自动调节3D打印机铺粉量装置及其方法与流程

本发明涉及3d打印领域，特别是涉及一种自动调节3d打印机铺粉量装置及其方法。

背景技术：

选区激光烧结/熔化技术是新近发展起来的金属零件直接3d打印技术，其原理是利用计算机对三维cad模型分层并进行截面信息处理，然后将截面数据输入3d打印机内，3d打印机根据截面数据逐层铺送金属粉末并利用高能束激光对粉末层选定区域进行熔化，所有截面逐层熔化叠加成形后获得设计结构形状的三维实体零件。在加工过程中，每加工完ー层，工作台下降一定的距离，送粉器送出一定量的粉末再由铺粉机构将其铺平，然后激光对该层粉末进行烧结处理。烧结-工作台下降-送粉-铺粉这ー过程不断重复，最终完成加工。

铺粉过程是自动铺粉高能束选区熔化技术中的关键过程，粉末层的厚度及均匀性对成形工艺和整个零件的成形效果有着重大影响。如果铺粉粉量过小出现铺粉区域铺粉不全，会造成零件成形尺寸的误差，严重时会造成零件成形失败，而铺粉粉量过大造成粉末浪费，严重时会造成零件成形因缺粉而成形终止，严重影响了高能束选区熔化工艺的稳定性，成形零件常常因此存在缺陷或报废。目前，普遍采用的定量送粉的方式是一个开环控制系统，操作人员根据实际情况对粉量进行补偿调整，采用2～4倍实际需粉量的过粉量法，粉末浪费严重，加剧粉末回收时的任务量，且不能够实时根据成型平台铺粉情况进行铺粉量的调整。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种结构简单、设计合理、成本低廉、精确控住铺粉量的自动调节3d打印机铺粉量装置及其方法。

一种自动调节3d打印机铺粉量装置，包括图像采集部件、图像处理部件以及控制部件；

所述图像采集部件连接于所述控制部件，所述图像采集部件用于采集位于3d打印机的成型腔内的成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像；

所述图像处理部件连接于所述图像采集部件，所述图像处理部件用于处理所述成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得所述成型基板上一次铺粉后的粉末边缘和所述待打印零件半成品边缘之间的距离；

所述控制部件连接于所述图像处理部件，所述控制部件用于连接在所述3d打印机的控制系统上；，所述控制部件用于根据所述距离输出所述3d打印机的最优铺粉量参数，所述控制部件根据所述最优铺粉量参数调节所述3d打印机的铺粉量。

在其中一个实施例中，所述图像处理部件具有数据输入接口、处理器以及数据输出接口，所述数据输入接口连接于所述图像采集部件以用于接收所述图像采集部件采集的图像，所述处理器用于处理并分析所述数据输入接口接收到的图像，所述数据输出接口连接于所述控制部件以用于输出所述距离。

在其中一个实施例中，所述控制部件输出所述最优铺粉量参数包括如下过程：

当所述距离在10mm-25mm之间时，保持铺粉量不变；

当所述距离小于10mm时，所述控制部件输出增加铺粉量10％-15％，所述控制部件控制所述3d打印机增加铺粉10％-15％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离小于10mm时，则所述控制部件输出增加铺粉量10％-15％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于25mm-100mm时，所述控制部件输出减少铺粉量6％-41％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量6％-41％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于25mm-100mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量6％-41％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于100mm-160mm时，所述控制部件输出减少铺粉量41％-69％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量41％-69％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于100mm-160mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量41％-69％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于160mm-250mm时，所述控制部件输出减少铺粉量69％-99％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量69％-99％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于160mm-250mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量69％-99％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间。

本实施例的另一目的还在于提供一种自动调节3d打印机铺粉量方法。

一种自动调节3d打印机铺粉量方法，包括如下步骤：

图像采集部件在3d打印机的成型腔的上方采集所述成型腔内的成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像；

图像处理部件处理所述图像采集部件采集的所述成型腔内的成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得所述成型基板上一次铺粉后的粉末边缘和所述待打印零件半成品边缘之间的距离，所述控制部件根据所述距离来输出最优铺粉量参数；

