12也同时开启，保证压板13在上下运动的同时伴随有三维方向上的振动；

③铺粉平台周向工作台上和压板底部分别连接红外线传感器和红外源，当红外线传感器检测到压板13接触到工作台1时，控制齿轮转动的步进电机5停止工作，同时控制铺粉部分的第一驱动电机8和第二驱动电机16以及振动装置12也停止工作，单层铺粉完成；

④重复①～③的步骤，直到三维物体打印完成。

Claims (10)

1.一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：为复合式振动铺粉装置，包括两根固定杆、主杆、机械传动部分和铺粉部分，两根固定杆连接在复合式振动铺粉装置的两端，机械传动部分两端分别连接两根固定杆，铺粉部分经主杆与机械传动部分连接，通过机械传动部分在两根固定杆之间来回，所述铺粉部分包括前端压粉辊部分、后端压板部分和振动装置。

2.根据权利要求1所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述前端压粉辊部分包括压粉辊、第二驱动电机，第二驱动电机连接在主杆侧面，第二驱动电机的输出轴与压粉辊连接，带动压粉辊以一定转速转动。

3.根据权利要求2所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述后端压板部分包括连接板、第一驱动电机、曲柄连杆装置和压板，所述连接板与主杆连接，第一驱动电机连接在连接板上，第一驱动电机的输出杆连接曲柄连杆装置，曲柄连杆装置的另一端连接压板，所述振动装置连接在压板上，压板的长和宽与压粉辊相适应。

4.根据权利要求3所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述曲柄连杆装置包括曲柄、T型连杆和限位槽，T型连杆包括横杆和竖杆，横杆上开有长条孔，限位槽连接在连接板上，T型连杆滑动连接在限位槽内，对T型连杆左右限位。

5.根据权利要求4所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述限位槽上开有长条孔，所述竖杆背面连接有限位柱，所述限位柱能在长条孔内上下滑动，对T型连杆上下限位。

6.根据权利要求2所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述机械传动部分为齿轮齿条啮合传动，包括齿轮、齿条、步进电机、滑块和导轨，步进电机连接在滑块上，步进电机的输出轴与齿轮连接，齿轮与齿条啮合，步进电机驱动齿轮带动铺粉部分沿导轨移动。

7.根据权利要求3所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述压板靠近压粉辊的一侧向内凹陷，与压粉辊的外廓相适应。

8.根据权利要求3所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述后端压板与粉层接触前端有一定弧度，具有缓存作用，可有效地降低弹粉现象。

9.根据权利要求1所述的一种新型复合式增材制造振动铺粉装置，其特征在于：所述振动装置位于后端压板之上，为能在三维方向产生振动的超声波振动器，以对粉层进行振动压实。

10.一种新型复合式增材制造振动铺粉装置的铺粉方法，其特征在于，包括以下步骤：

①首先步进电机带动齿轮转动并沿齿条移动，驱动整个铺粉部分运动到铺粉平台处，送粉装置再将金属粉末预先堆在工作台靠近铺粉平台的外侧、铺粉部分的前端；

②送粉装置送粉结束时，单片机控制前端压粉辊处的第二驱动电机以及曲柄处的第一驱动电机同时启动，带动压粉辊以及压板开始运动，振动装置也同时开启，保证压板在上下运动的同时伴随有三维方向上的振动；

③铺粉平台周向工作台上和压板底部分别连接红外线传感器和红外源，当红外线传感器检测到压板接触到工作台时，控制齿轮转动的步进电机停止工作，同时控制铺粉部分的第一驱动电机和第二驱动电机以及振动装置也停止工作，单层铺粉完成；

④重复①～③的步骤，直到三维物体打印完成。

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