本發(fā)明涉及一種刮粉機(jī)構(gòu)、鋪粉裝置及3d打印裝置，屬于增材制造設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以三維模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用金屬粉末或者塑料等可粘合材料，通過逐層掃描，層層堆垛的方式來構(gòu)造出立體三維零件的技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了cad/cam、光學(xué)、數(shù)控及材料科學(xué)等各類學(xué)科，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在珠寶、醫(yī)療、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、航空航天、汽車、教育等都有應(yīng)用前景。

選區(qū)激光熔化（slm）、選擇性激光燒結(jié)（sls）等方法都是使用粉末原料，通過將粉末原料粘接、熔融燒結(jié)等方法制備成產(chǎn)品。但其在實(shí)際加工工程中仍存在致密度不夠、尺寸精度低、表面質(zhì)量差等問題。鋪粉裝置是3d打印設(shè)備中重要的組成部分，其鋪粉的穩(wěn)定性和可靠性對成型零件的精度和質(zhì)量都有著重要的影響。通過改善鋪粉刮刀的結(jié)構(gòu)和鋪粉方式，保證粉層的水平度、均勻度和密實(shí)度，可有效保證成形零件的最終質(zhì)量。

現(xiàn)有的鋪粉裝置是單純利用刀片式的薄刮刀進(jìn)行鋪粉，刮刀制造材料因?yàn)榇蛴》勰┑牟煌煌胁讳P鋼、高速鋼、陶瓷、塑膠和炭纖維（毛刷刮刀）等。這種鋪粉方式可有效將粉末按照預(yù)設(shè)的粉層厚度均勻的鋪展在打印平臺上。但這類鋪粉方式的粉層是自由滾動(dòng)向前鋪展，粉末始終處于松散狀態(tài)，顆粒間存在較多的間隙，在激光照射熔化后，間隙間的氣體容易因?yàn)槔鋮s速度較快溢散不出而在零件內(nèi)部形成氣孔，極大影響了零件打印后的質(zhì)量。

現(xiàn)有常用的刮刀結(jié)構(gòu)及刮粉方式如圖1和圖2所示，現(xiàn)有刮刀材質(zhì)一般為不銹鋼、高速鋼、陶瓷或者橡膠，表面非常光滑，對粉末不具吸附作用，可利用3d打印成型艙內(nèi)兩側(cè)導(dǎo)軌加同步帶輪或絲桿驅(qū)動(dòng)刮刀，將前進(jìn)方向上的粉末按照預(yù)設(shè)的粉層厚度均勻鋪展。但是這種現(xiàn)有刮刀7的鋪粉方式粉層是自由滾動(dòng)向前鋪展，將粉末鋪展于工作臺面6上，粉末始終處于松散狀態(tài)，顆粒間存在較多的間隙，在激光照射熔化后，間隙間的氣體容易因?yàn)槔鋮s速度較快溢散不出而在零件內(nèi)部形成氣孔，極大影響了零件打印后的質(zhì)量。

現(xiàn)有技術(shù)中，另一種鋪粉方式是通過具有高度差的滾筒的壓實(shí)來實(shí)現(xiàn)粉末的鋪實(shí)，前一大滾筒10對未鋪展的粉末9實(shí)現(xiàn)初步的粗鋪，后一小滾筒8對鋪粉面進(jìn)一步壓實(shí)，以進(jìn)一步提高粉末的平整度。前一鋪平裝置采用滾筒，滾筒粗鋪的刮粉效果不如刮刀平整，且容易導(dǎo)致粉末從滾筒的上方漏至已經(jīng)鋪粉的平面。而后一滾筒的旋轉(zhuǎn)方向與鋪粉方向相同，由于鋪粉輥與粉末間的摩擦容易在切離面產(chǎn)生剪切力，造成粉末層的移動(dòng)，影響已經(jīng)鋪好的粉末層。

因此，為了提高鋪粉過程粉末的緊實(shí)程度，減少粉末間隙，本發(fā)明對在傳統(tǒng)刮刀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種刮粉機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有刮刀鋪粉后粉體顆粒間間隙較大的問題，提高鋪粉層的密實(shí)度；另外，本發(fā)明還提供一種鋪粉裝置及3d打印裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種刮粉機(jī)構(gòu)，包括刮刀，還包括與刮刀長度方向平行的鋪粉輥，所述鋪粉輥的最低限位不高于刮刀的最低限位；還包括用于驅(qū)動(dòng)鋪粉輥轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；當(dāng)所述刮粉機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，所述鋪粉輥頂部的線速度方向與刮刀的前進(jìn)方向相反。

