一种矿物粉料增材制造装置的制作方法

本实用新型涉及一种增材制造装置，属于增材制造技术领域。

背景技术：

增材制造，是指通过材料逐层增加的方式将数字模型制造成三维实体的过程。现有的增材制造装置主要使用材料为金属粉末、熔融塑料、陶瓷浆料，这些装置存在制造成本高、固化成型速度慢、无法用于大体积实体制造的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种利用矿物粉料进行增材制造的装置。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种矿物粉料增材制造装置，至少包括底座、制造平台、XYZ三轴移动机构和喷料系统，制造平台安装于底座上，喷料系统通过XYZ三轴移动机构驱动并且位于制造平台上方，所述喷料系统包括喷料系统安装板、粘结剂供料单元、催化剂供料单元和矿物粉料供料单元，喷料系统安装板通过XYZ三轴移动机构驱动，粘结剂供料单元、催化剂供料单元和矿物粉料供料单元均安装于喷料系统安装板上；所述粘结剂供料单元包括顺序连通的粘结剂电喷枪、软管A和喷液针头A，所述催化剂供料单元包括顺序连通的催化剂电喷枪、软管B和喷液针头B，所述矿物粉料供料单元包括电动推杆、针阀轴和矿物粉料供料枪，电动推杆安装于针阀轴上端并且与针阀轴固连，针阀轴位于矿物粉料供料枪的腔体中。

所述针阀轴表面上设有针刺，针阀轴的底端与矿物粉料供料枪的出料口形状相匹配。

粘结剂供料单元和催化剂供料单元对称分布于矿物粉料供料单元的两侧，喷液针头A和喷液针头B对称分布于矿物粉料供料枪出料口的两侧并且与出料口齐平。

XYZ三轴移动机构安装于制造平台上，由龙门型梁架、X方向移动组件、Y方向移动组件和Z方向移动组件构成，X方向移动组件安装于制造平台上，龙门型梁架通过X方向移动组件驱动，Y方向移动组件通过螺栓安装在龙门型梁架的横梁上，Z方向移动组件通过Y方向移动组件驱动，喷料系统安装板通过Z方向移动组件驱动。

所述X方向移动组件包括两组由X方向滚珠丝杠副、驱动X方向滚珠丝杠副转动的X方向电机和与X方向滚珠丝杠副中螺母固连的X方向直线滑块构成的移动机构，两组移动机构对称安装于制造平台上，龙门型梁架的两个底柱分别通过螺栓安装在两个X方向直线滑块上。

所述Y方向移动组件由Y方向滚珠丝杠副、驱动Y方向滚珠丝杠副转动的Y方向电机和与Y方向滚珠丝杠副中螺母固连的Y方向直线滑块构成，Z方向移动组件安装于Y方向直线滑块上。

所述Z方向移动组件由Z方向滚珠丝杠副、驱动Z方向滚珠丝杠副转动的Z方向电机和与Z方向滚珠丝杠副中螺母固连的Z方向直线滑块构成，喷料系统安装板通过螺栓安装在Z方向直线滑块上。

还包括控制器和电机驱动器，控制器通过电机驱动器控制电动推杆，粘结剂电喷枪、催化剂电喷枪、X方向电机、Y方向电机和Z方向电机均与控制器电性连接。

本实用新型提供的制造装置，设计具有特殊结构的喷料系统实现下料，喷料系统包括喷料系统安装板、粘结剂供料单元、催化剂供料单元和矿物粉料供料单元，其中喷料系统安装板为喷料系统的整体支撑，喷料系统安装板通过XYZ三轴移动机构驱动，XYZ三轴移动机构驱动喷料系统按设定的轨迹移动；粘结剂供料单元、催化剂供料单元分布于矿物粉料供料单元的两侧，粘结剂与催化剂的喷射过程互不干扰，粘结剂供料单元、催化剂供料单元均由顺序连通的电喷枪、软管和喷液针头构成，电动控制粘结剂与催化剂的喷射；矿物粉料供料单元包括电动推杆、针阀轴和矿物粉料供料枪，电动推杆安装于针阀轴上端并且与针阀轴固连，针阀轴位于矿物粉料供料枪的腔体中，电动推杆驱动针阀轴上升、下降或上下振动，分别对应矿物粉料供料单元的打开、关闭和供料三种状态，其表面上设置针刺、底端与矿物粉料供料枪的形状相匹配，当矿物粉料供料单元处于打开状态时，电动推杆控制针阀轴抬起，此时矿物粉料供料枪的出料口打开；当矿物粉料供料单元处于供料状态时，电动推杆控制针阀轴以打开位置为最低点上下振动，针阀轴表面的针刺扰动矿物粉料，此时矿物粉供料枪的出料口可克服矿物粉料的拱桥效应使粉料落下；当矿物粉料供料单元处于关闭状态时，电动推杆控制针阀轴下落到最低位置，此时矿物粉料供料枪的出料口被针阀轴的底端圆锥形结构封闭。

本实用新型中XYZ三轴移动机构的X方向、Y方向和Z方向的移动均通过电机控制滚珠丝杠副实现，通过设置一滑块与滚珠丝杠副的螺母固连，滑块与螺母共同移动，从而驱动其上安装的其他结构的移动。

喷液针头A和喷液针头B对称分布于矿物粉料供料枪的出料口的两侧并且与之齐平，因此粘结剂和催化剂的添加在矿物粉料从出料口中脱出时即进行，因此矿物粉料、粘结剂和催化剂共同下落，三者的下降过程同时为材料的混合过程，矿物粉料、粘结剂和催化剂在下落过程中自动混合，因此不需要另外设置搅拌混合动作，降低装置成本。

