一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置及方法与流程

本发明涉及3D打印设备领域，尤其涉及一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置及方法。

背景技术：

3D打印技术即快速成形制造技术的一种，是直接根据产品的三维实体模型数据，经计算机处理后，将三维实体模型转化为许多平面模型的叠加，最后由计算机控制将产品逐层打印出来。特别是使用电子束，将金属粉末一层一层的熔化生成致密零件的电子束熔融(EBM)技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，已成为高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术。电子束熔融(EBM)技术的关键指标之一就是致密度，而铺粉过程中粉末颗粒间的紧实度、均匀性以及每个铺粉层之间的结合紧实度对于最终产品的致密度产生至关重要的影响。

现有EBM设备中铺粉结构过于单一，单纯通过刮板的直线运动带动粉末铺满工作基板。但对于粉末而言，只有水平面的力使其布满于工作基板，没有竖直方向的力使得粉末颗粒与粉末颗粒间的间距减小，即提高粉末颗粒间紧实度。以及对于每个铺粉层而言，现有只使用刮板铺粉的方法并不能在竖直方向上促使铺粉层与铺粉层之间的结合更加紧实。且单纯使用刮板的传统方法，由于刮板材质的选择以及外形的设计，无法确保在工作基板上所铺金属粉末颗粒的均匀性和一致性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置，包括成型室及设置在其内用于选区熔化粉末的电子束发生器、铺粉工作台6及其铺粉机构；所述粉末离心供给、振动紧实装置包括：设置在成型室内的离心铺粉器3、为离心铺粉器3输送粉末的给粉机构、设置在铺粉工作台6中下方的可升降的三维振动成型平台7；

所述给粉机构包括储粉室1、设置在储粉室1出粉口103下方的送粉带2；送粉带2用于将储粉室1内的粉末输送至离心铺粉器3；储粉室1不设底板。

所述离心铺粉器3整体呈可旋转且可在三维振动成型平台7的工件成型区域上方平面移动的筒状结构，其上下两端开口逐渐扩大，上端开口为粉末接收口301，下端开口为洒粉口303，洒粉口303安装有筛网304，用于将接收的粉末铺洒至三维振动成型平台7的工件成型区域。

所述送粉带2的外表面间隔分布有用于收集粉末的送粉挡板202，送粉带2由两个主动轮203驱动；

当送粉挡板202携带的粉末运送至送粉带2的出口端时，粉末在重力作用下跌落至离心铺粉器3，在离心铺粉器3的旋转离心力作用，粉末由筛网304铺洒在三维振动成型平台7的工件成型区域，在三维振动成型平台7的振动作用下使粉末紧实，再由铺粉机构的刚性铺粉刷5将紧实后的粉末按所需层厚刮平整。

所述离心铺粉器3的旋转动力，来自于与中部筒体302通过齿轮啮合传动的齿轮驱动机构305。

所述三维振动成型平台7包括工作基板701、底板705和偏心振动电机704；工作基板701与底板705之间通过支撑杆固定；

该偏心振动电机704分为两组，每组两个，并分别固定在工作基板701的下方，这两组偏心振动电机704转轴的轴线方向相互垂直；当偏心振动电机704转动时，驱动工作基板701在空间三维方向上的振动，进而通过振动使粉末紧实。

所述工作基板701由两块基本构成的夹层结构，在夹层结构的边缘安装有缓冲垫702；所述支撑杆的中部增设有橡胶垫703；所述底板705固定在升降台8上，由升降台8驱动三维振动成型平台7上下运动。

所述刚性铺粉刷5装在直线导轨4上，直线导轨4安装在成型室内侧壁上，由铺粉机构驱动其往复直线运动。

所述铺粉工作台6两端的下方，分别设有一带有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部连通铺粉工作台6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收刚性铺粉刷5铺粉作业时剩余的粉末。

所述筛网304与离心铺粉器3的洒粉口303为可拆卸式连接。

所述储粉室1的内壁设有用于对粉末进行加热的电加热器102。

一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：启动储粉室1内的电加热器102，对粉末进行加热；

步骤二：铺粉作业开始时，主动轮203驱动送粉带2运行；通过主动轮203的转速以控制单次送粉量；

步骤三：当送粉挡板202携带的粉末运送至送粉带2的出口端时，送粉挡板202往下倾斜，直至粉末在重力作用下跌落至离心铺粉器3；

步骤四：在离心铺粉器3的旋转离心力作用下，粉末由筛网304铺洒在三维振动成型平台7的工件成型区域；与此同时，三维振动成型平台7的两组偏心振动电机704开始转动，由于这两组偏心振动电机704转轴的轴线方向相互垂直，当它们同时转动时，在偏心轮的作用下，使工作基板701在空间三维方向上振动，通过振动使粉末紧实；随后铺粉机构驱动直线导轨4上的刚性铺粉刷5从铺粉工作台6的一端水平运动至铺粉工作台6的另一端，进而将振动紧实后的粉末按所需层厚刮平整，完成一次刮粉；接着由电子束发生器发生电子束在工作基板701的工件成型区域，按照加工零件的剖平面结构实现对粉末的熔化，完成一个加工层的打印；

步骤五：完成一个加工层的打印后，升降台8驱动三维振动成型平台7下降一个粉层厚度，接着继续重复步骤四；如此循环，直至完成所有加工层的打印。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明采用送粉带与储粉室相结合，有效地提高了送粉及生产效率；通过调整送粉挡板的间距，可调节单位送粉量，通过控制主动轮的转速可间接控制单次送粉量，操作简单、易于实现自动化。

