一种单刮刀双向铺粉装置、增材制造设备及铺粉方法与流程

本发明属于激光成型技术领域，具体涉及一种用于增材制造设备的单刮刀双向铺粉装置，还涉及采用该铺粉装置进行单刮刀双向铺粉的方法，以及具有该铺粉装置的增材制造设备。

背景技术：

增材制造是零件直接成型的一种方法，是快速成型技术的一种发展。其中，选择性激光烧结技术（sls）采用的是粉末材料，包括金属粉末或高分子材料如尼龙粉末等。其基本的工艺过程是：供粉装置将一定量的粉末送至成型缸的工作平台上，常规的铺粉装置将工作平台平面上的粉末铺在成型缸中待成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至设定的温度，激光振镜控制系统控制激光对该层的截面轮廓内的粉末进行扫描，使这些粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层烧结完成后，工作平台下降一个层的厚度，送粉装置和铺粉装置重复送粉和铺粉的动作，又在待成型零件上一层烧结的截面上铺设一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经过若干层扫描叠加，直至完成全部零件的原型制造。

现有技术中，分为单刮刀单向铺粉、单刮刀双向铺粉和双刮刀双向铺粉几种类型。单刮刀单向铺粉的技术每进行一次烧结，铺粉装置沿铺粉路线铺完粉后，需要反向运动回到固定的送粉及下粉位置，才能开始新的一次铺粉工作，此过程增加了每次烧结的循环时间，铺粉效率低。单刮刀双向铺粉的技术，例如专利申请号201710044710.8所述，存在推块里积存粉末导致推块卡滞的隐患；例如专利申请号201810425363.8所述，存在溢粉量较大，导致粉末浪费的问题。双刮刀双向铺粉技术的实现，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层厚不均、刮刀卡住或成型工件被刮刀损毁等现象，影响工件的成型质量以及设备运行的稳定性。在设备调试时必须对刮刀进行调平，方法繁琐，精度难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的是研究提供一种单刮刀双向铺粉装置及铺粉方法以及具有该装置的增材制造设备。解决单向铺粉效率低、双刮刀铺粉可靠性存在隐患、粉末在铺粉过程中溢粉过多产生浪费等问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种单刮刀双向铺粉装置，包括刮刀、带活塞的容粉槽；刮刀从正向铺粉位置运动到反向铺粉位置或从反向铺粉位置运动到正向铺粉位置；带活塞的容粉槽的活塞可在驱动机构的作用下在容粉槽内垂直往复运动。当活塞处于垂直方向的下位时，可以接收刮刀送入的粉末至容粉槽中；当活塞处于垂直方向的上位时，可以将容粉槽中的粉末推出至工作平台上。刮刀的驱动机构可驱动刮刀沿铺粉路线在正向铺粉位置和反向铺粉位置之间往复。

上述方案中，带活塞的容粉槽有两种结构布置：

第一种结构为：带活塞的容粉槽仅有一个，设置于工作平台反向铺粉位置的下方；

第二种结构为：带活塞的容粉槽包括第一带活塞的容粉槽和第二带活塞的容粉槽。第二带活塞的容粉槽布置在工作平台的正向铺粉位置的下方，第一带活塞的容粉槽布置在工作平台反向铺粉位置的下方。

进一步地，在上述任一种结构下，铺粉装置还包括溢粉接收仓，用于接收铺粉时多余的粉末，且有两种结构：

第一种结构为：溢粉接收仓仅有一个，设置于工作平台正向铺粉位置的下方。

第二种结构为：溢粉接收仓包括第一溢粉接收仓和第二溢粉接收仓，第一溢粉接收仓设置于工作平台正向铺粉位置的下方，第二溢粉接收仓设置于工作平台反向铺粉位置的下方。

带活塞的容粉槽的活塞采用气缸伸缩带动活塞垂直运动；或采用曲柄连杆机构利用刮刀相连的拨叉带动连杆转动实现活塞垂直运动；或采用其他可以实现活塞上下运动的结构。

上述方案中，只在正向铺粉位置的上方设有一个供粉装置。或者在正向铺粉位置的上方设有第一供粉装置和在反向铺粉位置的上方设有第二供粉装置。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种单刮刀双向铺粉方法，采用上述单刮刀双向铺粉装置中的仅一个带活塞的容粉槽、仅一个溢粉接收仓和一个供粉装置的结构方案，包括以下步骤：

