用于三维打印系统的粉末供给装置和三维打印系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种粉末供给装置和具有所述粉末供给装置的三维打印系统。所述粉末供给装置包括：粉末储存箱，粉末储存箱内具有容纳腔，粉末储存箱上设有与容纳腔连通的出料口；振动板，振动板设在出料口的下方且与出料口相对以便接收从出料口流出的粉末；振动源，振动源与振动板相连以便带动振动板振动；粉末接收箱，粉末接收箱内具有上端敞开的接料腔，粉末接收箱在接料位置与卸料位置之间可移动地设在振动板的下方，在接料位置接料腔与振动板相对以便接收从振动板振落的粉末；和驱动件，驱动件与粉末接收箱相连以便驱动粉末接收箱在接料位置与卸料位置之间移动。根据本发明实施例的粉末供给装置具有粉末供给有效、稳定等优点。
【专利说明】用于三维打印系统的粉末供给装置和三维打印系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于三维打印系统的粉末供给装置，还涉及一种具有所述粉末供给装置的三维打印系统。
【背景技术】
[0002]利用激光或电子束扫描固化预置的粉末层、逐层制造三维物体的三维打印技术是一种新型的制造技术。典型的三维打印工艺有激光选区熔化和电子束选区熔化，其基本的工艺步骤包括:粉末供应与铺平系统将粉末材料在工作平台上铺展成薄层，然后激光或电子束在粉末上移动，选择性烧结或熔化粉末材料。以上步骤不断重复直至整个三维物体制造完成。因此，粉末材料的稳定供给是十分重要的，直接关系到成形能否顺利完成。
[0003]粉末供给系统的工作环境很恶劣:温度高，材料蒸发、冷凝后在系统表面形成蒸镀层，粉末颗粒会进入系统的窄缝。现有的粉末供给系统通常包含轴、铰链等其他可动部件，这些部件容易被卡住从而功能受到影响。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于三维打印系统的粉末供给装置。
[0005]本发明的另一个目的在于提出一种具有所述用于三维打印系统的粉末供给装置的三维打印系统。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例提出一种用于三维打印系统的粉末供给装置，所述用于三维打印系统的粉末供给装置包括:粉末储存箱，所述粉末储存箱内具有容纳腔，所述粉末储存箱上设有与所述容纳腔连通的出料口 ；振动板，所述振动板设在所述出料口的下方且与所述出料口相对以便接收从所述出料口流出的粉末；振动源，所述振动源与所述振动板相连以便带动所述振动板振动；粉末接收箱，所述粉末接收箱内具有上端敞开的接料腔，所述粉末接收箱在接料位置与卸料位置之间可移动地设在所述振动板的下方，其中在所述接料位置所述接料腔与所述振动板相对以便接收从所述振动板振落的粉末；和驱动件，所述驱动件与所述粉末接收箱相连以便驱动所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间移动。
[0007]根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置通过设置位于所述出料口的下方的振动板和与所述振动板相连的振动源，从而可以有效地、稳定地向三维打印系统的工作平台输送粉末。因此，根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置具有粉末供给有效、稳定等优点。
[0008]另外，根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]根据本发明的一个实施例，所述容纳腔的下端敞开且所述粉末储存箱设在所述振动板的上表面上，其中所述粉末储存箱的第一侧板与所述振动板之间限定出所述出料口。由此不仅可以使所述粉末储存箱的结构更加简单，所述粉末供给装置的结构更加合理，而且可以使粉末更加稳定地流到所述振动板上，并且可以充分地利用所述容纳腔内的粉末。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述粉末储存箱的第二侧板包括竖直部和倾斜部，所述倾斜部的上沿与所述竖直部的下沿相连，所述倾斜部从所述竖直部向下向内延伸，其中所述粉末储存箱的第二侧板与所述粉末储存箱的第一侧板相对。通过使与所述出料口相对的第二侧板的下部(所述倾斜部)倾斜设置，可以使所述容纳腔内的粉末更加容易地、快速地从所述出料口流出所述容纳腔。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述用于三维打印系统的粉末供给装置还包括挡板，所述挡板可上下移动地设在所述粉末储存箱的第一侧板上以便改变所述出料口的大小。
