一种增材制造设备落料装置以及应用该装置的送铺粉机构的制作方法
【专利摘要】一种增材制造设备落料装置，包括有料箱，所述料箱的下端的落粉口上与其连通设置有定量向外部的粉床输出料粉的料斗，所述料斗的内腔设置有相对于所述料斗可转动以向外输出定量粉料的粉辊，所述粉辊上设置有一储粉面，且所述储粉面与所述料斗的内腔之间形成有粉腔，当所述粉辊相对于所述料斗转动时，所述粉腔内的定量粉料输出至外部工作基台上，其通过简单的粉辊结构的变化，达到了容易加工，又无需担心粉料堆积的技术效果。
【专利说明】
一种増材制造设备落料装置以及应用该装置的送铺粉机构
技术领域
[0001]本实用新型涉及先进制造领域，特别涉及一种增材制造设备中与铺粉装置配合的落料系统。
【背景技术】
[0002]目前，粉末材料选区烧结成型的增材制造方法，是快速制造领域的研究热点。增材制造，也称为3D打印技术或者激光选区烧结技术，其工作原理为利用现有的CAD/CAM软件对激光束的路径进行设计，并在充满惰性保护气体的密闭的成型舱内按层铺设金属粉末，控制激光束按照设计路径扫描按层分布的金属粉末得到成型件的单层形状;紧接着，控制成型缸下降一层厚的距离，铺粉装置重新铺粉并重复上述成型过程，如此往复最终堆叠成具有特定几何形状的金属零件。
[0003]在金属增材制造过程中，评价成品质量的几个关键指标分别为致密度、精度以及表面粗糙度等，而这些重要指标均受到铺粉得到的粉床质量的影响。当粉床平整时，则粉床对激光束的吸收平稳，获得的成型产品的表面平整；当粉床的上表面凹凸不平时，其吸收激光束的能力也不一致，烧结成型的产品表面凹凸不平，产品的致密度、表面质量均难以保证。
[0004]传统的铺粉系统包括有两个主要部分:落料装置以及铺粉装置，其中:落料装置内储存并向外输出粉料，再经铺粉装置的刮擦运动将粉料铺平形成粉床。为了保证每次铺粉时粉床每次增加的厚度一致，以保证烧结质量，传统的落料装置一般采用齿形辊作为送料件，例如授权公告号为CN202379483U的中国专利中所公开的技术方案，其通过如其附图6A中所示的近似于叶轮结构的齿形辊，并利用其齿形结构特点，即相邻齿间的空间大小相等、齿形完全相同，保证在电机驱动其旋转时自其齿间落料的均匀性。
[0005]上述技术方案中，齿形辊的落料方式为持续落料，因而其在每一时刻的落料量均要相等，以保证粉床上的每个区域得到等量粉料，因而，复杂的齿形辊是保证其落料均匀性的必要结构。但是其齿形间的粉腔存在较多死角、缝隙，极容易造成粉料的堆积，这个堆积会影响其落料均匀性，最终导致的结果便是成型零件的缺粉故障；并且，齿形辊加工复杂，因而维修困难且造价高昂。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种增材制造设备落料装置，其通过对粉辊的结构进行改进，使其粉腔内无死角，以防止粉料在粉腔内残留堆积造成的成型零件的缺粉故障。
[0007]本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的:一种增材制造设备落料装置，包括有料箱，所述料箱的下端的落粉口上与其连通设置有定量向外部的工作基台输出料粉的料斗，所述料斗的内腔设置有相对于所述料斗可转动以向外输出定量粉料的粉辊，所述粉辊上设置有一储粉面，且所述储粉面与所述料斗的内腔之间形成有粉腔，当所述粉辊相对于所述料斗转动时，所述粉腔内的定量粉料输出至外部工作基台上。
[0008]通过采用上述技术方案，以定量出粉的形式取代连续出粉，则只要保证粉腔的形状尺寸固定，每次自粉腔输出至工作基台上的粉料就会是定量的，配合以铺粉装置的刮平作用，即利用刮刀的往复运动将等量的粉料铺平，这样的设置，不仅可以省去复杂的齿形辊结构，并且，不会造成局部的分量过多或者不足造成的粉床缺陷。