所述控制部件根据所述最优铺粉量参数通过控制部件来调节所述3d打印机的铺粉量；调节铺粉量后，3d打印机进行铺粉；

其中，所述控制部件输出所述最优铺粉量参数包括如下过程：

当所述距离在10mm-25mm之间时，保持铺粉量不变；

当所述距离小于10mm时，所述控制部件输出增加铺粉量10％，所述控制部件控制所述3d打印机增加铺粉10％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离小于10mm时，则所述控制部件输出增加铺粉量10％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于25mm-100mm时，所述控制部件输出减少铺粉量6％-41％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量6％-41％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于25mm-100mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量6％-41％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于100mm-160mm时，所述控制部件输出减少铺粉量41％-69％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量41％-69％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于100mm-160mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量41％-69％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间；

当所述距离大于160mm-250mm时，所述控制部件输出减少铺粉量69％-99％，所述控制部件控制所述3d打印机减少铺粉量69％-99％；所述图像采集部件采集调节铺粉量之后成型基板第m次的铺粉后的图像以及烧结后所述待打印零件的图像，其中m≥2；若所述距离在10mm-25mm之间时，保持所述3d打印机的铺粉量不变；若所述距离大于160mm-250mm时，则所述控制部件输出减少铺粉量69％-99％，以此类推,直至所述距离在10mm-25mm之间。

在其中一个实施例中，所述3d打印机铺粉量的调节是通过控制所述3d打印机的供粉平台的上升高度来精确控制铺粉量。

在其中一个实施例中，所述3d打印机铺粉量的调节具体包括如下步骤：

当所述3d打印机需要增加铺粉量x％时，所述3d打印机的供粉平台上升的距离为(1+x％)*h，其中，h为所述3d打印机一次铺粉时的标准厚度；

当所述3d打印机需要减少铺粉量x％时，所述3d打印机的供粉平台上升的距离为(1-x％)*h，其中，h为所述3d打印机一次铺粉时的标准厚度。

在其中一个实施例中，所述3d打印机在所述成型基板进行一次铺粉时具体包括如下步骤：

所述3d打印机的供粉平台上升预设高度，所述3d打印机的刮刀平行于所述供粉平台且由所述供粉平台的一端横向移动至相对的另一端以将所述供粉平台上的打印粉刮至所述成型基板上的打印区域内并铺平。

在其中一个实施例中，当所述距离大于25mm-40mm时，所述控制部件输出减少铺粉量6％-13％；

当所述距离大于40mm-55mm时，所述控制部件输出减少铺粉量13％-20％；

当所述距离大于55mm-70mm时，所述控制部件输出减少铺粉量20％-27％；

当所述距离大于70mm-85mm时，所述控制部件输出减少铺粉量27％-34％；

当所述距离大于85mm-100mm时，所述控制部件输出减少铺粉量34％-41％。

在其中一个实施例中，当所述距离大于100mm-115mm时，所述控制部件输出减少铺粉量41％-48％；

当所述距离大于115mm-130mm时，所述控制部件输出减少铺粉量48％-55％；

当所述距离大于130mm-145mm时，所述控制部件输出减少铺粉量55％-62％；

当所述距离大于145mm-160mm时，所述控制部件输出减少铺粉量62％-69％。

在其中一个实施例中，当所述距离大于160mm-180mm时，所述控制部件输出减少铺粉量69％-76％；

当所述距离大于180mm-195mm时，所述控制部件输出减少铺粉量76％-81％；

当所述距离大于195mm-210mm时，所述控制部件输出减少铺粉量81％-88％；

当所述距离大于210mm-235mm时，所述控制部件输出减少铺粉量88％-95％；

当所述距离大于235mm-250mm时，所述控制部件输出减少铺粉量95％-99％。

上述的自动调节3d打印机铺粉量装置，包括图像采集部件、控制部件以及控制部件。通过图像采集部件采集3d打印机成型腔内的成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像；通过图像处理部件处理成型基板一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得成型基板上一次铺粉后的粉末边缘和待打印零件半成品边缘之间的距离，再通过控制部件还用于根据距离输出3d打印机的最优铺粉量参数；3d打印机根据该最优铺粉量参数实时调节其铺粉量；当距离小于预定范围内时，则3d打印机增加铺粉量，当距离大于预定范围内时，3d打印机减少铺粉量。上述的自动调节3d打印机铺粉量装置，通过上述方法实现了3d打印机铺粉量的自动控制以及自动调节，该装置结构简单、设计新颖合理、实现方便及成本低，实现了实际铺粉粉量与理论铺粉粉量的一致性控制，能够对铺粉量误差做出实时补偿，实现铺粉量的高精度控制，解决了现有铺粉系统的中烧结区域铺粉量不足以及粉末浪费的问题，能够提高待打印零件成型后的精度及质量，实用性强，使用效果好，方便推广使用。