本实用新型提供的增材制造装置可使用矿物粉料作为制造材料，降低了制造成本，可制造大型的地质地貌模型、三维地形图以及人造景观模型等，具有巨大的商业价值。

附图说明

图1为本实用新型提供的矿物粉料增材制造装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型提供的矿物粉料增材制造装置的主视图。

图3为本实用新型提供的矿物粉料增材制造装置的俯视图。

图4为喷料系统的结构示意图。

其中，1-底座，2-制造平台，3-X方向移动组件，3.1-X方向电机，3.2-X方向滚珠丝杠副，3.3-X方向直线滑块，4-龙门型梁架，5-Y方向移动组件，5.1-Y方向电机，5.2-Y方向滚珠丝杠副，5.3-Y方向直线滑块，6-Z方向移动组件，6.1-Z方向电机，6.2-Z方向滚珠丝杠副，6.3-Z方向直线滑块，7-喷料系统安装板，8-粘结剂电喷枪，9-针阀轴，9.1-针刺，10-矿物粉料供料枪，11-催化剂电喷枪，12-联轴器，13-电动推杆，14-软管A，15-喷液针头A，16-螺栓A，17-螺栓B，18-螺栓C，19-螺栓D，20-螺栓E，21-螺栓F，22-软管B，23-喷液针头B。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做详细具体的说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下实施例。

本实用新型提供的矿物粉料增材制造装置，其结构如图1、图2和图3所示，包括底座1、制造平台2、XYZ三轴移动机构、喷料系统、控制器和电机驱动器，制造平台2通过螺栓C18安装于底座1上，XYZ三轴移动机构安装于制造平台2上，喷料系统通过XYZ三轴移动机构驱动并且位于制造平台上方；

所述XYZ三轴移动机构由龙门型梁架4、X方向移动组件3、Y方向移动组件5和Z方向移动组件6构成，X方向移动组件安装于制造平台上，龙门型梁架通过X方向移动组件驱动，Y方向移动组件通过螺栓A16安装在龙门型梁架4的横梁上，Z方向移动组件通过Y方向移动组件驱动，喷料系统安装板通过Z方向移动组件驱动。

所述X方向移动组件3包括两组由X方向滚珠丝杠副3.2、驱动X方向滚珠丝杠副转动的X方向电机3.1和与X方向滚珠丝杠副中螺母固连的X方向直线滑块3.3构成的移动机构，两个X方向滚珠丝杠副3.2型号相同，两组移动机构通过螺栓F21对称安装于制造平台上，龙门型梁架的两个底柱分别通过螺栓B17安装在两个X方向直线滑块3.3上，龙门型梁架4可随X方向直线滑块3.3一起往返滑动；

所述Y方向移动组件5由Y方向滚珠丝杠副5.2、驱动Y方向滚珠丝杠副转动的Y方向电机5.1和与Y方向滚珠丝杠副中螺母固连的Y方向直线滑块5.3构成，Z方向移动组件6安装于Y方向直线滑块5.3上，使Z方向移动组件6可随Y方向直线滑块5.3往返滑动；

所述Z方向移动组件6由Z方向滚珠丝杠副6.2、驱动Z方向滚珠丝杠副转动的Z方向电机6.1和与Z方向滚珠丝杠副中螺母固连的Z方向直线滑块6.3构成，喷料系统安装板7通过螺栓D19安装在Z方向直线滑块6.3上，使喷料系统安装板7可随Z方向直线滑块6.3往返滑动；

X方向电机3.1、Y方向电机5.1和Z方向电机6.1均与控制器电性连接；

如图4所示，所述喷料系统包括喷料系统安装板7、粘结剂供料单元、催化剂供料单元和矿物粉料供料单元，粘结剂供料单元、催化剂供料单元和矿物粉料供料单元均安装于喷料系统安装板7上，粘结剂供料单元和催化剂供料单元对称分布于矿物粉料供料单元的两侧；所述粘结剂供料单元包括顺序连通的粘结剂电喷枪8、软管A14和喷液针头A15，所述催化剂供料单元包括顺序连通的催化剂电喷枪11、软管B22和喷液针头B23，所述矿物粉料供料单元包括电动推杆13、联轴器12、针阀轴9和矿物粉料供料枪10，电动推杆13安装于针阀轴9上端并且通过联轴器12与针阀轴固连，针阀轴位于矿物粉料供料枪10的腔体中，所述针阀轴表面上设有针刺9.1、底端与矿物粉料供料枪的形状相匹配，均呈圆锥状，喷液针头A15和喷液针头B23对称分布于矿物粉料供料枪10的出料口的两侧并且与之齐平，粘结剂电喷枪8和催化剂电喷枪11均与控制器电性连接，控制器通过电机驱动器控制电动推杆13。

本实施例所提供的矿物粉料增材制造装置的工作步骤如下：

1)建立需要进行增材制造的实体的三维STL模型，对模型进行切片处理，切片厚度为0.1mm，每一层切片的轮廓线即为增材制造的铺粉轨迹；

2)将矿物粉料送入矿物粉料供料枪中，将粘结剂和催化剂分别装入粘结剂喷枪和催化剂喷枪；

3)控制器控制X方向移动组件、Y方向移动组件动作，使集成式喷料系统沿第一层的轮廓轨迹移动，在此过程中控制器通过电机驱动器驱动电动推杆动作，电动推杆控制针阀轴至供料状态，此时针阀轴以打开位置为最低点上下振动，此时矿物粉供料枪的出料口可克服矿物粉料的拱桥效应使粉料落下，同时粘结剂电喷枪和催化剂电喷枪内部的电磁铁推动活塞杆进行粘结剂和催化剂的下料，矿物粉料、粘结剂和催化剂相互混合并沿轨迹落在制造平台上；

4)按照每一层的切片轨迹逐层堆积，完成增材制造的实体成型。