本发明采用离心铺粉器3通过离心原理洒粉，其整体呈可旋转且可在三维振动成型平台的工件成型区域上方平面移动的筒状结构，其上下两端开口逐渐扩大，上端开口为粉末接收口，下端开口为洒粉口，洒粉口安装有筛网，用于将接收的粉末铺洒至三维振动成型平台的工件成型区域；这种离心洒粉方式，能够使所铺金属粉末更为均匀、一致，提高成型件的致密度和表面粗糙度，结构简单，操作方便。

本发明采用了可升降的三维振动成型平台7，解决了现有成型缸仅能升降的单一缺陷；通过偏心振动电机的振动，使得落在工作基板上的金属粉末颗粒间间距减小，大大提高了铺粉层的粉末致密度，进而大大提高了成型件的精度、致密度和表面粗糙度。

本发明技术手段简便易行，克服了传统铺粉工艺的同时，通过三维振动方式，大大提高了粉末颗粒间的紧实度、均匀性以及每个粉层之间的结合紧实度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为图1离心铺粉器的结构示意图。

图3为图1三维振动成型平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至3所示。本发明公开了一种3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置，包括成型室及设置在其内用于选区熔化粉末的电子束发生器、铺粉工作台6及其铺粉机构；所述粉末离心供给、振动紧实装置包括：设置在成型室内的离心铺粉器3、为离心铺粉器3输送粉末的给粉机构、设置在铺粉工作台6中下方的可升降的三维振动成型平台7；

所述给粉机构包括储粉室1、设置在储粉室1出粉口103下方的送粉带2；送粉带2用于将储粉室1内的粉末输送至离心铺粉器3；

所述离心铺粉器3整体呈可旋转且可在三维振动成型平台7的工件成型区域上方平面移动的筒状结构，其上下两端开口逐渐扩大，上端开口为粉末接收口301，下端开口为洒粉口303，洒粉口303安装有筛网304，用于将接收的粉末铺洒至三维振动成型平台7的工件成型区域。筛网304的目数可根据实际应用中粉末颗粒的粒径确定。

所述送粉带2的外表面间隔分布有用于收集粉末的送粉挡板202，送粉带2由两个主动轮203驱动；

当送粉挡板202携带的粉末运送至送粉带2的出口端时，粉末在重力作用下跌落至离心铺粉器3，在离心铺粉器3的旋转离心力作用，粉末由筛网304铺洒在三维振动成型平台7的工件成型区域，在三维振动成型平台7的振动作用下使粉末紧实，再由铺粉机构的刚性铺粉刷5将紧实后的粉末按所需层厚刮平整。

所述离心铺粉器3的旋转动力，来自于与中部筒体302通过齿轮啮合传动的齿轮驱动机构305。

所述三维振动成型平台7包括工作基板701、底板705和偏心振动电机704；工作基板701与底板705之间通过支撑杆固定；

该偏心振动电机704分为两组，每组两个，并分别固定在工作基板701的下方，这两组偏心振动电机704转轴的轴线方向相互垂直；当然，根据实际需要，该偏心振动电机704的台数也可相应进行调整。

当偏心振动电机704转动时，驱动工作基板701在空间三维方向上的振动，进而通过振动使粉末紧实、均匀，大大提高了最终产品的加工精度及产品本身的致密度。

所述工作基板701由两块基本构成的夹层结构，在夹层结构的边缘安装有缓冲垫702；所述支撑杆的中部增设有橡胶垫703；所述底板705固定在升降台8上，由升降台8驱动三维振动成型平台7上下运动。

所述刚性铺粉刷5装在直线导轨4上，直线导轨4安装在成型室内侧壁上，由铺粉机构驱动其往复直线运动。

所述铺粉工作台6两端的下方，分别设有一带有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部连通铺粉工作台6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收刚性铺粉刷5铺粉作业时剩余的粉末。

所述筛网304与离心铺粉器3的洒粉口303为可拆卸式连接。

所述储粉室1的内壁设有用于对粉末进行加热的电加热器102。

本发明3D打印的粉末离心供给、振动紧实装置的运行方法，可通过如下步骤实现：

步骤一：启动储粉室1内的电加热器102，对(金属)粉末进行加热；

步骤二：铺粉作业开始时，主动轮203驱动送粉带2运行；通过主动轮203的转速以控制单次送粉量；由于送粉挡板202的高度正好与储粉室1的出粉口103无缝隙接合，所以可以保证在送粉过程中粉末不泄露。

步骤三：当送粉挡板202携带的粉末运送至送粉带2的出口端时，送粉挡板202往下倾斜，直至粉末在重力作用下跌落至离心铺粉器3；

步骤四：在离心铺粉器3的旋转离心力作用下，粉末由筛网304铺洒在三维振动成型平台7的工件成型区域；与此同时，三维振动成型平台7的两组偏心振动电机704开始转动，由于这两组偏心振动电机704转轴的轴线方向相互垂直，当它们同时转动时，在偏心轮的作用下，使工作基板701在空间三维方向上振动，通过振动使粉末紧实；随后铺粉机构驱动直线导轨4上的刚性铺粉刷5从铺粉工作台6的一端水平运动至铺粉工作台6的另一端，进而将振动紧实后的粉末按所需层厚刮平整，完成一次刮粉；接着由电子束发生器发生电子束在工作基板701的工件成型区域，按照加工零件的剖平面结构实现对粉末的熔化，完成一个加工层的打印；

步骤五：完成一个加工层的打印后，升降台8驱动三维振动成型平台7下降一个粉层厚度，接着继续重复步骤四；如此循环，直至完成所有加工层的打印。

升降台8可通过伺服电机精确控制升降；初始状态，工作基板701的高度与铺粉工作台6齐平。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他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。