附图说明

图1为一实施例自动调节3d打印机铺粉量装置侧面示意图；

图2为图1所示自动调节3d打印机铺粉量装置俯面示意图；

图3为图1所示自动调节3d打印机铺粉量装置电路示意图。

附图标记说明

10、自动调节3d打印机铺粉量装置；100、图像采集部件；200、图像处理部件；300、控制部件；400、支架；20、控制系统；30、成型基板；40、刮刀；50、供粉箱；60、集粉箱。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1-图3所示，本实施例涉及了一种自动调节3d打印机铺粉量装置10。该自动调节3d打印机铺粉量装置10包括图像采集部件100、图像处理部件200以及控制部件300。在本实施例中，图像采集部件100还一时摄像头、照相机等。

参见图图3所示，图像采集部件100连接于控制部件300以用于采集3d打印机成型腔内的成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像。

参见图3所示，图像处理部件200连接于图像采集部件100，图像处理部件200用于处理图像采集部件100采集的成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得成型基板30上一次铺粉后的粉末边缘和待打印零件半成品边缘之间的距离。

参见图3所示，控制部件300连接于图像处理部件200，控制部件300用于耦合连接在3d打印机的控制系统20上。控制部件300具有存储器，存储器用于存储上述的距离各个范围值内时，控制部件300需要输出的铺粉量调节量。控制部件300用于根据距离输出3d打印机的最优铺粉量参数，控制部件300能够根据最优铺粉量参数来调节3d打印机的铺粉量。

进一步地，图像处理部件具有数据输入接口、处理器以及数据输出接口，数据输入接口连接于图像采集部件100以用于接收图像采集部件100采集的图像，处理器用于处理并分析数据输入接口接收到的图像，数据输出接口连接于控制部件300以用于输出上述的距离。

优选地，参见图1、图2所示，还包括支架400，图像采集部件100设在支架400上，且图像采集部件100设置在成型基板30的上方。

本实施例涉及的自动调节3d打印机铺粉量装置10在进行3d打印机的铺粉量调节时，涉及了一种自动调节3d打印机铺粉量方法。

上述的一种自动调节3d打印机铺粉量方法，包括如下步骤：

步骤(1)：图像采集部件100在3d打印机的成型腔的上方采集成型腔内的成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像。

步骤(2)：图像处理部件200处理图像采集部件100采集的成型腔内的成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得成型基板30上一次铺粉后的粉末边缘和待打印零件半成品边缘之间的距离，控制部件300根据距离来输出最优铺粉量参数。

步骤(3)：控制部件300根据最优铺粉量参数通过控制部件300来调节3d打印机的铺粉量。3d打印机调节铺粉量后，供粉平台在供粉箱50内上升至预定位置，刮刀40从供粉平台上刮粉进行铺粉。

其中，控制部件300输出最优铺粉量参数包括如下过程：

(a)当距离在10mm-25mm之间时，保持铺粉量不变。

(b)当距离小于10mm时，控制部件300输出增加铺粉量10％，控制部件300控制3d打印机增加铺粉10％；图像采集部件100采集调节铺粉量之后成型基板30第m次的铺粉后的图像以及烧结后待打印零件的图像，其中m≥2；若距离在10mm-25mm之间时，保持3d打印机的铺粉量不变；若距离小于10mm时，则控制部件300输出增加铺粉量10％，以此类推,直至距离在10mm-25mm之间。

(c)当距离大于25mm-100mm时，控制部件300输出减少铺粉量6％-41％，控制部件300控制3d打印机减少铺粉量6％-41％；图像采集部件100采集调节铺粉量之后成型基板30第m次的铺粉后的图像以及烧结后待打印零件的图像，其中m≥2；若距离在10mm-25mm之间时，保持3d打印机的铺粉量不变；若距离大于25mm-100mm时，则控制部件300输出减少铺粉量6％-41％，以此类推,直至距离在10mm-25mm之间。

(d)当距离大于100mm-160mm时，控制部件300输出减少铺粉量41％-69％，控制部件300控制3d打印机减少铺粉量41％-69％；图像采集部件100采集调节铺粉量之后成型基板30第m次的铺粉后的图像以及烧结后待打印零件的图像，其中m≥2；若距离在10mm-25mm之间时，保持3d打印机的铺粉量不变；若距离大于100mm-160mm时，则控制部件300输出减少铺粉量41％-69％，以此类推,当距离在25mm-100mm时,则按照步骤(c)进行调节铺粉，直至距离在10mm-25mm之间。

