单刮刀双向铺粉装置及增材制造设备的制作方法

本实用新型属于激光成形技术领域，具体涉及一种用于增材制造设备的单刮刀双向铺粉装置，还涉及具有该铺粉装置的增材制造设备。

背景技术：

金属增材制造是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。

基于铺粉方式的金属增材制造技术的成形过程如下：铺粉装置在成形缸上铺设一层金属粉末，能量束在计算机控制下，根据成形件截面形状信息，对粉末进行扫描，使扫描区域内的粉末熔化，得到成形件单层；接着成形缸下降一层厚的距离，铺粉装置重新铺粉，继续下一层的成形；如此逐层叠加，最终获得特定几何形状的金属零件。

在上述成形过程中，要求铺粉装置能够把金属粉末均匀、平整地铺在成形缸上，现有技术中一般采用刮刀进行铺粉，常用的铺粉方式分为单向铺粉和双向铺粉两种。其中，单向铺粉设备常采用双缸形式，铺粉刮刀需要跨两个缸，且只是单行程工作，在每次铺粉之前，刮刀首先需要运动至初始位置，然后执行铺粉，这种铺粉机制效率低，耗费时间长且铺粉效果受单次供粉量的限制。现如今，大多设备已经采用效率更高的双向铺粉装置，这一类设备只保留一个成形缸，铺粉装置进行双行程往返铺粉，但是，按照使用刮刀的数量，现有双向铺粉装置进一步又分为单刮刀模式装置和双刮刀模式装置两种类型。

随着增材制造技术的发展，增材制造设备可打印的零件尺寸也随之增大，为了提高成形效率，多数设备制造商采用了双刮刀双向刮粉的方案来应对不断增加的打印面积。在该方案中，两个刮刀安装于同一个刮刀架中，在铺粉动作前，给粉机构将粉末送至刮刀架内，粉末积存于两个刮刀之间，这样可使刮刀在向左和向右(或向前和向后)的往复运动中皆能完成铺粉动作。相比之下以往的单刮刀单向铺粉的方案减少了刮刀的回程时间，提高了工作效率，因而被广泛采用。

双刮刀模式装置的实现必须保证两个刮刀的高度一致，否则在往复铺粉的过程中会出现铺粉层厚不均、刮刀卡住或成形工件被刮刀损毁等现象，影响工件的成形质量以及设备运行的稳定性。因而，在打印任务开始之前，必须对刮刀进行调平，通过刮刀调平以保证刮刀下沿和成形平面的平行度，一是调平方法较繁琐，二是两个刮刀的高度始终存在细微差别，因此双刮刀的调平对操作人员的技能有较高要求且给设备的稳定性埋下一定隐患。而单刮刀方案给粉机构只能将粉末积存与刮刀的一侧，因而只能实现单方向铺粉，该方案铺粉效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种用于增材制造设备的单刮刀双向铺粉装置，解决现有铺粉装置只能实现单方向铺粉的问题。

本实用新型的另一个目的是提供具有上述铺粉装置的增材制造设备。

本实用新型所采用的第一个技术方案是，一种单刮刀双向铺粉装置，包括推块和刮刀，推块位于成形平台一侧设置的凹陷段内，其上表面与成形平台表面平齐，推块在推块驱动机构的驱动下可在凹陷段行程内左右移动；推块靠近成形平面一端的结构与凹陷段拐角处形状对应，使得推块运动至凹陷段拐角处时，可将凹陷段内存在的粉末推出；刮刀可在供粉仓平面、成形平台和推块上表面左右移动。

上述方案中，推块的结构包括三种：

第一种结构为：推块仅有一个，设置于成形平台远离供粉仓一侧设置的凹陷段内；

第二种结构为：推块包括第一推块和第二推块，其中第一推块位于成形平台一侧设置的第一凹陷段内，第二推块位于成形平台和供粉仓之间设置的第二凹陷段内，两个推块相对设置；

第三种结构为：推块包括第一推块和第二推块，第一推块和第二推块分别位于成形平台和供粉仓两侧设置的第一凹陷段和第二凹陷段内，两个推块相对设置。

进一步地，在上述任一种结构下，铺粉装置还包括收粉仓，每一个凹陷段设置一个收粉仓，收粉仓位于凹陷段远离成形平面一端的下方。

推块驱动机构采用气缸推动连杆带动推块进行左右移动；或采用电机带动皮带传动，使推块在滑轨上左右移动；或采用电机带动丝杠传动，使推块随丝杠螺母左右移动；或采用电机带动齿轮齿条传动，使推块随齿条左右移动。