[0009]作为优选地，所述储粉面为密封所述落粉口的平面，且所述粉辊的转动带动所述平面由水平密封落粉口转动竖直状态时，所述粉辊密封落粉口并将定量的粉末输出。
[0010]通过采用上述技术方案，采用平面的储粉面，在加工时，可以直接在粉辊上铣去一个深度适当的平面，加工步骤简单，并且，只要其转动至竖直状态，利用粉料的自重，即可使粉料全部落下，避免复杂齿形间隙造成的粉料的堆积，以进一步保证粉腔内的粉料全部掉出，使落粉量精确固定。
[0011]进一步地，所述料箱的下端伸入所述料斗内并使落粉口抵于所述平面上。
[0012]通过采用上述技术方案，在铺粉过程中，刮刀需要往复运动以形成高质量的粉床，加之机器内的其他部件的运动，工作基台附近会难以避免存在振动，将料箱的下端延伸至料斗内并使落粉口抵于所述平面上，可以防止外部振动导致的料箱内的粉料坠落;而落粉口抵于所述平面上，则可以保证粉腔每次的出粉量不受外部振动影响。
[0013]本实用新型也可设置为:所述储粉面为朝向所述粉辊回转中心方向凸出的曲面，且所述曲面的截面的弧长密封所述落粉口。
[0014]通过采用上述技术方案，利用曲面作为储粉面，与平面类似，也不存在复杂的内腔，因而，粉腔内部不会出现粉料堆积;而在加工方面，铣削曲面的工序也远远简单于齿形辊的复杂曲面的加工。
[0015]本实用新型也可设置为:储粉面在所述粉辊的径向方向上的截面形状为梯形，且所述梯形的大端密封所述落粉口。
[0016]通过采用上述技术方案，将梯形的大端朝向料箱的落粉口，当粉辊转动以将粉腔内的粉料完全输出至工作基台上时，大端此时朝下，即粉腔的底部形状小于开口形状，那么，粉腔内的粉料落出更加充分和迅速，且粉腔的底壁与侧壁形成的为钝角，有利于粉料的落出。
[0017]本实用新型也可设置为:所述储粉面在所述粉辊的径向方向上的截面形状为顶部开口的矩形，且其两侧壁密封所述落粉口。
[0018]通过采用上述技术方案，与截面为梯形的储粉面类似，矩形截面的储粉面在出粉时也不存在复杂的粉腔结构，不会造成粉料的堆积，并且其加工也更加简单，类似与回转轴上加工矩形键槽。
[0019]本实用新型的另一发明目的在于提供一种包含有上述落料装置的送铺粉机构，其通过与铺粉装置配合联动，使定量落料的落料装置与铺粉装置建立联动关系，完成连续铺粉。
[0020]本实用新型的第二个目的是通过如下技术方案实现的:所述送铺粉机构还包括有一沿外部工作基台往复运动并将所述料斗送出的粉料刮平形成粉床的铺粉装置，所述粉辊的回转中心上转动连接有辊带动连杆，所述落料装置设置于所述铺粉装置运动行程的一端，当所述铺粉装置经过这一端并运动至终点时，它驱动所述辊带动连杆以驱动所述粉辊转动并在所述铺粉装置的回程上完成落料。
[0021]通过采用上述技术方案，在铺粉时，由于落料装置是间歇性向工作基台上输出定量的粉料，完成落料动作，而此后则需要铺粉装置配合其运动，以其内部的刮刀将定量的粉料在工作基台上刮平以形成均匀平整的粉床，本方案中，以辊带动连杆作为驱动粉辊转动完成出料的驱动元件，且出粉位置在铺粉装置的回程路线上，铺粉装置的回程就会将落到工作基台的粉料刮平形成粉床，连续动作，工作效率高，且结构简单易于实现。
[0022]作为优选地，所述粉辊的回转中心上设置有驱动其复位至密封所述落粉口的扭
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[0023]通过采用上述技术方案，利用扭簧的弹性力，可以使粉辊可靠的回复至初始的密封所述落粉口的状态，并且结构简单，制造成本也较低。