(e)当距离大于160mm-250mm时，控制部件300输出减少铺粉量69％-99％，控制部件300控制3d打印机减少铺粉量69％-99％；图像采集部件100采集调节铺粉量之后成型基板30第m次的铺粉后的图像以及烧结后待打印零件的图像，其中m≥2；若距离在10mm-25mm之间时，保持3d打印机的铺粉量不变；若距离大于160mm-250mm时，则控制部件300输出减少铺粉量69％-99％，以此类推,当距离在100mm-160mm时,则按照步骤(d)进行调节铺粉，当距离在25mm-100mm时,则按照步骤(c)进行调节铺粉，直至距离在10mm-25mm之间。

其中，上述的步骤中，3d打印机铺粉量的调节是通过控制3d打印机的供粉平台的上升高度来精确控制铺粉量。具体的，3d打印机铺粉量的调节具体包括如下步骤：

当3d打印机需要增加铺粉量x％时，3d打印机的供粉平台上升的距离为(1+x％)*h，其中，h为3d打印机一次铺粉时的标准厚度。

当3d打印机需要减少铺粉量x％时，3d打印机的供粉平台上升的距离为(1-x％)*h，其中，h为3d打印机一次铺粉时的标准厚度。

进一步地，3d打印机在成型基板30一次铺粉时具体包括如下步骤：

3d打印机的供粉平台上升预设高度，3d打印机的刮刀40平行于供粉平台且由供粉平台的一端横向移动至相对的另一端以将供粉平台上的打印粉刮至成型基板30上的打印区域内并铺平。

当刮刀40完成一次刮粉之后保持位置不变，3d打印机的激光进行成型基板30上的粉末的烧结，待成型基板30上的粉末烧结结束之后，成型基板30与供粉平台均下降一定的位置，如下降1mm、2mm等，刮刀40复位。成型基板30与供粉平台均复位。

另外，在刮刀40完成一次刮粉之后，每一次多余的粉末均会收集到集粉箱60内。收集到集粉箱60内的粉末可以用于下一次的铺粉，节约粉末，节约成本。

在一个实施例中，优选地，当所述距离大于25mm-40mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量6％-13％。

当所述距离大于40mm-55mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量13％-20％。

当所述距离大于55mm-70mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量20％-27％。

当所述距离大于70mm-85mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量27％-34％。

当所述距离大于85mm-100mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量34％-41％。

当所述距离大于100mm-115mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量41％-48％。

当所述距离大于115mm-130mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量48％-55％。

当所述距离大于130mm-145mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量55％-62％。

当所述距离大于145mm-160mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量62％-69％。

当所述距离大于160mm-180mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量69％-76％。

当所述距离大于180mm-195mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量76％-81％。

当所述距离大于195mm-210mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量81％-88％。

当所述距离大于210mm-235mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量88％-95％。

当所述距离大于235mm-250mm时，所述控制部件300输出减少铺粉量95％-99％。

上述的自动调节3d打印机铺粉量装置10，包括图像采集部件100、图像处理部件200以及控制部件300。通过图像采集部件100采集3d打印机成型腔内的成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像；通过图像处理部件200处理成型基板30一次铺粉后的图像以及该次铺粉后烧结成待打印零件半成品的图像，以获得成型基板30上一次铺粉后的粉末边缘和待打印零件半成品边缘之间的距离，再通过控制部件300还用于根据距离输出3d打印机的最优铺粉量参数；3d打印机根据该最优铺粉量参数实时调节其铺粉量；当距离小于预定范围内时，则3d打印机增加铺粉量，当距离大于预定范围内时，3d打印机减少铺粉量。上述的自动调节3d打印机铺粉量装置10，通过上述方法实现了3d打印机铺粉量的自动控制以及自动调节，该装置结构简单、设计新颖合理、实现方便及成本低，实现了实际铺粉粉量与理论铺粉粉量的一致性控制，能够对铺粉量误差做出实时补偿，实现铺粉量的高精度控制，解决了现有铺粉系统的中烧结区域铺粉量不足以及粉末浪费的问题，能够提高待打印零件成型后的精度及质量，实用性强，使用效果好，方便推广使用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述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本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。