本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制鋪粉輥相對刮刀的前進(jìn)方向逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，即運(yùn)行時(shí)，鋪粉輥頂部的線速度方向與刮刀前進(jìn)方向相反，鋪粉輥底部的線速度方向與刮刀前進(jìn)方向相同。相對順轉(zhuǎn)而言，逆向轉(zhuǎn)動(dòng)擁有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）逆向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋪粉輥?zhàn)铋_始接觸粉末的點(diǎn)為已經(jīng)鋪好了的粉末層，從隨意堆積的粉末（經(jīng)刮刀粗鋪后的粉末）中切離，粉末體中的空氣受到擠壓向前面松散的粉末體中溢出，不會影響已經(jīng)鋪好的粉末顆粒的狀態(tài)，從而得到密實(shí)且厚度均一的粉層；2）由于鋪粉輥與粉末間的摩擦容易在切離面產(chǎn)生剪切力，造成粉末層的移動(dòng)，而逆向轉(zhuǎn)動(dòng)可保證粉層的移動(dòng)面在鋪粉輥的前端，不會影響已經(jīng)鋪好的粉末層。

進(jìn)一步地，所述鋪粉輥的最低限位比刮刀的最低限位低0.1~0.5mm。

進(jìn)一步地，所述鋪粉輥表面的光潔度不低于0.025μm。

優(yōu)選地，所述鋪粉輥與刮刀的相對位置可以調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述的鋪粉輥表面基本不沾粘有粉末。

進(jìn)一步地，所述鋪粉輥上設(shè)有用于將清除鋪粉輥上的粉末的除粉機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述鋪粉輥可選用不銹鋼、高速鋼、陶瓷等材料中的一種或多種制造而成。

優(yōu)選的，所述鋪粉輥固定在刮刀上，或者鋪粉輥固定在其他機(jī)構(gòu)上使得鋪粉輥與刮刀平行，且鋪粉輥的下端（最低限位）低于刮刀的下端（最低限位）。

進(jìn)一步地，還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與鋪粉輥通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鋪粉輥連接或者直接與鋪粉輥連接，優(yōu)選地，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可為齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等中的一種或多種，優(yōu)選地，保證鋪粉輥的轉(zhuǎn)動(dòng)是持續(xù)均勻的。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為小型電機(jī)。

進(jìn)一步地，所述刮刀的底部設(shè)有曲率半徑大于鋪粉輥半徑的弧形腔，所述鋪粉輥安裝于該弧形腔內(nèi)。

作為本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述鋪粉輥設(shè)置于刮刀的背面（即刮粉機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，刮刀上遠(yuǎn)離刮刀前進(jìn)方向的一面）。

本發(fā)明還提供一種鋪粉方法，使用如上所述的刮粉機(jī)構(gòu)進(jìn)行鋪粉，其中，優(yōu)選的，鋪粉輥的轉(zhuǎn)速w與刮刀的移動(dòng)速度v之間的關(guān)系滿足：v≤n?2πrw，其中，n為正數(shù)，優(yōu)選地，1<n<2。

采用該鋪粉方法，可以保證鋪粉輥與粉層之間均是以滾動(dòng)摩擦的形式進(jìn)行鋪粉，避免滑動(dòng)摩擦的產(chǎn)生，同時(shí)，避免因鋪粉輥轉(zhuǎn)速太快而造成揚(yáng)塵現(xiàn)象。

本發(fā)明還提供一種鋪粉裝置，包括如上所述的刮粉機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種3d打印設(shè)備，包括如上所述的鋪粉裝置。

本發(fā)明針對傳統(tǒng)刮刀鋪粉松散，粉層顆粒間間隙較多，容易在零件內(nèi)部形成氣孔等問題，增加了一個(gè)利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向前轉(zhuǎn)動(dòng)來壓實(shí)粉末的鋪粉輥結(jié)構(gòu)，從而大大增加了粉層的密實(shí)程度，減少粉末顆粒間隙，同時(shí)保證粉層厚度的均一性，對提高最終打印零件的質(zhì)量具有較大的幫助，通過控制滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，獲得更好的技術(shù)效果。

附圖說明

圖1為一種現(xiàn)有刮粉機(jī)構(gòu)的正視圖；

圖2是現(xiàn)有刮粉機(jī)構(gòu)的鋪粉過程示意圖；

圖3是另一種現(xiàn)有刮粉機(jī)構(gòu)的鋪粉過程示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種刮粉機(jī)構(gòu)的正視圖；

