[发明专利]一种双向铺粉的粉末基增材制造设备及其铺粉方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造领域，更具体的说，尤其涉及一种双向铺粉的粉末基增材制造设备及其铺粉方法。

背景技术

增材制造（AdditiveManufacturing），俗称3D打印，是指通过材料逐层增加的方式将数字化模型（3D模型）制造成三维实体的过程。与传统的去除材料加工及变形加工相比，逐层加工的增材制造技术具有制造过程直接而无需工模具，不受结构复杂程度限制而为设计创新提供更自由的空间，材料利用率高，制造过程节能环保等诸多优势突出，满足了工业领域单件小批量制品、医学领域定制化的植入体、文化创意展示品、个性化日用品及其他众多领域物品制作日益发展的需求。

增材制造技术，尤其是粉末基增材制造技术，集成了高能束（激光或电子束）、机械、自动控制、精密传动、材料科学与工程、化学、CAD/CAM等技术，从三维模型通过逐层扫描的模式直接制造最终产品，具有不受模型形状限制、完全的冶金结合，致密度近乎100%。粉末基增材制造由于具有各种优势而得到快速发展，现已应用到航空航天、军工、汽车、医疗、文化创意、消费电子产品等领域。

粉末基增材制造（SLS/SLM/EBM/3DP）是复杂产品部件制造的重要方式，其优势主要表现在：

（1）使用高功率的能量束如激光束、电子束等，对熔点高、难加工的金属材料可直接加工成最终产品；

（2）制造的金属零件具有冶金结合的特点，其致密度几乎达到100%，性能超过传统铸造件，和锻造件接近；

（3）采用分层实体制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂金属零件可直接制造，适用于个性化定制及小批量生产；

（4）零件近净成形，机加余量小，材料利用率高，粉末材料可回收利用；

（5）可用的材料来源广泛，陶瓷材料、高分子材料、金属材料，只要做出颗粒合适的粉末，均可用于粉末基增材制造；

（6）无模具快速自由成型，制造周期短，小批量零件生产成本低，适于新产品的开发。

现有的粉末基增材制造的铺粉方式是：平行布置成型缸和送粉缸，采用单向铺粉，烧结一层之后，成型缸下降一层烧结层厚度，供粉缸上升挤出一定量的粉末，铺粉辊或刮板将供粉缸粉末平铺到成型缸，然后开始烧结或熔融，待该层横截面全部烧结后，再使成型缸下降一层烧结厚度，之后再供粉、铺粉，循环往复此过程，最终完成零部件的增材制造。

现有粉末基增材制造铺粉技术的缺点：（1）大多数都采用滚筒铺粉、或者是刮板刮粉的方式，此铺粉方式为单向铺粉，效率低；（2）铺粉辊将粉末材料铺展到成型缸过程中，会在铺粉辊前端造成大量粉末堆积，当堆积量太大时，粉末会溢满到铺粉辊后方，造成已铺粉末的破坏，同时，由于摩擦的作用，粉末的堆积对已成型层也有不利影响；（3）采用刮板刮粉时，由于未对已铺平粉末进行压实，降低了粉末的密度，从而降低了成型件的致密度、提高了孔隙率；（4）现有铺粉技术只能铺一种粉末，不能实现多种粉末的铺覆，对复合材料、多层材料无能为力。

发明内容

本发明的目的在于对现有的粉末基增材制造技术加以改进，以及对铺粉过程中的问题加以解决，提供了一种全新的、高效的、高质量的双向铺粉的粉末基增材制造设备及其铺粉方法。

本发明通过以下技术方案实现。

本发明是一种双向铺粉的粉末基增材制造设备，包括增材制造成型缸、粉末回收缸、自动铺粉机构和自动送粉机构，所述增材制造成型缸下部连接有升降机构，左右两侧分别对称布置有一个粉末回收缸，正上方设有对称分布的左、右两个自动送粉机构，左自动送粉机构和右自动送粉机构的出粉口分别对准增材制造成型缸的左边缘内侧和右边缘内侧，自动铺粉机构通过设在左右走向的铺粉辅助导轨上的可移动滑块与铺粉辅助导轨滑动连接，其能沿铺粉辅助导轨来回滑动对落在增材制造成型缸上表面的粉末进行铺粉及压实。

优选的，自动送粉机构包括载粉器和定量送粉机构，两者呈上下设置且连通，出粉口设在定量送粉机构底部。

优选的，上述载粉器内设置有预热板，预热板能对粉末进行预热，定量送粉机构包括定量送粉齿轮、传动轴、驱动电机三和保护壳，保护壳为上方设有与载粉器连通的进粉口、底部设有出粉口的封闭壳体，其具有圆形内壁面，定量送粉齿轮通过能带其转动的传动轴安装于保护壳内，传动轴由驱动电机三驱动，定量送粉齿轮的齿顶与保护壳内壁圆周相切。

优选的，上述载粉器内设有粉末量检测传感器，用以对粉末量进行检测，当粉末量低于某一值时，则会报警提示添加粉末。