推块靠近成形平面的一端为楔形、方形或圆弧形。

本实用新型所采用的第二个技术方案是，一种增材制造设备，具有上述任一种结构的的单刮刀双向铺粉装置，且该设备成形平台和供粉仓两侧分别设置有与所述推块形状配合的凹陷段。

本实用新型的有益效果是，本实用新型可以同时实现双向刮粉的高效率和单刮刀的易操作性、易维护性，避免了双刮刀调平带来的隐患以及单刮刀的低效。在保证双向高效率铺粉的同时大幅提高了设备的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型单刮刀双向铺粉装置的一种结构示意图；

图2是本实用新型单刮刀铺粉的原理示意图；

图3是本实用新型单刮刀收粉的原理示意图；

图4是本实用新型单刮刀双向铺粉装置的第二种结构示意图；

图5是本实用新型单刮刀双向铺粉装置的第三种结构示意图。

图中，1.气缸，2.连杆，3.推块，3-1.第一推块，3-2.第二推块，4.刮刀，5.收粉仓，5-1.第一收粉仓，5-2.第二收粉仓，6.凹陷段，6-1.第一凹陷段，6-2.第二凹陷段，7.成形平台，8.供粉仓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型并不限于这些实施方式。

实施例1

如图1所示，为本实用新型的单刀双向铺粉装置的一种结构。成形平台7右侧为供粉仓8，左侧具有向下的凹陷段6，凹陷段6呈开口向左的L型，拐角处为圆弧状。该铺粉装置包括推块3、刮刀4和收粉仓5，推块3位于成形平台左侧的凹陷段6内，在推块驱动机构的驱动下可在凹陷段行程内左右移动。推块靠近成形平面的一端为楔形，推块上表面与成形平台7表面平齐。收粉仓5位于凹陷段6左端下方。刮刀4位于供粉仓8右侧，可在供粉仓平面、成形平台和推块上表面左右移动。

推块驱动机构可采用气缸1推动连杆2带动推块3进行左右移动；或在凹陷段6设置滑轨，由电机带动皮带传动，使推块在滑轨上左右移动；或在凹陷段6设置丝杠，由电机带动丝杠传动，使推块随丝杠螺母左右移动；还可以在凹陷段6设置齿条，由电机带动齿轮齿条传动，使推块随齿条左右移动。

采用该结构单刮刀铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，供粉仓8中活塞向上运动供粉，然后刮刀4向左运动，由右至左在成形平台7上完成第一次铺粉，即可进行本层成形。此时推块位于凹陷段6左侧位置。

步骤2，刮刀4带动多余粉末继续向左移动，图2中①所示，粉末落入凹陷段6，刮刀4继续向左运动，图2中②所示。推块驱动机构驱动推块3向右移动，推块3的楔形角将凹陷段6的粉末向上推向成形平台表面，图2中③所示，此时刮刀4开始向右移动，带动推上来的粉末进入成形平台，图2中④所示，在此过程中，推块3保持在右侧位置不动，防止刮刀移动时粉末再次落入凹陷段6。此时完成第二次铺粉，即可进行下一层成形。

步骤3，推块3返回凹陷段6左侧位置，刮刀4继续向右运动至供粉仓8右侧，完成一次双向铺粉。重复上述步骤可实现本实用新型单刮刀双向铺粉。

在本方法步骤2中，若刮刀4带动的粉末将凹陷段6完全填满后还有剩余，图3中①所示，则刮刀4继续向左移动，推动多余粉末落入凹陷段6左侧的收粉仓，图3中②所示，然后再向右移动进行第二次铺粉。

其中步骤1需要注意的是，通过设计供粉仓8的供粉量，保证粉末向左运动，在落入左侧凹陷段6-1后，有足够的余量用于右侧再次铺粉，即供粉仓每供一次粉，该双向铺粉装置至少可完成两次铺粉。

