本發(fā)明涉及3D打印設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置及方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)即快速成形制造技術(shù)的一種，是直接根據(jù)產(chǎn)品的三維實體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理后，將三維實體模型轉(zhuǎn)化為許多平面模型的疊加，最后由計算機控制將產(chǎn)品逐層打印出來。特別是使用電子束，將金屬粉末一層一層的熔化生成致密零件的電子束熔融(EBM)技術(shù)具有能量利用率高、加工速度快、運行成本低、高真空保護等優(yōu)點，已成為高性能復(fù)雜粉末冶金件的理想快速制造技術(shù)。電子束熔融(EBM)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)之一就是致密度，而鋪粉過程中粉末顆粒間的緊實度、均勻性以及每個鋪粉層之間的結(jié)合緊實度對于最終產(chǎn)品的致密度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

現(xiàn)有EBM設(shè)備中鋪粉結(jié)構(gòu)過于單一，單純通過刮板的直線運動帶動粉末鋪滿工作基板。但對于粉末而言，只有水平面的力使其布滿于工作基板，沒有豎直方向的力使得粉末顆粒與粉末顆粒間的間距減小，即提高粉末顆粒間緊實度。以及對于每個鋪粉層而言，現(xiàn)有只使用刮板鋪粉的方法并不能在豎直方向上促使鋪粉層與鋪粉層之間的結(jié)合更加緊實。且單純使用刮板的傳統(tǒng)方法，由于刮板材質(zhì)的選擇以及外形的設(shè)計，無法確保在工作基板上所鋪金屬粉末顆粒的均勻性和一致性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置及方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置，包括成型室及設(shè)置在其內(nèi)用于選區(qū)熔化粉末的電子束發(fā)生器、鋪粉工作臺6及其鋪粉機構(gòu)；所述粉末離心供給、振動緊實裝置包括：設(shè)置在成型室內(nèi)的離心鋪粉器3、為離心鋪粉器3輸送粉末的給粉機構(gòu)、設(shè)置在鋪粉工作臺6中下方的可升降的三維振動成型平臺7；

所述給粉機構(gòu)包括儲粉室1、設(shè)置在儲粉室1出粉口103下方的送粉帶2；送粉帶2用于將儲粉室1內(nèi)的粉末輸送至離心鋪粉器3；儲粉室1不設(shè)底板。

所述離心鋪粉器3整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域上方平面移動的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴大，上端開口為粉末接收口301，下端開口為灑粉口303，灑粉口303安裝有篩網(wǎng)304，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域。

所述送粉帶2的外表面間隔分布有用于收集粉末的送粉擋板202，送粉帶2由兩個主動輪203驅(qū)動；

當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運送至送粉帶2的出口端時，粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3，在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域，在三維振動成型平臺7的振動作用下使粉末緊實，再由鋪粉機構(gòu)的剛性鋪粉刷5將緊實后的粉末按所需層厚刮平整。

所述離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)動力，來自于與中部筒體302通過齒輪嚙合傳動的齒輪驅(qū)動機構(gòu)305。

所述三維振動成型平臺7包括工作基板701、底板705和偏心振動電機704；工作基板701與底板705之間通過支撐桿固定；

該偏心振動電機704分為兩組，每組兩個，并分別固定在工作基板701的下方，這兩組偏心振動電機704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直；當(dāng)偏心振動電機704轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動工作基板701在空間三維方向上的振動，進而通過振動使粉末緊實。

所述工作基板701由兩塊基本構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，在夾層結(jié)構(gòu)的邊緣安裝有緩沖墊702；所述支撐桿的中部增設(shè)有橡膠墊703；所述底板705固定在升降臺8上，由升降臺8驅(qū)動三維振動成型平臺7上下運動。

所述剛性鋪粉刷5裝在直線導(dǎo)軌4上，直線導(dǎo)軌4安裝在成型室內(nèi)側(cè)壁上，由鋪粉機構(gòu)驅(qū)動其往復(fù)直線運動。

所述鋪粉工作臺6兩端的下方，分別設(shè)有一帶有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部連通鋪粉工作臺6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收剛性鋪粉刷5鋪粉作業(yè)時剩余的粉末。