步骤1，刮刀起始位置位于供粉装置左侧，即正向铺粉位置，此时，供粉装置定量供粉在刮刀右侧的工作平台上。远离刮刀的反向铺粉位置的容粉槽活塞处于下位。刮刀带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台上。刮刀进入反向铺粉位置时，将多余的粉末全部送入容粉槽，刮刀越过容粉槽后停止，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。

步骤2，处于反向铺粉位置的容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到上位，活塞顶部不高于工作平台，将容粉槽里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。刮刀将粉末沿反方向推送至工作平台的成型平面上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀将左侧多余粉末直接送入溢粉接收仓。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀越过反向铺粉位置的容粉槽后，容粉槽活塞切换位置到下位，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

当采用上述单刮刀双向铺粉装置中的仅一个带活塞的容粉槽且有两个溢粉接收仓和一个供粉装置的结构方案，包括以下步骤：

步骤1，刮刀起始位置位于供粉装置外侧，即正向铺粉位置，此时，供粉装置定量供粉在刮刀右侧的工作平台上。远离刮刀的反向铺粉位置的容粉槽活塞处于下位。刮刀带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台上。刮刀进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入容粉槽，刮刀越过容粉槽后停止，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀右侧的粉末将容粉槽填满后，刮刀继续前行至第二溢粉接收仓，将余粉送入第二溢粉接收仓。

步骤2，处于反向铺粉位置的容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到上位，活塞顶部不高于工作平台，将容粉槽里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。刮刀将粉末沿反方向推送至工作平台的成型平面上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀将左侧多余粉末直接送入第一溢粉接收仓。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀越过反向铺粉位置的容粉槽后，容粉槽活塞切换位置到下位，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

当采用上述单刮刀双向铺粉装置中的有两个带活塞的容粉槽且有两个溢粉接收仓和一个供粉装置的结构方案，包括以下步骤：

步骤1，刮刀起始位置位于供粉装置左侧，即正向铺粉位置，此时，供粉装置定量供粉在刮刀右侧的工作平台上。在正向铺粉位置的第二容粉槽活塞处于上位，且活塞顶部不高于工作平台，远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞处于下位。刮刀带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台上。刮刀进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入第一容粉槽，刮刀越过第一容粉槽后，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀右侧的粉末将第一容粉槽填满后，刮刀继续前行至第二溢粉接收仓，将余粉送入第二溢粉接收仓。

步骤2，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到上位，活塞顶部不高于工作平台，将容粉槽里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。同时，处于正向位置的第二容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到下位。刮刀将粉末沿反方向推送至工作平台的成型平面上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀将左侧多余粉末送入第二容粉槽。刮刀左侧的粉末将第二容粉槽填满后，刮刀继续前行至第一溢粉接收仓，将余粉送入第一溢粉接收仓。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀越过反向铺粉位置的第一容粉槽后，第一容粉槽活塞切换位置到下位，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

当采用上述单刮刀双向铺粉装置中的有两个带活塞的容粉槽、有两个溢粉接收仓和两个供粉装置的结构方案，包括以下步骤：

步骤1，刮刀起始位置位于供粉装置左侧，即正向铺粉位置，此时，供粉装置定量供粉在刮刀右侧的工作平台上。在正向铺粉位置的第二容粉槽活塞处于上位，且活塞顶部不高于工作平台，远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞处于下位。刮刀带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台上。刮刀进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入第一容粉槽，刮刀越过第一容粉槽后，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀右侧的粉末将第一容粉槽填满后，刮刀继续前行至第二溢粉接收仓，将余粉送入第二溢粉接收仓。

步骤2，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到上位，活塞顶部不高于工作平台，将第一容粉槽的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。同时，处于正向位置的第二容粉槽活塞在驱动机构作用下切换到下位。