[0012]通过在所述粉末储存箱的第一侧板上设置可上下移动的挡板，从而不仅可以改变粉末从所述出料口流出的距离，而且可以改变粉末的供给速率，因此可以通过调节所述挡板的高度(即通过在上下方向上移动所述挡板)，获得各种类型的粉末所需要的粉末供给速率。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述用于三维打印系统的粉末供给装置还包括安装板，所述安装板设在所述粉末储存箱上，所述振动源安装在所述安装板上。由此可以更加方便地、容易地对所述振动源进行安装，且可以使所述振动源安装的更加稳固。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述三维打印系统包括工作平台，所述工作平台位于所述粉末接收箱的下方以便接收从所述接料腔倒出的粉末。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述用于三维打印系统的粉末供给装置还包括称重传感器，所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在所述称重传感器上，以便测量所述接料腔内的粉末的重量。通过将所述粉末接收箱设置在所述称重传感器上，从而可以利用所述粉末供给装置供给预定重量的粉末。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述用于三维打印系统的粉末供给装置还包括:支撑件，所述支撑件设在所述工作平台的上表面上，所述称重传感器的一端设在所述支撑件上，所述称重传感器与所述工作平台在上下方向上间隔开；和称重平台，所述称重平台设在所述称重传感器的另一端上，所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在所述称重平台上。由此可以使所述粉末供给装置的结构更加合理。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述用于三维打印系统的粉末供给装置还包括控制器，所述控制器与所述称重传感器、所述振动源和所述驱动件相连以便控制所述驱动件打开和关闭以及根据所述称重传感器的粉末重量检测值控制所述振动源的打开和关闭。由此可以极大地提高所述粉末供给装置的自动化程度。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述粉末的粒径为10微米-150微米。
[0019]根据本发明第二方面的实施例提出一种三维打印系统，所述三维打印系统包括:粉末供给装置，所述粉末供给装置为根据本发明第一方面所述的用于三维打印系统的粉末供给装置；和工作平台，所述工作平台设在所述粉末接收箱的下方以便接收从所述接料腔倒出的粉末。
[0020]根据本发明实施例的三维打印系统通过设置根据本发明第一方面所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，从而具有粉末供给有效、稳定等优点。
[0021]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0023]图1是根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置的结构示意图；
[0024]图2是根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置的使用状态图；
[0025]图3是图2中的A区域的放大图；
[0026]图4是根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置的使用状态图；
[0027]图5是图4中的B区域的放大图；
[0028]图6是根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置的使用状态图；
[0029]图7是根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置的硬件框图；
[0030]图8是利用根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置供给粉末的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0032]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0033]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0034]下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置
10。如图1-图6所示，根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10包括粉末储存箱101、振动板102、振动源103、粉末接收箱104和驱动件113。
