一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体为一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置。

背景技术：

3D打印技术是一种通过将原材料层层堆叠形成零件和产品的方法，即把数据和原料放进3D打印机中，通过计算机程序控制将产品一层一层的打印出来，最终形成成品。金属粉末材料选择性激光熔化(SLM)工艺，具有成型精度高，综合力学性能优等优点。其关键指标包括致密度、精度以及表面粗糙度，其中，铺粉质量对于致密度和表面粗糙度产生至关重要的影响。

现有3D打印机中铺粉装置多数采用单刮刀形式，刮刀与金属粉末、打印后零件表面发生摩擦，非常容易磨损、刮伤等，因此需要经常更换刮刀。但在金属粉末材料3D打印机中更换刮刀的操作非常复杂，而且需要打开打印舱室采用完成，当打印大型零件时，若在打印过程中打开打印舱室会因温度和压力的变化导致零件变形，零件质量不稳定。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，通过采用摆动式安装座，并在摆动式安装座上安装若干刮刀，实现在不打开打印舱室情况下，快速更换工作刮刀，并能够确保更换后刮刀的位置精度满足要求。

本实用新型的技术方案为：

所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，包括主体、高度调节机构、刮刀安装机构和刮刀；所述主体中包括粉末流道；所述高度调节机构安装在主体中；所述刮刀安装机构处于主体的下部，并与高度调节机构相连；所述刮刀安装在刮刀安装机构上，通过高度调节机构能够调节刮刀的铺粉高度；其特征在于：

所述刮刀安装机构包括摆动式安装座、摆动轴、切换手柄和定位机构；所述摆动式安装座具有摆动轴孔，摆动轴安装在摆动轴孔内，并与摆动轴孔紧配合；摆动轴两端穿过高度调节机构，并与高度调节机构转动配合，高度调节机构能够带动摆动轴在高度方向移动；切换手柄安装在摆动轴端部，并处于主体外侧，能够带动摆动轴转动；

所述摆动式安装座侧面开有若干条平行于摆动轴孔的刮刀安装槽，每个刮刀安装槽内均安装有刮刀；在摆动式安装座端面上开有若干销孔，销孔与刮刀安装槽一一对应；

所述定位机构包括定位销轴、压缩弹簧；所述定位销轴安装在主体侧壁上，所述压缩弹簧套在定位销轴上，压缩弹簧两端受定位销轴上的止挡销以及主体的约束；

当切换手柄带动摆动式安装座转动使刮刀到达工作位置后，压缩弹簧能够驱动定位销轴运动，使定位销轴伸入摆动式安装座端面的对应销孔内，将摆动式安装座定位。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：所述定位销轴侧壁上开有凹槽，定位销轴上还套有阻挡环，阻挡环位于主体外侧；当定位销轴向外拉伸并脱离摆动式安装座端面的销孔时，阻挡环能够落入定位销轴侧壁凹槽内，阻挡定位销轴被压缩弹簧驱动。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：摆动式安装座端面销孔的几何中心处于相应刮刀安装槽槽底中心与摆动轴孔中心的连线上。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：摆动式安装座端面的销孔为长条销孔；长条销孔的长轴位于相应刮刀安装槽槽底中心与摆动轴孔中心的连线上；当定位销轴与长条销孔配合后，定位销轴与长条销孔的短轴方向的壁面贴合，而长条销孔的长轴尺寸满足刮刀的铺粉高度调节要求。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：定位销轴为圆柱销轴，长条销孔的短轴尺寸等于定位销轴的直径，长轴尺寸大于定位销轴的直径，且满足刮刀的铺粉高度调节要求。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：所述定位销轴也穿过高度调节机构，高度调节机构能够带动定位销轴在高度方向移动，压缩弹簧两端受定位销轴上的止挡销以及高度调节机构的约束；摆动式安装座端面的销孔形状与定位销轴的截面形状相同。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：摆动式安装座侧面每条刮刀安装槽的槽底中心与摆动轴孔中心的距离均相等。