圖5是本發(fā)明的一種刮粉機(jī)構(gòu)的后視圖；

圖6為鋪粉輥斜面自鎖現(xiàn)象；

圖7為本發(fā)明的另一種刮粉機(jī)構(gòu)的正視圖；

圖8為本發(fā)明的另一種刮粉機(jī)構(gòu)的后視圖；

圖9為本發(fā)明的一種刮粉機(jī)構(gòu)的鋪粉過程示意圖。

具體實(shí)施方式

一種刮粉機(jī)構(gòu)，包括刮刀1，所述刮刀1上固定有與刮刀長度方向平行的鋪粉輥2，所述鋪粉輥2的最低限位不高于刮刀1的最低限位；還包括用于驅(qū)動(dòng)鋪粉輥2轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3；當(dāng)所述刮粉機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，所述鋪粉輥2頂部的線速度方向與刮刀1的前進(jìn)方向相反。

其中，鋪粉輥2的最低限位比刮刀1的最低限位低0.1~0.5mm。進(jìn)一步地，鋪粉輥的最低限位與刮刀本體的最低限位之間的尺寸差不宜過大，避免因堆壓的粉末過多而造成鋪粉輥的斜面自鎖現(xiàn)象（如圖6所示，因作用于物體的主動(dòng)力的合力的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個(gè)力怎樣大，總有一個(gè)全反力與之平衡，物體保持靜止的現(xiàn)象），影響刮刀前行。

優(yōu)選地，鋪粉輥2表面的光潔度不低于0.025μm。

所述鋪粉輥2上設(shè)有用于將清除鋪粉輥2上的粉末的除粉機(jī)構(gòu)。

該刮粉機(jī)構(gòu)還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3與鋪粉輥2通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4傳動(dòng)連接。

作為本發(fā)明的一種方案，刮刀1的底部設(shè)有曲率半徑大于鋪粉輥2半徑的弧形腔，所述鋪粉輥2安裝于該弧形腔內(nèi)（見圖4和圖5）。

本刮刀裝置工作原理如圖9所示，刮刀1在兩側(cè)導(dǎo)軌加同步帶輪或絲桿驅(qū)動(dòng)刮刀裝置往前推進(jìn)，刮刀1將粉末均勻松散地鋪在工作臺上，此時(shí)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鋪粉輥2對粉末進(jìn)行壓實(shí)，將松散的粉層變成緊實(shí)的粉層。

作為本發(fā)明的另一種方案，鋪粉輥2設(shè)置于刮刀1的背面（見圖7和圖8），具體地，鋪粉輥2通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4與刮刀主體相連，可達(dá)到同樣的效果。

鋪粉時(shí)，鋪粉輥2的轉(zhuǎn)速w與刮刀1的移動(dòng)速度v之間的關(guān)系滿足：v≤n?2πrw，其中，n為正數(shù)。

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

該刮粉機(jī)構(gòu)配置在eos設(shè)備m290中，刮刀將粉末從供粉倉頂層按照預(yù)設(shè)的粉層厚度向工作基臺推進(jìn)，同時(shí)小型電機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，在刮刀刮平粉末后，同時(shí)，鋪粉輥對刮平后的粉末實(shí)施壓實(shí)處理，最終到達(dá)粉末回收倉，刮刀上提，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并整體往回運(yùn)動(dòng)到起點(diǎn)。同時(shí)，供粉倉上移一個(gè)層厚，工作基臺下移一個(gè)層厚，刮刀下移后重復(fù)以上的過程，并最終打印出氣孔和缺陷少的高質(zhì)量零件。

實(shí)施例2

該刮粉機(jī)構(gòu)配置在renishaw設(shè)備am400中，粉末先從供粉倉內(nèi)落入鋪粉裝置，然后鋪粉裝置從后往前運(yùn)動(dòng)，刮刀將落入成形基板上的粉末進(jìn)行均勻鋪展，同時(shí)小型電機(jī)帶動(dòng)鋪粉輥對刮平后的粉末實(shí)施壓實(shí)處理，最終到達(dá)前端的粉末回收倉，鋪粉裝置上提，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并整體往回運(yùn)動(dòng)到起點(diǎn)。同時(shí)供粉倉再次向鋪粉裝置供入一定量的粉末，工作基臺下移一個(gè)層厚，鋪粉裝置下移后重復(fù)以上的過程，并最終打印出氣孔和缺陷少的高質(zhì)量零件。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。