[0035]粉末储存箱101内具有容纳腔1011，粉末储存箱101上设有与容纳腔1011连通的出料口 1012。振动板102设在出料口 1012的下方，且振动板102与出料口 1012相对以便接收从出料口 1012流出的粉末2。振动源103与振动板102相连以便带动振动板102振动。粉末接收箱104内具有上端敞开的接料腔1041，粉末接收箱104在接料位置与卸料位置之间可移动地设在振动板102的下方。其中，在所述接料位置接料腔1041与振动板102相对以便接收从所述振动板振落的粉末2。驱动件113与粉末接收箱104相连以便驱动粉末接收箱104在所述接料位置与所述卸料位置之间移动。其中，上下方向如图1-图6中的箭头C所示。
[0036]下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10的工作过程。首先，将待供给的粉末2输送到容纳腔1011内(如图2所示)，容纳腔1011内的粉末2在自身的重力作用下有向下流动的趋势，并且部分粉末2从出料口 1012流出容纳腔1011并堆积在振动板102上。振动板102上的粉末2受到振动板102的约束，以便形成静止角为a的粉末堆(如图3所示)。其中，该静止角是指粉末2在平面(振动板102)上自然堆积时形成的圆锥形的母线与平面的夹角。该静止角a的大小取决于粉末2的流动性、粉末2的材料类型、粉末2的颗粒尺寸分布、粉末2的颗粒形状等因素。
[0037]然后，振动源103启动以便带动振动板102振动，当振动板102振动时，振动板102上的粉末2向振动板102的边缘移动(此时粉末堆不再保持静止角，如图5所示)。最终，粉末2从振动板102的边缘振落，并落入到位于所述接料位置的粉末接收箱104的接料腔1041内(如图4所示)。最后,驱动件113驱动粉末接收箱104从所述接料位置移动到所述卸料位置，以便将接料腔1041内的粉末倾倒在工作平台20上。也就是说，三维打印系统的工作平台20可以位于粉末接收箱104的下方以便接收从接料腔1041倒出的粉末2。
[0038]根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10通过设置位于出料口1012的下方的振动板102和与振动板102相连的振动源103，从而可以有效地、稳定地向三维打印系统的工作平台20输送粉末2。因此，根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10具有粉末供给有效、稳定等优点。
[0039]具体地，粉末的粒径可以是10微米-150微米。优选地，粉末的粒径可以是10微米-100微米。进一步优选地,粉末的粒径可以是20微米-50微米。更优选地,粉末的粒径可以是30微米-40微米。粉末可以是金属粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等。
[0040]如图1、图2、图4和图6所示，在本发明的一些实施例中，容纳腔1011的下端可以敞开，且粉末储存箱101可以设在振动板102的上表面上。其中，粉末储存箱101的第一侧板1013与振动板102之间可以限定出出料口 1012。换言之，第一侧板1013可以位于振动板102的上方以便在第一侧板1013与振动板102之间限定出出料口 1012。由此不仅可以使粉末储存箱101的结构更加简单，粉末供给装置10的结构更加合理，而且可以使粉末更加稳定地流到振动板102上，并且可以充分地利用容纳腔1011内的粉末。
[0041]具体地，出料口 1012可以邻近振动板102的第一端，在所述接料位置接料腔1041可以与振动板102的第一端相对以便接收从振动板102的第一端振落的粉末。由此可以更加快速地将粉末供给到接料腔1041内。振动板102可以水平设置。
[0042]有利地，如图1、图2、图4和图6所示，容纳腔1011的上端可以敞开以便形成进料口，粉末可以从容纳腔1011的上端输送到容纳腔1011内。
[0043]如图1、图2、图4和图6所示，在本发明的一个实施例中，粉末储存箱101的第二侧板1014包括可以竖直部10141和倾斜部10142，倾斜部10142的上沿可以与竖直部10141的下沿相连，倾斜部10142可以从竖直部10141向下向内延伸。换言之，倾斜部10142的上沿可以与竖直部10141的下沿相连，倾斜部10142的下沿可以向下向内延伸。[0044]其中，粉末储存箱101的第二侧板1014与粉末储存箱101的第一侧板1013相对。也就是说，第二侧板1014与出料口 1012相对。粉末储存箱101的内外方向如图1、图2、图4和图6中的箭头D所示。通过使与出料口 1012相对的第二侧板1014的下部(倾斜部10142)倾斜设置，可以使容纳腔1011内的粉末更加容易地、快速地从出料口 1012流出容纳腔 1011。
[0045]如图1、图2、图4和图6所示，用于三维打印系统的粉末供给装置10还包括安装板114，安装板114可以设在粉末储存箱101上，振动源103可以安装在安装板114上。由此可以更加方便地、容易地对振动源103进行安装，且可以使振动源103安装的更加稳固。具体地，安装板114可以安装在第二侧板1014的倾斜部10142上。