进一步的优选方案，所述一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，其特征在于：摆动式安装座侧面不同刮刀安装槽的槽底中心与摆动轴孔中心的距离根据刮刀的工作要求分别确定。

有益效果

采用本实用新型提出的3D打印铺粉装置，能够快速高效进行刮刀切换，且切换后刮刀位置精确可控。避免单刮刀形式铺粉器更换刮刀操作复杂、反复打开打印舱室更换刮刀影响产品质量的问题；提高铺粉的效率，加快工件的成型速率，提升打印效率，提高打印零件质量。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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：

图1：本实用新型的结构示意图；

图2：图1的局部放大图；

图3：本实用新型的一种实施例结构示意图；

图4：本实用新型的整体外观示意图。

其中：1、刮刀；2、摆动式安装座；3、止挡销；4、压缩弹簧；5、阻挡环；6、定位销轴；7、切换手柄；8、连杆；9、螺旋微调器；10、主体；11、盖板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

由于现有3D打印机中铺粉装置多数采用单刮刀形式，刮刀与金属粉末、打印后零件表面发生摩擦，非常容易磨损、刮伤等，因此需要经常更换刮刀。但在金属粉末材料3D打印机中更换刮刀的操作非常复杂，而且需要打开打印舱室采用完成，当打印大型零件时，若在打印过程中打开打印舱室会因温度和压力的变化导致零件变形，零件质量不稳定。

为解决上述问题，本实用新型提出一种能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，通过采用摆动式安装座，并在摆动式安装座上安装若干刮刀，实现在不打开打印舱室情况下，快速更换工作刮刀，并能够确保更换后刮刀的位置精度满足要求。

如图1所示，本实用新型中的能够快速更换刮刀的3D打印铺粉装置，包括主体10、高度调节机构、刮刀安装机构和刮刀。

主体10与目前已有的单刮刀形式的3D打印机铺粉装置中的主体相像，采用铝合金主框架，稳定性好；主体前后两侧布置粉末流道，所述粉末流道包括栅形通道、盖板11，可对金属粉末进行均匀导流，粉末从主体上方落入栅形通道内，通过前后两组栅形通道均匀流到主体下端，栅形通道间隔分布，提高铺粉均匀性。

主体10左右两侧安装高度调节机构，高度调节机构与目前已有的单刮刀形式的3D打印机铺粉装置的高度调节机构相像，包括螺旋微调器9和连杆8，连杆8一端与螺旋微调器9连接，另一端连接刮刀安装机构，从而能够通过调节螺旋微调器9来调节刮刀的铺粉高度，以满足3D打印的铺粉厚度要求。

本实用新型的关键部位体现在了刮刀安装机构上。如图1和图2所示，所述刮刀安装机构包括摆动式安装座2、摆动轴、切换手柄7和定位机构。

所述摆动式安装座2具有摆动轴孔，摆动轴安装在摆动轴孔内，并与摆动轴孔紧配合，当摆动轴转动时，能够带动摆动式安装座同步转动。摆动轴孔相当于回转中心轴孔，如图3所示，当摆动式安装座2为圆柱结构时，摆动轴孔就是圆柱结构的中心轴孔，而如图1和图2所示，当摆动式安装座2为扇形结构时，摆动轴孔就是扇形结构所对应的回转中心轴孔。

在摆动式安装座侧面开有若干条平行于摆动轴孔的刮刀安装槽，每个刮刀安装槽内均安装有刮刀1，通过固定在摆动轴外端的切换手柄7转动摆动轴，从而能够带动摆动式安装座转动，进而切换不同刮刀处于摆动式安装座正下方，进入工作状态。如图4所示，由于切换手柄7在主体外侧，所以本实用新型不需要打开打印舱室就能够快速切换刮刀。

另外由于还需要通过高度调节机构精确调节刮刀的铺粉高度，所以本实用新型在高度调节机构的连杆8上开有垂直于连杆8轴线的通孔，摆动轴穿过连杆8上的通孔，从而能够通过连杆8带动摆动轴在高度方向上移动。由于摆动轴还要能够自由转动，所以为了确保精度，摆动轴与连杆8的通孔之间可以通过高精度轴承进行配合。