步骤3，刮刀处于反向铺粉位置。反向铺粉位置上方的供粉装置定量供粉，和第一容粉槽上的粉末一起位于刮刀左侧。刮刀将粉末沿反方向推送至工作平台的成型平面上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀将左侧多余粉末送入第二容粉槽。刮刀左侧的粉末将第二容粉槽填满后，刮刀继续前行至第一溢粉接收仓，将余粉送入第一溢粉接收仓。此时刮刀回到起始位置。

步骤4，在刮刀越过反向铺粉位置的第一容粉槽后，第一容粉槽活塞切换位置到下位，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

本发明所采用的第三个技术方案是，一种增材制造设备，具有上述任一种结构的单刮刀双向铺粉装置。

本发明的有益效果是，本发明可以同时实现双向铺粉的高效率和单刮刀铺粉易于调整的特点，提高了铺粉的可靠性和效率。容粉槽收集粉末用于反向二次铺粉，减少粉末浪费。

附图说明

图1是本发明单刮刀双向铺粉装置的第一种结构示意图；

图2是本发明单刮刀双向铺粉装置的第二种结构示意图；

图3是本发明单刮刀双向铺粉装置的第三种结构示意图；

图4是本发明单刮刀双向铺粉装置的第四种结构示意图；

图5是本发明单刮刀双向铺粉装置的第一种结构的铺粉方法原理图；

图6是本发明单刮刀双向铺粉装置的第二种结构的铺粉方法原理图；

图7是本发明单刮刀双向铺粉装置的第三种结构的铺粉方法原理图；

图8是本发明单刮刀双向铺粉装置的第四种结构的铺粉方法原理图；

图中，1.溢粉接收仓，11.第一溢粉接收仓，12.第二溢粉接收仓，2.工作平台，3.刮刀，4.供粉装置，41.第一供粉装置，42.第二供粉装置，5.工作缸，6.工作缸活动平台，7.带活塞的容粉槽，711.第一容粉槽，712.第一容粉槽活塞，721.第二容粉槽，722.第二容粉槽活塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

优选实施例1

如图1所示，为本发明的单刮刀双向铺粉装置的一种结构。工作平台2的左侧上方设置有刮刀3，刮刀3右侧上方设置有供粉装置4，工作平台左侧下方设置有溢粉接收仓1，刮刀左侧的工作平台上设置有溢粉口，溢粉口可以使刮刀左侧的余粉进入溢粉接收仓1。工作平台中部设置有工作缸5，工作缸内设置有工作缸活动平台6，对应的工作平台上有开口，工作缸活动平台可以在工作缸内上下运动，粉末通过工作平台上的开口可以平铺到工作缸活动平台上。工作平台右侧的下方设置有带活塞的容粉槽7，包括第一容粉槽711和第一容粉槽活塞712。刮刀3通过其驱动机构（图中未示）作用，可以在工作平台上左右移动。第一容粉槽活塞711可以通过其驱动机构作用，在第一容粉槽712内上下运动，当运动到上位时，活塞上表面等高或低于工作平台上平面，当其运动到下位时，活塞与容粉槽形成的空间体积要大于二次铺粉的粉末需要量。

容粉槽活塞采用气缸伸缩带动活塞垂直运动；或采用曲柄连杆机构利用刮刀相连的拨叉带动连杆转动实现活塞垂直运动；或采用其他可以实现活塞上下运动的结构。

采用该结构单刮刀双向铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，刮刀3起始位置位于供粉装置4左侧，即正向铺粉位置，此时，如图5中（a）图所示，供粉装置4定量供粉在刮刀右侧的工作平台上。远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712处于下位。如图5中（b）图所示，刮刀3带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台2的工作缸活动平台6上。刮刀3进入反向铺粉位置时，将多余的粉末全部送入第一容粉槽711，刮刀3越过容粉槽7后停止，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。