[0046]在本发明的一个具体示例中，如图1、图2、图4和图6所示，用于三维打印系统的粉末供给装置10还可以包括挡板105，挡板105可以可上下移动地设在粉末储存箱101的第一侧板1013上以便改变出料口 1012的大小。也就是说，当想改变出料口 1012的大小时，可以在上下方向上移动挡板105，以便改变出料口 1012的被挡板105遮挡住的部分的大小。当挡板105的下沿不低于第一侧板1013的下沿时，出料口 1012最大。当挡板105的下沿与振动板102接触时，出料口 1012全部被挡板105遮挡，即出料口 1012处于关闭状态。
[0047]此外，通过改变挡板105的高度，即改变挡板105与振动板102之间的距离，可以改变粉末从出料口 1012流出的距离。挡板105的高度越大(挡板105与振动板102之间的距离越大，即出料口 1012的开口越大)，粉末从出料口 1012流出的距离越长。
[0048]对于一种确定的粉末(即粉末的材料是确定的)，其供给速率受挡板105的高度的影响，挡板105的高度越大，该粉末从容纳腔1011流到振动板102的速率越大，即该粉末的供给速率越大。此外，粉末的供给速率还受到振动源103的振幅的影响，即粉末的供给速率还受到振动板102的振幅的影响，振动源103的振幅越大，粉末的供给速率越大。如果要使用另外一种类型的粉末，可以简单地通过调节挡板105的高度、振动源103的振幅来获得所需要的粉末供给速率。
[0049]也就是说，通过在粉末储存箱101的第一侧板1013上设置可上下移动的挡板105，从而不仅可以改变粉末从出料口 1012流出的距离，而且可以改变粉末的供给速率，因此可以通过调节挡板105的高度(即通过在上下方向上移动挡板105)，获得各种类型的粉末所需要的粉末供给速率。
[0050]有利地，粉末接收箱104在所述接料位置与所述卸料位置之间可枢转地设在振动板102的下方。由此可以更加方便地、容易地将接料腔1041内的粉末倾倒在工作平台20上，从而可以使粉末供给装置10的结构更加合理。
[0051]如图1、图2、图4和图6所示，在本发明的一些示例中，用于三维打印系统的粉末供给装置10还可以包括称重传感器106，粉末接收箱104在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在称重传感器106上，以便测量接料腔1041内的粉末的重量。通过将粉末接收箱104设置在称重传感器106上，从而可以利用粉末供给装置10供给预定重量的粉末。
[0052]有利地，如图1、图2、图4和图6所示，用于三维打印系统的粉末供给装置10还可以包括支撑件107和称重平台108。支撑件107可以设在工作平台20的上表面201上，称重传感器106的一端可以设在支撑件107上，称重传感器106可以与工作平台20在上下方向上间隔开。换言之，称重传感器106可以位于工作平台20的上方。称重平台108可以设在称重传感器106的另一端上，粉末接收箱104在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在称重平台108上。也就是说，粉末接收箱104通过称重平台108在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在称重传感器106上。由此可以使粉末供给装置10的结构更加合理。
[0053]在本发明的一个示例中，用于三维打印系统的粉末供给装置10还可以包括控制器109，控制器109与称重传感器106、振动源103和驱动件113相连以便控制驱动件113打开和关闭以及根据称重传感器106的粉末重量检测值控制振动源103的打开和关闭。由此可以极大地提高粉末供给装置10的自动化程度。
[0054]图7为根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10的硬件框图。如图7所示，振动源103通过开关110与电源111连接，控制器109 (例如计算机)与开关110连接，并可以向开关110发送信号使开关110合上与断开。称重传感器106与A/D转换器112连接，A/D转换器112与控制器109连接，并将称重传感器106的检测数据发送给控制器109采集。驱动件113与粉末接收箱104连接，并为粉末接收箱104提供动力。控制器109与驱动件113连接，并向驱动件113发送信号使驱动件113带动粉末接收箱104转动。
[0055]下面参考图8描述利用根据本发明实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10供给粉末的过程。
[0056]首先，控制器109采集A/D转换器112的数据，记下初始重量GO。然后，控制器109向开关110发送指令，使开关110合上，振动源103振动，振动板102上的粉末落入粉末接收箱104的接料腔1041内。控制器109采集A/D转换器112的数据，记下当前重量Gl。如果Gl-GO小于设定的供给量G，则控制器109继续采集数据。如果Gl-GO大于或等于设定的供给量G，控制器109向开关110发送指令，使开关110断开，停止粉末的供应。然后，控制器109向驱动件113发送信号，使粉末接收箱104转过一定角度(即粉末接收箱104枢转到所述卸料位置)，以便将粉末倾倒在工作平台20上。这样完成了一次粉末供给。