本实用新型除了通过上述结构实现刮刀的快速切换外，还要保证切换后的刮刀精度满足要求，即保证切换前后刮刀的一致性。对此主要通过摆动式安装座端面上的销孔、定位机构以及刮刀安装槽来实现。

对于刮刀安装槽，在如图1和图2所示的扇形结构的摆动式安装座上，摆动式安装座侧面每条刮刀安装槽的槽底中心与摆动轴孔中心的距离均相等。而对于如图3所示的圆柱形摆动式安装座上，既可以将侧面每条刮刀安装槽的槽底中心与摆动轴孔中心的距离加工为均相等，也可以根据不同刮刀要求进行分组设计，每一组中的每条刮刀安装槽的槽底中心与摆动轴孔中心的距离均相等。而各组的距离则根据刮刀的工作要求分别确定。

如图2和图3所示，在摆动式安装座端面上开有若干销孔，销孔与刮刀安装槽一一对应。所述定位机构包括定位销轴6、压缩弹簧4；所述定位销轴6安装在主体侧壁上，所述压缩弹簧4套在定位销轴6上，压缩弹簧两端受定位销轴上的止挡销3以及主体的约束。当需要进行刮刀切换时，拔出定位销轴，进一步压紧压缩弹簧，然后转动切换手柄，当切换手柄带动摆动式安装座转动使刮刀到达工作位置后，松开定位销轴，压缩弹簧能够驱动定位销轴运动，使定位销轴伸入摆动式安装座端面的对应销孔内，将摆动式安装座定位。

为了更加方便的进行切换操作，如图4所示，在所述定位销轴侧壁上开有凹槽，定位销轴上还套有阻挡环5，阻挡环位于主体外侧；当定位销轴向外拉伸并脱离摆动式安装座端面的销孔时，阻挡环落入定位销轴侧壁凹槽内，此时松开定位销轴，定位销轴也因阻挡环阻挡而不能够被压缩弹簧驱动；然后转动切换手柄，当切换手柄带动摆动式安装座转动使刮刀到达工作位置后，向上拨动阻挡环，阻挡环脱离定位销轴侧壁凹槽，从而压缩弹簧能够驱动定位销轴运动，使定位销轴伸入摆动式安装座端面的对应销孔内，将摆动式安装座定位。而且为了定位精确，摆动式安装座端面销孔的几何中心处于相应刮刀安装槽槽底中心与摆动轴孔中心的连线上。

由于根据不同的铺粉厚度要求，摆动式安装座会随高度调节机构在高度方向移动，此时为了实现摆动式安装座在高度方向移动后，定位机构仍能正常工作，本实用新型提出了两种方案：

第一种方案是摆动式安装座端面的销孔形状与定位销轴的截面形状相同，此时，所述定位销轴也穿过高度调节机构，高度调节机构能够带动定位销轴同样在高度方向移动，压缩弹簧两端受定位销轴上的止挡销以及高度调节机构的约束。这样无论摆动式安装座在高度方向移动多少，定位机构仍能正常工作。

第二种方案是将摆动式安装座端面的销孔设计为长条销孔；长条销孔的长轴位于相应刮刀安装槽槽底中心与摆动轴孔中心的连线上；当定位销轴与长条销孔配合后，定位销轴与长条销孔的短轴方向的壁面贴合，而长条销孔的长轴尺寸满足刮刀的铺粉高度调节要求。那么当定位销轴为圆柱销轴时，长条销孔的短轴尺寸等于定位销轴的直径，长轴尺寸大于定位销轴的直径，且满足刮刀的铺粉高度调节要求。此时当摆动式安装座在高度方向移动后，由于长条销孔的长轴尺寸大于定位销轴的直径，所以不影响长条销孔与定位销轴配合，而且长条销孔的短轴尺寸等于定位销轴的直径，能够满足定位销轴将摆动式安装座在转动方向上定位的目的。

自此，本实用新型实现了在不打开打印舱室情况下，快速更换工作刮刀，并能够确保更换后刮刀的位置精度满足要求的目的。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。