步骤2，如图5中（c）图所示，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712在驱动机构作用下切换到上位，第一容粉槽活塞712顶部不高于工作平台2，将容粉槽7里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。如图5中（d）图所示，刮刀3将粉末沿反方向推送至工作平台2的工作缸活动平台6上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀3将左侧多余粉末直接送入溢粉接收仓1。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀3越过反向铺粉位置的容粉槽7后，第一容粉槽活塞712切换位置到下位，如图5中（d）所示，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

在本方法的步骤1需要注意的是，通过设计供粉装置4的每次供粉量，保证粉末向左运动完成第一次铺粉后，有足够的余量可以满足第二次铺粉的需要，同时，在本方法的步骤2需要注意的是，设计第一粉槽711和第一容粉槽活塞712形成的容量时，要保证有足够的容量接收第一次铺粉后的余粉量。这样可以保证余粉不会堆积在刮刀3的右侧。

优选实施例2

如图2所示，为本发明的单刮刀双向铺粉装置的另一种结构。相对于图1所示结构，将溢粉接收仓1增设为两个，其中，第一溢粉接收仓11位于工作平台2的左侧下方，第二溢粉接收仓位于工作平台2的右侧下方。其他结构与图1所示结构相同。

采用该结构单刮刀双向铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，刮刀3起始位置位于供粉装置4左侧，即正向铺粉位置，此时，如图6中（a）图所示，供粉装置4定量供粉在刮刀3右侧的工作平台上。远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712处于下位。如图6中（b）图所示，刮刀3带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台2的工作缸活动平台6上。刮刀3进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入第一容粉槽711，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀3越过容粉槽7后，继续往前移动至第二溢粉接收仓12的仓口，刮刀将右侧多余的粉末送入第二溢粉接收仓12。

步骤2，如图6中（c）图所示，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712在驱动机构作用下切换到上位，第一容粉槽活塞712顶部不高于工作平台2，将第一容粉槽711里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。如图6中（d）图所示，刮刀3将粉末沿反方向推送至工作平台2的工作缸活动平台6上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀3将左侧多余粉末直接送入第一溢粉接收仓11。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀3越过反向铺粉位置的容粉槽7后，第一容粉槽活塞712切换位置到下位，如图6中（d）所示，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

在本方法的步骤1需要注意的是，通过设计供粉装置4的每次供粉量，保证粉末向左运动完成第一次铺粉后，有足够的余量可以满足第二次铺粉的需要，同时，在本方法的步骤2需要注意的是，设计第一粉槽711和第一容粉槽活塞712形成的容量时，要保证有足够的容量满足第二次铺粉的需要。即每次供粉装置4的供粉量既要满足两次铺粉的需要，又要控制供粉量，确保容粉槽有足够容量接收第一次铺粉余量，而且可以使进入第二溢粉接收仓12的余粉尽可能少，节约生产成本。

优选实施例3

如图3所示，为本发明的单刮刀双向铺粉装置的另一种结构。相对于图2所示结构，将带活塞的容粉槽7增设为两个，其中，在工作平台左侧的下方增设第二容粉槽721和第二容粉槽活塞722。其他结构与图2所示结构相同。

采用该结构单刮刀双向铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，刮刀3起始位置位于供粉装置4左侧，即正向铺粉位置，此时，如图7中（a）图所示，供粉装置4定量供粉在刮刀3右侧的工作平台上。正向铺粉位置的第二容粉槽活塞722处于上位，将容粉槽里的粉末推出到工作平台上，远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712处于下位。如图7中（b）图所示，刮刀3带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台2的工作缸活动平台6上。刮刀3进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入第一容粉槽711，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀3越过第一容粉槽711后，继续往前移动至第二溢粉接收仓12的仓口，刮刀将其右侧多余的粉末送入第二溢粉接收仓12。同时，第二容粉槽活塞722切换位置处于下位。

步骤2，如图7中（c）图所示，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712在驱动机构作用下切换到上位，第一容粉槽活塞712顶部不高于工作平台2，将容粉槽7里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。如图7中（d）图所示，刮刀3将粉末沿反方向推送至工作平台2的工作缸活动平台6上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀3将左侧的粉末送入第二容粉槽721，多余粉末再接着送入第一溢粉接收仓11。此时刮刀回到起始位置。