[0024]进一步地，所述辊带动连杆包括有两根互成直角的支杆连接而成，所述两根支杆之一转动连接至所述粉辊的回转中心，另一根朝向所述铺粉装置运动行程的终点设在，当所述铺粉装置经过这一端并运动至终点时，所述两根支杆均转过一个直角并驱动所述粉辊转过90度。
[0025]通过采用上述技术方案，直角设置两根支杆，则只要驱动其中一个支杆转过90度，则另一根支杆也必然转过90度，并带动所述粉辊抓过90度，则平面设置的储粉面也从水平密封落粉口的状态转变至竖直出料状态，因而，结构上保证了粉腔内的粉料完全落出。
[0026]综上所述，本实用新型具有以下有益效果:利用简单的粉腔定量出料的形式，取代传统的复杂齿形辊连续均匀出料所带来的难以加工、粉腔的粉料堆积等问题，结构简单易于实现;并且，配合辊带连杆的结构，使落料与铺粉配合起来，实现间歇出料连续铺粉。
【附图说明】
[0027]图1是实施例1的三维结构视图；
[0028]图2是为显示实施例1内部连接结构所做的截面视图；
[0029]图3是实施例2的粉辊的立体结构图；
[0030]图4是实施例3的粉辊的立体结构图；
[0031 ]图5是实施例4的粉辊的立体结构图；
[0032]图6是实施例5的三维结构视图；
[0033]图7是实施例6的整体结构视图；
[0034]图8是实施例6中装置的初始状态图；
[0035]图9是实施例6中铺粉装置一个行程终点的状态图。
[0036]图中，1、料箱；1、落粉口；2、料斗;20、铺粉口； 3、粉辊;30、储粉面;4、粉腔;5、工作基台；6、铺粉装置;60、刮刀;7、辊带动连杆;70、支杆一;71、支杆二; 8、扭簧。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0038]实施例1
[0039]—种增材制造设备落料装置，包括有料斗2以及转动设置于料斗2内腔的粉辊3，在粉辊3上设置有一成平面设置的储粉面30，其与料斗2的内腔之间形成有粉腔4，用于定量向外部输出粉料。在料斗2的上端设置有用于存储粉料的料箱I，其上靠近料斗2的顶部开口的一端连通设置有落粉口 10，自料箱I上的落粉口 10进入粉腔4内的粉料受粉腔4形状与尺寸的限制为固定的，料斗2的下方设置有与铺设的粉床的宽度相同的铺粉口 20，当粉辊3相对于料斗2内腔转动时，粉腔4内的粉料通过铺粉口 20掉落至工作基台5上，而随着粉辊3的进一步转动至平面垂直于工作基台时，粉辊3的其他部分逐渐封闭落粉口 10，以截至粉料的进一步掉落。
[0040]实施例2
[0041]—种增材制造设备落料装置，与实施例1相同，其区别在于:储粉面30成弧形曲面设置，且其弧形的两端与落粉口 10相接，以形成固定尺寸的粉腔4。
[0042]实施例3
[0043]—种增材制造设备落料装置，与实施例1相同，其区别在于:储粉面30沿粉辊3的径向平面的截面形状为一等腰梯形，且梯形的大端与落粉口 10相接，以形成固定尺寸的粉腔4。
[0044]实施例4
[0045]—种增材制造设备落料装置，与实施例1相同，储粉面30沿粉辊3的径向平面的截面形状为一矩形，以在粉辊3与落粉口 10之间形成一个宽度与铺粉口 20相适配的粉腔4。
[0046]实施例5
[0047]—种送铺粉机构，包括有实施例1中所述的落料装置，还包括有铺粉装置6，其包括有驱动其动作的外部动力源以及刮刀60，并且上述的落料装置设置在铺粉装置6往复运动的终点之一。在粉辊3的回转轴上转动设置有辊带动连杆7，其包括有连接至粉辊3的支杆一70以及朝向刮刀60往复运动的行程中点延伸的支杆二 71。当铺粉装置6在外部动力源的带动下在工作基台5上水平往复运动时，铺粉装置6碰触支杆二 71，使其由水平状态旋转至竖直状态，平面设置的储粉面30由水平状态旋转至竖直状态，将粉腔4内的全部粉料输送至工作基台5上，并且，落料位置位于刮刀60的回程路径上，这样，外部动力源带动刮刀60回程时，将粉料直接铺平以完成粉床的铺设过程。