实施例2

如图4所示，为本实用新型的单刮刀双向铺粉装置的另一种结构。成形平台7左侧具有向下的第一凹陷段6-1，第一凹陷段6-1呈开口向左的L型，拐角处为圆弧状。成形平台7右侧和供粉仓8之间也设有向下的第二凹陷段6-2，第二凹陷段6-2呈开口向右的L型，拐角处呈大于90度的倾斜角度，两个凹陷段相对设置。

该铺粉装置包括两组推块3、收粉仓5和一个刮刀4，第一推块3-1位于第一凹陷段6-1内，第二推块3-2位于第二凹陷段6-2内，在推块驱动机构的驱动下两个推块均可在凹陷段行程内左右移动。第一推块3-1靠近成形平面的一端为楔形，第二推块3-2靠近成形平面的一端为方形，两个推块上表面均与成形平台7表面平齐。第一收粉仓5-1位于第一凹陷段6-1左端下方，第二收粉仓5-2位于第二凹陷段6-2右端下方，第二收粉仓5-2的落粉口面积小于第二推块3-2，第二推块3-2可完全覆盖住第二收粉仓5-2的落粉口。刮刀4位于供粉仓8右侧，可在供粉仓平面、成形平台和推块上表面左右移动。

推块驱动机构可采用气缸1推动连杆2带动推块进行左右移动；或在凹陷段设置滑轨，由电机带动皮带传动，使推块在滑轨上左右移动；或在凹陷段设置丝杠，由电机带动丝杠传动，使推块随丝杠螺母左右移动；还可以在凹陷段设置齿条，由电机带动齿轮齿条传动，使推块随齿条左右移动。

采用该结构单刮刀铺粉装置进行双向铺粉的方法为：

步骤1，供粉仓8中活塞向上运动供粉，然后刮刀4向左运动，此时第一推块3-1位于第一凹陷段6-1左侧位置，第二推块3-2位于第二凹陷段6-2右侧位置，且覆盖第二收粉仓5-2的落粉口；刮刀4将粉末由右至左运送，粉末落入第二凹陷段6-2，刮刀4带动多余的粉末继续向成形表面移动，完成第一次铺粉，即可进行本层零件成形。

步骤2，刮刀4带动多余粉末继续向左移动，图2中①所示，粉末落入第一凹陷段6-1，刮刀4继续向左运动，图2中②所示，若刮刀4带动的粉末将凹陷段完全填满后还有剩余，如图3中①所示，则刮刀4推动多余粉末落入第一收粉仓5-1，如图3中②所示。然后推块驱动机构驱动第一推块3-1向右移动，第一推块3-1的楔形角将第一凹陷段6-1的粉末向上推出成形平台表面，图2中③所示，此时刮刀4开始向右移动，带动推上来的粉末进入成形平台，图2中④所示，在此过程中，第一推块3-1保持在右侧位置不动，防止刮刀移动时粉末再次落入第一凹陷段6-1。此时完成第二次铺粉，即可进行下一层零件成形。

步骤3，成形的同时，第一推块3-1返回第一凹陷段6的左侧位置，刮刀4继续向右运动至第二凹陷段6-2的右侧，推块驱动机构驱动第二推块3-2向左移动，并使第二收粉仓5-2开口露出，若刮刀4带动的粉末将凹陷段完全填满后还有剩余，则刮刀4推动多余粉末落入第二收粉仓5-2。第二推块3-2向左运动至将第二凹陷段6-2的粉末向上推出成形平台表面，并保持该位置不动，此时刮刀4开始向左移动，带动推上来的粉末再次进入成形平面，完成第三次铺粉，即可进行下一层零件成形。

步骤4，同步骤2，利用第一推块3-1完成下一层铺粉，刮刀向右运动至供粉仓外侧，完成一个周期的双向铺粉。重复上述步骤可实现本实用新型单刮刀双向铺粉。

上述结构还可以不设计第二收粉仓5-2，若刮刀4带动的粉末将凹陷段完全填满后还有剩余，则刮刀4推动多余粉末落入供粉仓8，即供粉仓8既起到供粉作用，又起到收粉作用。

其中步骤1需要注意的是，通过设计供粉仓8的供粉量，保证粉末向左运动，在落入第二凹陷段6-2后，仍有足够的余量用于左侧再次铺粉；同时还保证供粉仓每供一次粉，该双向铺粉装置至少可完成四次铺粉，即一个周期。