所述篩網(wǎng)304與離心鋪粉器3的灑粉口303為可拆卸式連接。

所述儲粉室1的內(nèi)壁設(shè)有用于對粉末進行加熱的電加熱器102。

一種3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置的運行方法，包括如下步驟：

步驟一：啟動儲粉室1內(nèi)的電加熱器102，對粉末進行加熱；

步驟二：鋪粉作業(yè)開始時，主動輪203驅(qū)動送粉帶2運行；通過主動輪203的轉(zhuǎn)速以控制單次送粉量；

步驟三：當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運送至送粉帶2的出口端時，送粉擋板202往下傾斜，直至粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3；

步驟四：在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域；與此同時，三維振動成型平臺7的兩組偏心振動電機704開始轉(zhuǎn)動，由于這兩組偏心振動電機704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直，當(dāng)它們同時轉(zhuǎn)動時，在偏心輪的作用下，使工作基板701在空間三維方向上振動，通過振動使粉末緊實；隨后鋪粉機構(gòu)驅(qū)動直線導(dǎo)軌4上的剛性鋪粉刷5從鋪粉工作臺6的一端水平運動至鋪粉工作臺6的另一端，進而將振動緊實后的粉末按所需層厚刮平整，完成一次刮粉；接著由電子束發(fā)生器發(fā)生電子束在工作基板701的工件成型區(qū)域，按照加工零件的剖平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對粉末的熔化，完成一個加工層的打?。?/p>

步驟五：完成一個加工層的打印后，升降臺8驅(qū)動三維振動成型平臺7下降一個粉層厚度，接著繼續(xù)重復(fù)步驟四；如此循環(huán)，直至完成所有加工層的打印。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明采用送粉帶與儲粉室相結(jié)合，有效地提高了送粉及生產(chǎn)效率；通過調(diào)整送粉擋板的間距，可調(diào)節(jié)單位送粉量，通過控制主動輪的轉(zhuǎn)速可間接控制單次送粉量，操作簡單、易于實現(xiàn)自動化。

本發(fā)明采用離心鋪粉器3通過離心原理灑粉，其整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動成型平臺的工件成型區(qū)域上方平面移動的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴大，上端開口為粉末接收口，下端開口為灑粉口，灑粉口安裝有篩網(wǎng)，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動成型平臺的工件成型區(qū)域；這種離心灑粉方式，能夠使所鋪金屬粉末更為均勻、一致，提高成型件的致密度和表面粗糙度，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

本發(fā)明采用了可升降的三維振動成型平臺7，解決了現(xiàn)有成型缸僅能升降的單一缺陷；通過偏心振動電機的振動，使得落在工作基板上的金屬粉末顆粒間間距減小，大大提高了鋪粉層的粉末致密度，進而大大提高了成型件的精度、致密度和表面粗糙度。

本發(fā)明技術(shù)手段簡便易行，克服了傳統(tǒng)鋪粉工藝的同時，通過三維振動方式，大大提高了粉末顆粒間的緊實度、均勻性以及每個粉層之間的結(jié)合緊實度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1離心鋪粉器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1三維振動成型平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。

實施例

如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置，包括成型室及設(shè)置在其內(nèi)用于選區(qū)熔化粉末的電子束發(fā)生器、鋪粉工作臺6及其鋪粉機構(gòu)；所述粉末離心供給、振動緊實裝置包括：設(shè)置在成型室內(nèi)的離心鋪粉器3、為離心鋪粉器3輸送粉末的給粉機構(gòu)、設(shè)置在鋪粉工作臺6中下方的可升降的三維振動成型平臺7；

所述給粉機構(gòu)包括儲粉室1、設(shè)置在儲粉室1出粉口103下方的送粉帶2；送粉帶2用于將儲粉室1內(nèi)的粉末輸送至離心鋪粉器3；

所述離心鋪粉器3整體呈可旋轉(zhuǎn)且可在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域上方平面移動的筒狀結(jié)構(gòu)，其上下兩端開口逐漸擴大，上端開口為粉末接收口301，下端開口為灑粉口303，灑粉口303安裝有篩網(wǎng)304，用于將接收的粉末鋪灑至三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域。篩網(wǎng)304的目數(shù)可根據(jù)實際應(yīng)用中粉末顆粒的粒徑確定。