[0048]辊带动连杆7恢复至水平状态的方式有两种，一是利用辊带动连杆7的自重，让其在自重作用下复位;二是在粉辊3的回转中心上增加一个扭簧8，并在其两个极限位置处设置限位块，并使扭簧8的复位力与粉辊3恢复初始位置的方向一致。
[0049]本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【主权项】
1.一种增材制造设备落料装置，包括有料箱(I)，其特征在于:所述料箱(I)的下端的落粉口(10)上与其连通设置有定量向外部的工作基台(5)输出料粉的料斗(2)，所述料斗(2)的内腔设置有相对于所述料斗(2)可转动以向外输出定量粉料的粉辊(3)，所述粉辊(3)上设置有一储粉面(30)，且所述储粉面(30)与所述料斗(2)的内腔之间形成有粉腔(4)，当所述粉辊(3)相对于所述料斗(2)转动时，所述粉腔(4)内的定量粉料输出至外部工作基台(5)上。2.根据权利要求1所述的增材制造设备落料装置，其特征在于:所述储粉面(30)为密封所述落粉口(10)的平面，且所述粉辊(3)的转动带动所述平面由水平密封落粉口(10)转动竖直状态时，所述粉辊(3)密封落粉口(10)并将定量的粉末输出。3.根据权利要求2所述的增材制造设备落料装置，其特征在于:所述料箱(I)的下端伸入所述料斗(2)内并使落粉口( 1)抵于所述平面上。4.根据权利要求1所述的增材制造设备落料装置，其特征在于:所述储粉面(30)为朝向所述粉辊(3)回转中心方向凸出的曲面，且所述曲面的截面的弧长密封所述落粉口(10)。5.根据权利要求1所述的增材制造设备落料装置，其特征在于:储粉面(30)在所述粉辊(3)的径向方向上的截面形状为梯形，且所述梯形的大端密封所述落粉口(10)。6.根据权利要求1所述的增材制造设备落料装置，其特征在于:所述储粉面(30)在所述粉辊(3)的径向方向上的截面形状为顶部开口的矩形，且其两侧壁密封所述落粉口(10)。7.—种带有如权利要求1至3任意一项所述的增材制造设备落料装置的送铺粉机构，其特征在于:所述送铺粉机构还包括有一沿外部工作基台(5)往复运动并将所述料斗(2)送出的粉料刮平形成粉床的铺粉装置(6)，所述粉辊(3)的回转中心上转动连接有辊带动连杆(7)，所述落料装置设置于所述铺粉装置(6)运动行程的一端，当所述铺粉装置(6)经过这一端并运动至终点时，它驱动所述辊带动连杆(7)以驱动所述粉辊(3)转动并在所述铺粉装置(6)的回程上完成落料。8.根据权利要求7所述的送铺粉机构，其特征在于:所述粉辊(3)的回转中心上设置有驱动其复位至密封所述落粉口( 1)的扭簧(8)。9.根据权利要求7所述的送铺粉机构，其特征在于:所述辊带动连杆(7)包括有两根互成直角的支杆连接而成，所述两根支杆之一转动连接至所述粉辊(3)的回转中心，另一根朝向所述铺粉装置(6)运动行程的终点设在，当所述铺粉装置(6)经过这一端并运动至终点时，所述两根支杆均转过一个直角并驱动所述粉辊(3)转过90度。
【文档编号】B22F3/105GK205660159SQ201620319844
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】阚凤旭, 吴朋越
【申请人】北京易加三维科技有限公司