[0057]其中，粉末供给精度主要取决于称重传感器106的灵敏度以及A/D转换器112的分辨率，可以根据实际情况选择。
[0058]本发明还提供了一种三维打印系统。根据本发明实施例的三维打印系统包括粉末供给装置和工作平台20。所述粉末供给装置为根据上述实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10。工作平台20设在粉末接收箱104的下方以便接收从接料腔1041倒出的粉末。
[0059]根据本发明实施例的三维打印系统通过设置根据上述实施例的用于三维打印系统的粉末供给装置10，从而具有粉末供给有效、稳定等优点。
[0060]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，包括: 粉末储存箱，所述粉末储存箱内具有容纳腔，所述粉末储存箱上设有与所述容纳腔连通的出料口； 振动板，所述振动板设在所述出料口的下方且与所述出料口相对以便接收从所述出料口流出的粉末； 振动源，所述振动源与所述振动板相连以便带动所述振动板振动； 粉末接收箱，所述粉末接收箱内具有上端敞开的接料腔，所述粉末接收箱在接料位置与卸料位置之间可移动地设在所述振动板的下方，其中在所述接料位置所述接料腔与所述振动板相对以便接收从所述振动板振落的粉末；和 驱动件，所述驱动件与所述粉末接收箱相连以便驱动所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，所述容纳腔的下端敞开且所述粉末储存箱设在所述振动板的上表面上，其中所述粉末储存箱的第一侧板与所述振动板之间限定出所述出料口。
3.根据权利要求2所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，所述粉末储存箱的第二侧板包括竖直部和倾斜部，所述倾斜部的上沿与所述竖直部的下沿相连，所述倾斜部从所述竖直部向下向内延伸，其中所述粉末储存箱的第二侧板与所述粉末储存箱的第一侧板相对。
4.根据权 利要求2所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，还包括挡板，所述挡板可上下移动地设在所述粉末储存箱的第一侧板上以便改变所述出料口的大小。
5.根据权利要求1所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，还包括安装板，所述安装板设在所述粉末储存箱上，所述振动源安装在所述安装板上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，所述三维打印系统包括工作平台，所述工作平台位于所述粉末接收箱的下方以便接收从所述接料腔倒出的粉末。
7.根据权利要求6所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，还包括称重传感器，所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在所述称重传感器上，以便测量所述接料腔内的粉末的重量。
8.根据权利要求7所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，还包括: 支撑件，所述支撑件设在所述工作平台的上表面上，所述称重传感器的一端设在所述支撑件上，所述称重传感器与所述工作平台在上下方向上间隔开；和 称重平台，所述称重平台设在所述称重传感器的另一端上，所述粉末接收箱在所述接料位置与所述卸料位置之间可移动地设在所述称重平台上。
9.根据权利要求8所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述称重传感器、所述振动源和所述驱动件相连以便控制所述驱动件打开和关闭以及根据 所述称重传感器的粉末重量检测值控制所述振动源的打开和关闭。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于三维打印系统的粉末供给装置，其特征在于，所述粉末的粒径为10微米-150微米。
11.一种三维打印系统，其特征在于，包括: 粉末供给装置，所述粉末供给装置为根据权利要求1-10中任一项所述的用于三维打印系统的粉末供给装置；和 工作平台，所述工作平台设在所述粉末接收箱的下方以便接收从所述接料腔倒出的粉末。`
【文档编号】B22F3/115GK103706794SQ201410006741
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】林峰, 郭超, 张峻, 张磊, 张婷, 姚睿 申请人:清华大学