实施例3

如图5所示，为本实用新型的单刮刀双向铺粉装置的另一种结构。成形平台7左侧具有向下的第一凹陷段6-1，第一凹陷段6-1呈开口向左的L型，拐角处为圆弧状。供粉仓8右侧也设有向下的第二凹陷段6-2，第二凹陷段6-2呈开口向右的L型，拐角处呈大于90度的倾斜角度，两个凹陷段相对设置。

该铺粉装置包括两组推块3、收粉仓5和一个刮刀4，第一推块3-1位于第一凹陷段6-1内，第二推块3-2位于第二凹陷段6-2内，在推块驱动机构的驱动下两个推块均可在凹陷段行程内左右移动。两个推块靠近成形平面的一端为楔形，两个推块上表面均与成形平台7表面平齐。第一收粉仓5-1位于第一凹陷段6-1左端下方，第二收粉仓5-2位于第二凹陷段6-2右端下方。刮刀4位于供粉仓8和第二凹陷段6-2之间，可在供粉仓平面、成形平台和推块上表面左右移动。

推块驱动机构可采用气缸1推动连杆2带动推块进行左右移动；或在凹陷段设置滑轨，由电机带动皮带传动，使推块在滑轨上左右移动；或在凹陷段设置丝杠，由电机带动丝杠传动，使推块随丝杠螺母左右移动；还可以在凹陷段设置齿条，由电机带动齿轮齿条传动，使推块随齿条左右移动。

采用该结构单刮刀铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，刮刀4起始位置位于供粉仓8和第二凹陷段6-2之间，此时两个推块均位于远离成形平面一侧。供粉仓8中活塞向上运动供粉，然后刮刀4将粉末由右至左运送至成形表面，完成第一次铺粉，即可进行本层零件成形，供粉仓8中送粉活塞保持在与成形平面平齐的位置不向下运动。

步骤2，刮刀4带动多余粉末继续向左移动，图2中①所示，粉末落入第一凹陷段6-1，刮刀4继续向左运动，图2中②所示，若刮刀4带动的粉末将凹陷段完全填满后还有剩余，如图3中①所示，则刮刀4推动多余粉末落入第一收粉仓5-1，如图3中②所示。然后推块驱动机构驱动第一推块3-1向右移动，第一推块3-1的楔形角将第一凹陷段6-1的粉末向上推出成形平台表面，图2中③所示，此时刮刀4开始向右移动，带动推上来的粉末进入成形平台，图2中④所示，在此过程中，第一推块3-1保持在右侧位置不动，防止刮刀移动时粉末再次落入第一凹陷段6-1。此时完成第二次铺粉，即可进行下一层零件成形。

步骤3，成形的同时，第一推块3-1返回第一凹陷段6的左侧位置，刮刀4继续向右运动，经过供粉仓表面至第二凹陷段6-2的右侧，粉末落入第二凹陷段6-2，若刮刀4带动的粉末将凹陷段完全填满后还有剩余，则刮刀4推动多余粉末落入第二收粉仓5-2。推块驱动机构驱动第二推块3-2向左移动，第二推块3-2将第二凹陷段6-2的粉末向上推出成形平台表面，并保持该位置不动，此时刮刀4开始向左移动，带动推上来的粉末再次经过供粉仓表面，并进入成形平面，完成第三次铺粉，即可进行下一层零件成形。

步骤4，同步骤2，利用第一推块3-1完成下一层铺粉，刮刀向右运动至供粉仓外侧，完成一个周期的双向铺粉。重复上述步骤可实现本实用新型单刮刀双向铺粉。

其中步骤1需要注意的是，通过设计供粉仓8的供粉量，保证粉末向左运动，在落入第一凹陷段6-1后，仍有足够的余量用于右侧再次铺粉；同时还保证供粉仓每供一次粉，该双向铺粉装置至少可完成四次铺粉，即一个周期。

本装置可以同时实现双向刮粉的高效率和单刮刀的易操作性、易维护性，避免了双刮刀调平带来的隐患以及单刮刀的低效。在保证双向高效率铺粉的同时大幅提高了设备的可靠性。