步骤3，在刮刀3越过反向铺粉位置的第一容粉槽711后，第一容粉槽活塞712切换位置到下位，如图7中（d）所示，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

在本方法的步骤1需要注意的是，通过设计供粉装置4的每次供粉量，保证粉末向左运动完成第一次铺粉后，有足够的余量可以满足第二次铺粉的需要，同时，在本方法的步骤2需要注意的是，设计第一粉槽711和第一容粉槽活塞712形成的容量时，要保证有足够的容量满足第二次铺粉的需要。即每次供粉装置4的供粉量既要满足两次铺粉的需要，又要控制供粉量，确保容粉槽有足够容量接收第一次铺粉余量，而且可以使进入第二溢粉接收仓12的余粉尽可能少，由于设置有第二容粉槽721，可以使第二次铺粉后的余量更少，即进入第一溢粉接收仓11的余粉更少，从而更好的节约生产成本。

优选实施例4

如图4所示，为本发明的单刮刀双向铺粉装置的另一种结构。相对于图3所示结构，将供粉装置4增设为两个，其中，在工作平台左侧的上方设第一供粉装置41和工作平台右侧的上方设第二供粉装置42。其他结构与图3所示结构相同。

采用该结构单刮刀双向铺粉装置进行双向铺粉的过程为：

步骤1，刮刀3起始位置位于第一供粉装置41左侧，即正向铺粉位置，此时，如图8中（a）图所示，第一供粉装置41定量供粉在刮刀3右侧的工作平台上。正向铺粉位置的第二容粉槽活塞722处于上位，将容粉槽里的粉末推出到工作平台上，远离刮刀的反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712处于下位。如图8中（b）图所示，刮刀3带动粉末正向移动，将粉末均匀的铺设在工作平台2的工作缸活动平台6上。刮刀3进入反向铺粉位置时，将多余的粉末送入第一容粉槽711，完成第一次铺粉，并进行本层零件成型。刮刀3越过第一容粉槽711后，继续往前移动至第二溢粉接收仓12的仓口，刮刀将其右侧多余的粉末送入第二溢粉接收仓12。

步骤2，如图8中（c）图所示，处于反向铺粉位置的第一容粉槽活塞712在驱动机构作用下切换到上位，第一容粉槽活塞712顶部不高于工作平台2，将第一容粉槽711里的粉末推出到工作平台上，并保持位置不动。同时，第二容粉槽活塞722切换位置处于下位。

步骤3，第二供粉装置42定量供粉到工作平台2上的刮刀左侧，与第一容粉槽711里的粉末混合在一起。如图8中（d）图所示，刮刀3将粉末沿反方向推送至工作平台2的工作缸活动平台6上，完成第二次铺粉，并进行下一层零件成型。在靠近工作平台正向铺粉位置时，刮刀3将左侧的粉末送入第二容粉槽721，多余粉末再接着送入第一溢粉接收仓11。此时刮刀回到起始位置。

步骤4，在刮刀3越过反向铺粉位置的第一容粉槽711时，第一容粉槽活塞712切换位置到下位，如图8中（d）所示，为下次铺粉做好准备。重复上述步骤可实现单刮刀双向铺粉。

在本方法各步骤中需要注意的是，通过设计第一供粉装置41和第二供粉装置42的单次供粉量，保证粉末向左运动完成第一次铺粉和向右运动完成第二次铺粉都有足够的粉量。通过单次送粉量和容粉槽容量的设计，可以使单次铺粉时刮刀推送的粉量更合适，不会由于过多粉量产生堆积和过少粉量产生缺粉，并可以使溢粉量做到尽量的少，从而更多的节约生产成本。

本装置的各种优选实施例都可以实现单刮刀双向铺粉，刮刀调整方便，粉量的控制灵活，双向铺粉效率高，可以使铺粉的溢粉余量尽可能减少，使用该装置设计的增材制造设备使用成本更低，工作可靠性更高。

以上所述优选实施例的各技术特征还可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述优选实施例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。

以上所述优选实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。