[發明專利]一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設備及其鋪粉方法

在審

• 申請號: 201510835276.6
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN105562689A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 張瑞華;路超;屈岳波;尹燕;劉鵬宇;栗子林;許廣偉
• 申請（專利權）人: 陽江市五金刀剪產業技術研究院;蘭州理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/115
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明;何淑珍

技術領域

本發明屬于增材制造領域，更具體的說，尤其涉及一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設備及其鋪粉方法。

背景技術

增材制造（AdditiveManufacturing），俗稱3D打印，是指通過材料逐層增加的方式將數字化模型（3D模型）制造成三維實體的過程。與傳統的去除材料加工及變形加工相比，逐層加工的增材制造技術具有制造過程直接而無需工模具，不受結構復雜程度限制而為設計創新提供更自由的空間，材料利用率高，制造過程節能環保等諸多優勢突出，滿足了工業領域單件小批量制品、醫學領域定制化的植入體、文化創意展示品、個性化日用品及其他眾多領域物品制作日益發展的需求。

增材制造技術，尤其是粉末基增材制造技術，集成了高能束（激光或電子束）、機械、自動控制、精密傳動、材料科學與工程、化學、CAD/CAM等技術，從三維模型通過逐層掃描的模式直接制造最終產品，具有不受模型形狀限制、完全的冶金結合，致密度近乎100%。粉末基增材制造由于具有各種優勢而得到快速發展，現已應用到航空航天、軍工、汽車、醫療、文化創意、消費電子產品等領域。

粉末基增材制造（SLS/SLM/EBM/3DP）是復雜產品部件制造的重要方式，其優勢主要表現在：

（1）使用高功率的能量束如激光束、電子束等，對熔點高、難加工的金屬材料可直接加工成最終產品；

（2）制造的金屬零件具有冶金結合的特點，其致密度幾乎達到100%，性能超過傳統鑄造件，和鍛造件接近；

（3）采用分層實體制造技術，成型件不受幾何復雜度的影響，對任意復雜金屬零件可直接制造，適用于個性化定制及小批量生產；

（4）零件近凈成形，機加余量小，材料利用率高，粉末材料可回收利用；

（5）可用的材料來源廣泛，陶瓷材料、高分子材料、金屬材料，只要做出顆粒合適的粉末，均可用于粉末基增材制造；

（6）無模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生產成本低，適于新產品的開發。

現有的粉末基增材制造的鋪粉方式是：平行布置成型缸和送粉缸，采用單向鋪粉，燒結一層之后，成型缸下降一層燒結層厚度，供粉缸上升擠出一定量的粉末，鋪粉輥或刮板將供粉缸粉末平鋪到成型缸，然后開始燒結或熔融，待該層橫截面全部燒結后，再使成型缸下降一層燒結厚度，之后再供粉、鋪粉，循環往復此過程，最終完成零部件的增材制造。

現有粉末基增材制造鋪粉技術的缺點：（1）大多數都采用滾筒鋪粉、或者是刮板刮粉的方式，此鋪粉方式為單向鋪粉，效率低；（2）鋪粉輥將粉末材料鋪展到成型缸過程中，會在鋪粉輥前端造成大量粉末堆積，當堆積量太大時，粉末會溢滿到鋪粉輥后方，造成已鋪粉末的破壞，同時，由于摩擦的作用，粉末的堆積對已成型層也有不利影響；（3）采用刮板刮粉時，由于未對已鋪平粉末進行壓實，降低了粉末的密度，從而降低了成型件的致密度、提高了孔隙率；（4）現有鋪粉技術只能鋪一種粉末，不能實現多種粉末的鋪覆，對復合材料、多層材料無能為力。

發明內容

本發明的目的在于對現有的粉末基增材制造技術加以改進，以及對鋪粉過程中的問題加以解決，提供了一種全新的、高效的、高質量的雙向鋪粉的粉末基增材制造設備及其鋪粉方法。

本發明通過以下技術方案實現。

本發明是一種雙向鋪粉的粉末基增材制造設備，包括增材制造成型缸、粉末回收缸、自動鋪粉機構和自動送粉機構，所述增材制造成型缸下部連接有升降機構，左右兩側分別對稱布置有一個粉末回收缸，正上方設有對稱分布的左、右兩個自動送粉機構，左自動送粉機構和右自動送粉機構的出粉口分別對準增材制造成型缸的左邊緣內側和右邊緣內側，自動鋪粉機構通過設在左右走向的鋪粉輔助導軌上的可移動滑塊與鋪粉輔助導軌滑動連接，其能沿鋪粉輔助導軌來回滑動對落在增材制造成型缸上表面的粉末進行鋪粉及壓實。

優選的，自動送粉機構包括載粉器和定量送粉機構，兩者呈上下設置且連通，出粉口設在定量送粉機構底部。

優選的，上述載粉器內設置有預熱板，預熱板能對粉末進行預熱，定量送粉機構包括定量送粉齒輪、傳動軸、驅動電機三和保護殼，保護殼為上方設有與載粉器連通的進粉口、底部設有出粉口的封閉殼體，其具有圓形內壁面，定量送粉齒輪通過能帶其轉動的傳動軸安裝于保護殼內，傳動軸由驅動電機三驅動，定量送粉齒輪的齒頂與保護殼內壁圓周相切。

優選的，上述載粉器內設有粉末量檢測傳感器，用以對粉末量進行檢測，當粉末量低于某一值時，則會報警提示添加粉末。