一种铺粉装置以及增材制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种铺粉装置以及增材制造装置。
【背景技术】
[0002]增材制造技术(3D打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来构建实体零件的制造技术。粉床式增材制造是增材制造技术路线的一种，其基本的工艺步骤如下: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，高能量密度的射线束(激光或电子束)在粉末层上扫描实体零件的一个截面；之后，工作平台下降一个粉末层厚度的距离，在工作平台上铺一层新的粉末，射线扫描实体零件的下一个截面；重复以上步骤，直至该实体零件制造完成。
[0003]现有的粉床式增材制造设备大部分只能利用一种粉末材料制造成分单一的零件，当需要两种或两种以上不同的粉末材料制造非单一成分的零件时，上述设备并不适用。
[0004]而且现有的粉床式增材制造设备的铺粉装置，其用于铺粉的刮刀与铺粉平台之间的间隙固定、不可调节，在刮刀进行铺粉时，部分粉末颗粒从刮刀与铺粉平台之间的间隙漏出，遗漏在铺粉平台上。而对于采用多种粉末材料配比进行增材制造的要求来说，遗漏在铺粉平台上的粉末材料会混入下一层的粉末材料，导致下一层的粉末材料配比出现较大偏差，导致最终的实体零件达不到制造要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种铺粉装置，其刮刀下端与铺粉平台之间的间隙可调整，能够减少遗漏在铺粉平台上的上一层粉末材料，避免对下一层的粉末材料的配比造成影响。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种增材制造装置，采用上述的铺粉装置，能够对每一层的粉末材料的配比进行指定，可制造出具有多种材料成分的实体零件。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]—种铺粉装置，包括:
[0009]铺粉平台，放置待铺设的粉末材料；
[0010]刮刀，设于铺粉平台的上方，铺设所述粉末材料；
[0011]升降机构，其固接所述刮刀，并带动刮刀沿竖直方向升降；
[0012]水平移动机构，连接所述升降机构，并带动升降机构沿水平方向移动；
[0013]控制器，分别连接于升降机构以及水平移动机构。
[0014]作为优选，所述升降机构包括竖直轨道，滑动设置在竖直轨道上的滑块，输出端固接于滑块并驱动滑块滑动的超声电机，所述超声电机连接于所述控制器，刮刀固设在所述滑块上。
[0015]作为优选，所述水平移动机构包括水平轨道以及驱动电机，所述竖直轨道滑动套设在水平轨道上，所述驱动电机连接有传动件，竖直轨道的一端连接于所述传动件，所述驱动电机通过所述传动件驱动竖直轨道沿水平轨道滑动。
[0016]作为优选，所述传动件包括齿轮-齿条传动结构或螺杆连接结构或者同步带。
[0017]作为优选的技术方案，所述刮刀包括若干重叠设置且呈梳子状的钢片，且所述钢片倾斜设置。
[0018]作为优选，相邻两个所述钢片之间其中一个钢片的梳齿挡设于另外一个钢片的梳齿缝隙处。
[0019]本发明的上述铺粉装置通过设置升降机构，使得刮刀能够相对于铺粉平台上下移动，进而调整刮刀下端与铺粉平台之间的间隙，减少遗漏在铺粉平台上的上一层粉末材料，避免对下一层的粉末材料的配比造成影响；通过设置水平移动机构，在刮刀将粉末材料铺设完成后，能够将升降机构连同刮刀反向移动至原位，以待下一次的铺粉，避免刮刀与铺设好的粉末材料(简称为粉床)发生接触，造成粉床破损，影响后续的增材制造。
[0020]本发明还提供一种增材制造装置，包括上述的铺粉装置。
[0021]进一步的，本发明的增材制造装置还包括:
[0022]成形室，所述铺粉装置位于成形室内；
[0023]至少两个粉箱，分别放置相同/不同成分的所述粉末材料；
[0024]粉末接收盒，可移动的设于粉箱的下方，接收并混合粉箱输送的粉末材料，并将混合后的粉末材料放置在所述铺粉装置的铺粉平台上；
[0025]成形缸，设置在成形室内，其包括缸体以及设于缸体内且上下移动的活塞，所述缸体上端面平齐且密闭的连接于所述铺粉平台，所述铺粉装置将铺粉平台上的粉末材料平铺在所述活塞顶部；
[0026]射线发生装置，设置在成形室的顶部，且位于成形缸的上方。
[0027]作为优选，所述粉末接收盒上设有称重传感器。
[0028]作为优选，所述射线发生装置产生的射线为激光或者电子束，所述射线为电子束时，所述成形室为真空状态。
[0029]本发明的上述增材制造装置，通过设置上述铺粉装置，能够对每一层的粉末材料的配比进行指定，制造出具有多种材料成分的实体零件。
【附图说明】
[0030]图1是本发明铺粉装置的结构示意图；
[0031]图2是本发明增材制造装置的结构示意图；
[0032]图3是本发明增材制造装置铺粉装置与成形缸配合使用示意图；
[0033]图4-7是本发明铺粉装置完成一次铺粉过程的状态示意图。
[0034]图中:
[0035]1、铺粉装置；2、成形室；3、粉箱；4、粉末接收盒；5、成形缸；6、射线发生装置；11、铺粉平台；12、刮刀；13、升降机构；14、水平移动机构；51、缸体；52、活塞；131、竖直轨道；132、滑块;141、水平轨道;101、粉末薄层;102、物体层。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0037]需要说明的是:在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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。
[0038]具体的，本发明提供一种铺粉装置，如图1，该铺粉装置包括铺粉平台11、刮刀12、升降机构13、水平移动机构14，其中:
[0039]铺粉平台11，用于放置待铺设的粉末材料，铺粉平台11可以是平板，也可以是其他具有水平工作面的平台结构，只需保证工作面具有足够小的平整度即可。
[0040]刮刀12，位于铺粉平台11的上方，用于铺设铺粉平台11上的粉末材料；具体的，刮刀12包括若干重叠设置且呈梳子状的钢片，且上述钢片倾斜设置。将钢片设置为梳子状结构，其上的梳齿可以承受一定的变形。而将钢片倾斜设置，是因为在粉末材料熔化后经常会有聚球、凸起现象，其高于铺粉平面，刮刀12在铺粉时其钢片需要刮过聚球、凸起，此时钢片容易产生变形。而将钢片倾斜设置，可以减小钢片变形时的应力，避免钢片永久变形和损坏，提尚钢片的使用寿命。
[0041]本实施例中，优选的将相邻的两个钢片错开一定距离设置，且使其中一个钢片的梳齿挡设于另外一个钢片的梳齿缝隙处，进而在进行铺设粉末材料时，能够确保粉末材料不会从钢片的梳齿缝隙处漏出并大量遗留在铺粉平台11上。
[0042]本实施例中，钢片与铺粉平台11的倾斜角度可设置为锐角，优选的在50-80度之间，进而能够保证钢片的梳齿在铺粉时的阻力较小，便于铺设粉末材料，同时也能够防止梳齿遇到障碍物时，应力过于集中产生形变或者损坏。
[0043]升降机构13，用于带动刮刀12升降，具体的，刮刀12固设在升降机构13上，并由其带动沿竖直方向升降，以调节刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙；
[0044]具体的，升降机构13包括竖直轨道131，在竖直轨道131上滑动设置有滑块132，刮刀12固设在滑块132上，且滑块132下端到铺粉平台11之间的距离大于刮刀12下端到铺粉平台11之间的距离，该滑块132连接有超声电机(图中未示出)，即超声电机的输出端固定连接滑块132，并可驱动滑块132沿竖直轨道131滑动，本实施例中，超声电机可直接选用直线超声电机，带动滑块132进行上下移动，刮刀12随滑块132的移动一起移动，实现了刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙的调整。当然本实施例并非仅限于超声电机作为升降机构13的驱动源，也可以采用伺服电机或步进电机带动齿轮-齿条传动结构或者螺杆连接结构或者同步带的方式来带动刮刀12上下移动，但是需要说明的是，在进行刮刀12上下移动时，需要具有足够的微调量，因为在进行刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙调整时，刮刀12上下移动量很小，具体调整量级应该在微米层次，因此，需要选用分辨率较高的伺服电机或者步进电机。本实施例中优选采用超声电机。
[0045]在进行铺粉时，粉末颗粒不可避免的会从刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙中漏出，遗漏在铺粉平台11上。而对于每层采用不同成分的粉末材料的实体零件的制造来说，遗漏的粉末材料会混入下一层的粉末材料，造成下一层的粉末材料配比与预设值之间出现较大偏差。此时，可通过超声电机驱动滑块132在竖直轨道131上轻微的上下移动，使随动的刮刀12调整到最佳位置，进而保证从刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙中漏出的粉末材料最少。在本实施例中，一般规律是:粉末材料粒径越大，刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙越大，两者之间的接触应当越“松”;粉末材料粒径越小，刮刀12下端与铺粉平台11之间的间隙越小，两者之间的接触应当越“紧”。
[0046]本实施例的升降机构13还用于刮刀12铺粉后的归位，具体的，在刮刀12完成铺粉后，需要将其返回原位，以进行下一层的铺粉。在返回时，由于刮刀12为倾斜状态且与粉床表面接触，在反向运动时，如果直接水平返回，刮刀12的梳齿容易卡在粉床的凸起处，造成粉床大面积变形而损坏，因此需要将刮刀12通过升降机构13上升一定距离，避免刮刀12与铺设好的粉床表面接触。
[0047]而且，刮刀12反向运动时，其不承担铺粉任务，将刮刀12抬起也有利于其快速返回，节省时间。
[0048]本实施例刮刀12的归位以及铺粉是通过水平移动机构14实现的，具体的，该水平移动机构14，包括水平轨道141以及驱动电机(图中未示出)，升降机构13的竖直轨道131滑动套设在水平轨道141上，驱动电机连接有传动件，竖直轨道131的一端连接于传动件，驱动电机通过传动件驱动竖直轨道131沿水平轨道141滑动。当刮刀12进行铺粉时，驱动电机驱动竖直轨道131沿水平轨道141向铺粉方向移动，当刮刀12铺粉完成