一种浸没式打印粉末床铺设装置

1.本发明属于增材制造技术领域的一种打印粉末床铺设装置，具体涉及一种浸没式打印粉末床铺设装置。


背景技术：

2.增材制造技术具有柔性化程度高、产品性能优异和材料适应性广等系列优点，其一直是加工制造领域的研究热点。
3.增材制造技术可应用于各种加工制造领域，目前对于增材制造的研究主要集中于空气中加工方法，随着科学研究的不断深入，对于浸没式打印装置的需求日益显现，如水下打印装置的性能研究，水下打印产品特性研究等。
4.水下打印产品相较于空气中加工效率高，层层烧结冷却时间短，高硬度等系列独特特点，同时能够进行水下颗粒动力学研究，拓展现有加工制造领域，不仅能够用于激光成型烧结，也能用于粘结剂喷射打印等其他增材制造方法。但由于目前对于水下打印产品研究甚少，因此有必要开发一种用于实验的浸没式粉末铺床装置，为液体环境下发展增材制造方法打下重要基础。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种浸没式打印粉末床铺设装置，旨在解决水下打印的复杂环境，研究水下打印产品的特点，拓展增材制造的适用领域。
6.本发明的技术方案如下：
7.本发明包括工作区、储粉单元、辊轮、移动组件、成型单元和进水单元；
8.进水单元固定安装在工作区的外侧面，成型单元放置在工作区内的底部，工作区的两个内侧面均固定安装有多个移动组件，成型单元上方的工作区内从下到上设置有辊轮和储粉单元，辊轮和储粉单元的两端均与对应的移动组件滑动连接。
9.所述储粉单元包括储粉盒、卷粉轴、第一齿轮、第二齿轮和调整杆；
10.储粉盒用于盛装预加工粉末；储粉盒的两个外侧面设置有第一齿轮和调整杆，第一齿轮和调整杆的一端形成齿轮调整杆副，储粉盒的底部开口，储粉盒底部的上方设置有卷粉轴，储粉盒的两个外侧面开有活动槽，卷粉轴的两端穿过两侧的活动槽后与对应的调整杆的另一端连接，使得卷粉轴活动安装在储粉盒上，卷粉轴通过调整杆沿着活动槽调整高度，卷粉轴的两端还分别同轴固定套装有第二齿轮，每个第二齿轮与外接电机同轴连接，通过外接电机的驱动，带动卷粉轴的转动；储粉盒的两个外侧面设置有多个上下间隔布置的储粉滑块凸台，多个储粉滑块凸台分别与多个移动组件连接。
11.所述调整杆具体为：
12.调整杆的一端设置有安装孔，卷粉轴的端部安装在安装孔中，调整杆的另一端设置有齿条，齿条与第一齿轮形成齿轮调整杆副，调整杆的两端之间开设有燕尾槽，储粉盒的两个外侧面均设置多个调整杆凸台，多个调整杆凸台嵌装在燕尾槽中，使得调整杆在储粉
盒的外侧面上下滑动。
13.所述储粉盒的内外表面光滑，储粉盒的四个转角连接处均设置为波浪式驼峰结构。
14.所述每个移动组件结构相同，均包括移动基体、同步带、带轮和滑块；
15.移动基体固定安装在工作区的内侧面上，移动基体的两个端部分别固定安装有一个带轮，两个带轮之间套装有同步带，同步带上固定安装有滑块，滑块的底部设置有滚珠，滚珠在移动基体上滑动，滑块直接与辊轮连接或者通过连接杆与储粉单元连接。
16.与辊轮直接连接的所述滑块为第二滑块，第二滑块中部设置有盲孔，辊轮的端部伸入盲孔后安装在滑块上；通过连接杆与储粉单元连接的滑块为第一滑块，第一滑块中部设置有凸台，连接杆的一端与储粉单元连接，连接杆的另一端套装在第一滑块中部的凸台上。
17.所述进水单元包括水箱、水管和水泵；水箱通过水管与工作区相连，水管中安装有水泵，用于从水箱抽水并向工作区进水。
18.所述工作区内与水管相连的一侧设置有隔板，隔板将工作区内分为水室和成型室，成型室中安装储粉单元、辊轮、移动组件和成型单元，隔板的上部开设有溢水孔，经水管流入水室的水通过溢水孔流入成型室内，隔板的下部设有条形孔，条形孔用密封条堵住。
19.所述成型单元包括基板、成型腔壁、固定螺母和丝杠；
20.四个成型腔壁安装在基板的四周与基板一起形成半封闭腔室，半封闭腔室内铺设打印粉末床，四个成型腔壁放置在工作区底部内；基板的上方依次设置有辊轮和储粉单元，基板的下表面开设有丝杠盲孔，基板的下表面固定安装有固定螺母，丝杠的一端穿过固定螺母后伸入丝杠盲孔内与固定螺母和丝杠盲孔螺纹配合，使得通过绕着丝杠旋转基板来调节半封闭腔室的深度。