所述送粉帶2的外表面間隔分布有用于收集粉末的送粉擋板202，送粉帶2由兩個主動輪203驅(qū)動；

當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運送至送粉帶2的出口端時，粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3，在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域，在三維振動成型平臺7的振動作用下使粉末緊實，再由鋪粉機構(gòu)的剛性鋪粉刷5將緊實后的粉末按所需層厚刮平整。

所述離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)動力，來自于與中部筒體302通過齒輪嚙合傳動的齒輪驅(qū)動機構(gòu)305。

所述三維振動成型平臺7包括工作基板701、底板705和偏心振動電機704；工作基板701與底板705之間通過支撐桿固定；

該偏心振動電機704分為兩組，每組兩個，并分別固定在工作基板701的下方，這兩組偏心振動電機704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直；當(dāng)然，根據(jù)實際需要，該偏心振動電機704的臺數(shù)也可相應(yīng)進行調(diào)整。

當(dāng)偏心振動電機704轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動工作基板701在空間三維方向上的振動，進而通過振動使粉末緊實、均勻，大大提高了最終產(chǎn)品的加工精度及產(chǎn)品本身的致密度。

所述工作基板701由兩塊基本構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，在夾層結(jié)構(gòu)的邊緣安裝有緩沖墊702；所述支撐桿的中部增設(shè)有橡膠墊703；所述底板705固定在升降臺8上，由升降臺8驅(qū)動三維振動成型平臺7上下運動。

所述剛性鋪粉刷5裝在直線導(dǎo)軌4上，直線導(dǎo)軌4安裝在成型室內(nèi)側(cè)壁上，由鋪粉機構(gòu)驅(qū)動其往復(fù)直線運動。

所述鋪粉工作臺6兩端的下方，分別設(shè)有一帶有粉末回收管10的粉末回收室11，粉末回收管10的上部連通鋪粉工作臺6上的粉末回收口9；粉末回收室11用于回收剛性鋪粉刷5鋪粉作業(yè)時剩余的粉末。

所述篩網(wǎng)304與離心鋪粉器3的灑粉口303為可拆卸式連接。

所述儲粉室1的內(nèi)壁設(shè)有用于對粉末進行加熱的電加熱器102。

本發(fā)明3D打印的粉末離心供給、振動緊實裝置的運行方法，可通過如下步驟實現(xiàn)：

步驟一：啟動儲粉室1內(nèi)的電加熱器102，對(金屬)粉末進行加熱；

步驟二：鋪粉作業(yè)開始時，主動輪203驅(qū)動送粉帶2運行；通過主動輪203的轉(zhuǎn)速以控制單次送粉量；由于送粉擋板202的高度正好與儲粉室1的出粉口103無縫隙接合，所以可以保證在送粉過程中粉末不泄露。

步驟三：當(dāng)送粉擋板202攜帶的粉末運送至送粉帶2的出口端時，送粉擋板202往下傾斜，直至粉末在重力作用下跌落至離心鋪粉器3；

步驟四：在離心鋪粉器3的旋轉(zhuǎn)離心力作用下，粉末由篩網(wǎng)304鋪灑在三維振動成型平臺7的工件成型區(qū)域；與此同時，三維振動成型平臺7的兩組偏心振動電機704開始轉(zhuǎn)動，由于這兩組偏心振動電機704轉(zhuǎn)軸的軸線方向相互垂直，當(dāng)它們同時轉(zhuǎn)動時，在偏心輪的作用下，使工作基板701在空間三維方向上振動，通過振動使粉末緊實；隨后鋪粉機構(gòu)驅(qū)動直線導(dǎo)軌4上的剛性鋪粉刷5從鋪粉工作臺6的一端水平運動至鋪粉工作臺6的另一端，進而將振動緊實后的粉末按所需層厚刮平整，完成一次刮粉；接著由電子束發(fā)生器發(fā)生電子束在工作基板701的工件成型區(qū)域，按照加工零件的剖平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對粉末的熔化，完成一個加工層的打??；

步驟五：完成一個加工層的打印后，升降臺8驅(qū)動三維振動成型平臺7下降一個粉層厚度，接著繼續(xù)重復(fù)步驟四；如此循環(huán)，直至完成所有加工層的打印。

升降臺8可通過伺服電機精確控制升降；初始狀態(tài)，工作基板701的高度與鋪粉工作臺6齊平。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。