21.所述卷粉轴表面设置有网状凹槽。
22.本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
23.1)采用上大下小长漏斗形的储粉盒结构，使表面具有网状凹槽结构的卷粉轴置于储粉盒下部，卷粉轴位置能够随时调整，改变出粉速度，增加加工效率。出粉口也能通过粉口盖遮蔽改变出粉宽度，适应不同的宽度零件要求；
24.2)通过储粉盒代替刮板结构，并且储粉盒转弯处采用波浪式驼峰结构，各表面平滑连接，能够减小水下铺粉移动阻力，减小水流对已铺设粉末的扰动，适应浸没式打印条件；
25.3)铺粉装置机械结构简单，由于省去了供粉缸，整机体积大大减小，不仅能适应水下打印铺粉特殊要求，也能用于常规铺粉条件。
附图说明
26.图1为本发明装置整体结构示意图；
27.图2为本发明装置储粉单元示意图；
28.图3为本发明装置成型单元轴侧视图；
29.图4为本发明装置成型单元仰视图；
30.图5为本发明装置移动组件示意图；
31.图6为本发明装置工作区示意图；
32.图7为本发明装置调整杆示意图；
33.图8为本发明装置连接杆示意图；
34.图9为本发明装置第二滑块示意图；
35.图10为本发明装置第一滑块示意图；
36.图中：1-水箱；2-水管；3-水泵；4-工作区；41-溢水口；42-隔板；43-排污口；44-过滤器；5-辊轮；6-移动组件；61-带轮；62-移动基体；63-第二滑块；64-同步带；65-连接杆；66-第一滑块；7-储粉单元；71-储粉盒；72-卷粉轴；73-第一齿轮；74-第二齿轮；75-调整杆；751-燕尾槽；8-成型单元；81-基板；82-成型腔壁；83-固定螺母；84-丝杠。
具体实施方式
37.下面通过借助一个实施例及其附图更加详细地说明本发明，但该实施例及附图仅是说明性的，本发明的保护范围并不受其限制。
38.如图1所示，本发明包括工作区4、储粉单元7、辊轮5、移动组件6、成型单元8和进水单元；
39.进水单元固定安装在工作区4的外侧面，成型单元8放置在工作区4内的底部，工作区4的两个内侧面均固定安装有多个移动组件6，两个内侧面上的移动组件6对称布置，成型单元8上方的工作区4内从下到上设置有辊轮5和储粉单元7，辊轮5和储粉单元7的两端均与对应的移动组件6滑动连接，储粉单元来回移动在成型腔内铺设粉末，辊轮5来回滚动压实成型单元8中已铺设的粉末。
40.如图1和图6所示，进水单元包括水箱1、水管2和水泵3；水箱1通过水管2与工作区4相连，水管2中安装有水泵3，用于从水箱1抽水并向工作区4进水，与工作区4完成铺粉水下环境的建立，对整个装置进行注水、储水、排水和清洁的过程。
41.工作区4内与水管2相连的一侧设置有隔板42，隔板42将工作区4内分为水室和成型室，成型室中安装储粉单元7、辊轮5、移动组件6和成型单元8，隔板42的上部开设有溢水孔41，经水管2流入水室的水通过溢水孔41流入成型室内，进行浸没式铺设的液体环境的设置，隔板42的下部设有条形孔，条形孔用密封条堵住，用于成型室中粉末余料的清洁。靠近水室的工作区4的侧面开设有排污口43，水箱下部也设有排污口43，各部分水管连接处及水箱的出水口内部均设有网状过滤器44。
42.如图3和4所示，成型单元8是铺粉装置的主体，位于工作区内部，包括基板81、成型腔壁82、固定螺母83和丝杠84；
43.四个成型腔壁82安装在基板81的四周与基板81一起形成半封闭腔室，半封闭腔室内铺设打印粉末床，四个成型腔壁82放置在工作区4底部的成型室内；基板81的上方依次设置有辊轮5和储粉单元7，基板81的下表面开设有丝杠盲孔，基板81的下表面固定安装有固定螺母83，丝杠84的一端穿过固定螺母83后伸入丝杠盲孔内与固定螺母83和丝杠盲孔螺纹配合，使得通过绕着丝杠84旋转基板81来调节半封闭腔室的深度。
44.如图5、图8和9所示，每个移动组件6结构相同，均包括移动基体62、同步带64、带轮61和滑块；
45.移动基体62固定安装在工作区4的内侧面上，移动基体62的两个端部分别固定安
装有一个带轮61，两个带轮61之间套装有同步带64，同步带64上固定安装有滑块，滑块的底部设置有滚珠，滚珠在移动基体62上滑动，减少移动阻力，滑块直接与辊轮5连接或者通过连接杆65与储粉单元7连接。
46.与辊轮5直接连接的第一滑块66中部设置有内孔，辊轮5的端部伸入内孔后安装在第一滑块66上；通过连接杆65与储粉单元7连接的第二滑块63中部设置有凸台，连接杆65的一端与储粉单元7的储粉盒71外侧面对应的储粉滑块凸台连接，连接杆65的另一端套装在第二滑块63中部的凸台上。
47.如图2所示，储粉单元7包括储粉盒71、卷粉轴72、第一齿轮73、第二齿轮74和调整杆75；
48.储粉盒71呈上大下小且底部具有狭缝开口的漏斗形，储粉盒71的顶部为设置有储粉盒盖，用于盛装预加工粉末；储粉盒71的内外表面光滑，储粉盒71的四个转角连接处均设置为波浪式驼峰结构。储粉盒71的两个外侧面设置有第一齿轮73和调整杆75，第一齿轮73和调整杆75的一端形成齿轮调整杆副，储粉盒71的底部开口，储粉盒71底部的上方设置有卷粉轴72，卷粉轴72表面设置有网状凹槽，来回搅动防止粉末遇水固结于储粉盒内，无法下落铺设。储粉盒71的两个外侧面开有活动槽，卷粉轴72的两端穿过两侧的活动槽后与对应的调整杆75的另一端连接，使得卷粉轴72活动安装在储粉盒71上，卷粉轴72通过调整杆75沿着活动槽调整高度，调整卷粉轴72的开口大小，改变落粉速度。卷粉轴72的两端还分别同轴固定套装有第二齿轮74，每个第二齿轮74与外接电机同轴连接，通过外接电机的驱动，带动卷粉轴72的转动；储粉盒71的两个外侧面设置有多个上下间隔布置的储粉滑块凸台，一个外侧面的储粉滑块凸台的个数与工作区4的一个内侧面的移动组件6个数相同，多个储粉滑块凸台分别与多个移动组件6连接，同一个内侧面的多个移动组件6的滑块处于错位状态，即不是上下竖直设置，使得储粉盒在移动的过程中保持倾斜状态，能很好减小水下移动阻力。
49.如图7所示，调整杆75具体为：
50.调整杆75的一端设置有安装孔，卷粉轴72的端部安装在安装孔中，调整杆75的另一端设置有齿条，齿条与第一齿轮73形成齿轮调整杆副，调整杆75的两端之间开设有燕尾槽751，储粉盒71的两个外侧面均设置多个调整杆凸台，多个调整杆凸台在一条直线上间隔设置，多个调整杆凸台嵌装在燕尾槽751中，使得调整杆75在储粉盒71的外侧面上下滑动。
51.本发明进行铺粉的步骤如下：
52.1)根据加工需求，向储粉盒71内加入适量粉末，初始化装置，调整卷粉轴72位置，使辊轮单元和储粉单元分别位于成型单元两端，准备开始工作；
53.2)成型单元调整丝杠84位置，设定成型腔深度，调整储粉盒71呈45度倾斜角度，移动组件6带动储粉单元来回移动，根据引起水流扰动情况，适时调整移动组件运动速度，铺设所需粉末层；
54.3)经粉末层铺设完成后，辊轮单元通过移动组件6带动，来回移动压实刚铺设的疏松粉末层，完成粉末的预成型过程；
55.4)浸没式粉末床已铺设完成，完成后续对粉末床的进一步加工，如激光烧结成型、粘结剂喷射打印等，直至完成零件的加工过程；
56.5)工作完成后，对整个装置进行清洗，污水通过隔板下部长狭缝流入工作区4水
室，最后经排污口43排出，完成整个装置清洁工作。
57.最后值得重申的是，说明书中描述的只是本发明的优选例，基于本发明的思路还可设计多种铺粉设备。例如，可以通过添加出粉口盖，有选择性的改变需要出粉的区域，适应各种尺寸宽度的粉末床要求；采用不同形状的储粉盒71进行盛粉，利用流线型储粉盒71表面特征，减小移动水流扰动；此外，亦可对卷粉轴72表面凹槽进行改进，使粉末更容易均匀落下，采用双卷粉轴结构提高铺粉效率。
58.本行业的技术人员应该了解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。