双向铺粉及下送粉装置和增材制造设备的制作方法

1.本发明涉及金属增材制造领域，具体而言，涉及一种双向铺粉及下送粉装置和增材制造设备。


背景技术：

2.在工业技术高速发展的趋势下，各种金属增材制造方法不断涌现，选择性激光熔融技术slm、sls、激光金属直接沉积技术dlmd等不断走向成熟，大规模工业化应用越来越广泛。受设备尺寸等因素制约，现有的粉床铺粉激光选择烧结设备送粉方式分为两类：上送粉和下送粉，两种送粉方式各有优、缺点。上送粉装置体积小，结构紧凑，可以实现双向铺粉，但存在腔体扬尘、送粉量难以控制导致溢粉过多等缺点；下送粉没有腔体扬尘，送粉量精确溢粉少，但无法自动加粉，导致体积过大，且无法实现双向铺粉。
3.经发明人研究发现，现有的激光选择烧结设备存在如下缺点：
4.不能同时实现减少扬尘和提高作业效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种双向铺粉及下送粉装置和增材制造设备，其能够在减少扬尘的同时实现双向铺粉，从而提高作业效率。
6.本发明的实施例是这样实现的：
7.第一方面，本发明提供一种双向铺粉及下送粉装置，包括：
8.基体，所述基体设有工作腔室以及均与所述工作腔室连通的两个送粉腔室，所述两个送粉腔室分别位于所述工作腔室相对的两侧；
9.两个送粉装置，所述两个送粉装置分别设于所述两个送粉腔室的下方，用于将粉料自下而上输送至对应的所述送粉腔室中；
10.以及刮刀，所述刮刀与所述基体可滑动地连接，用于往复行走于所述两个送粉腔室之间，并在经过所述工作腔室时使粉料填充于位于所述工作腔室内的工件的成型腔中。
11.在可选的实施方式中，每个所述送粉腔室与所述工作腔室之间均设有一个挡板，所述挡板与所述基体共同限定出进出通道，所述进出通道的两端分别连通所述工作腔室和所述送粉腔室；每个所述挡板上可活动地连接有一个门体，所述门体用于开启或关闭所述进出通道。
12.在可选的实施方式中，所述送粉装置包括第一伸缩机构和活塞板，所述第一伸缩机构与所述基体连接，所述活塞板与所述第一伸缩机构连接，所述第一伸缩机构用于驱动所述活塞板往复升降，以通过所述活塞板将粉料向上输送至所述送粉腔室中。
13.在可选的实施方式中，所述基体还设有两个储粉腔室，所述两个储粉腔室分别所述两个送粉腔室连通且位于对应的所述送粉腔室的下方；所述活塞板设于所述储粉腔室中，用于将位于所述储粉腔室中的粉料向上输送至所述送粉腔室中。
14.在可选的实施方式中，所述基体还设有两个添粉腔室，所述两个添粉腔室分别与
所述两个储粉腔室对应；每个所述添粉腔室中均设有添粉装置，所述添粉装置用于将所述添粉腔室中的粉料输送至所述储粉腔室中。
15.在可选的实施方式中，所述添粉装置包括电机、芯轴和弹性刮片，所述电机与所述基体连接，所述芯轴与所述电机的输出轴连接，所述弹性刮片与所述芯轴连接，所述芯轴与所述弹性刮片均位于所述添粉腔室中，且所述弹性刮片与所述添粉腔室的内壁抵持以阻断所述添粉腔室和所述储粉腔室；所述电机用于驱动所述芯轴转动，以带动所述弹性刮片转动，从而利用所述弹性刮片将粉料输送至所述储粉腔室中。
16.在可选的实施方式中，所述双向铺粉及下送粉装置还包括两个溢粉缸，所述两个溢粉缸分别与所述两个送粉腔室对应，所述溢粉缸位于对应的所述送粉腔室的下方；每个所述溢粉缸的缸口配置有开关门，所述开关门用于开启或关闭所述缸口，以在所述开关门开启所述缸口时使所述溢粉缸和所述送粉腔室连通。
17.在可选的实施方式中，所述双向铺粉及下送粉装置还包括第二伸缩机构、成型缸和成型活塞，所述成型缸与所述第二伸缩机构均与所述基体连接，所述成型缸位于所述工作腔室下方且与所述工作腔室连通；所述成型活塞与所述第二伸缩机构连接，所述第二伸缩机构用于带动所述成型活塞升降。
18.在可选的实施方式中，所述基体还设有与所述工作腔室连通的两个送风口，所述两个送风口在所述工作腔室的高度方向上间隔排布。
19.第二方面，本发明提供一种增材制造设备，所述增材制造设备包括：
20.激光头和前述实施方式中任一项所述的双向铺粉及下送粉装置，所述激光头用于烧结位于所述工作腔室中的粉料。
21.本发明实施例的有益效果是：
22.综上所述，本实施例提供的双向铺粉及下送粉装置，作业时，利用刮刀将送粉腔室中的粉料刮动至工作腔室中，然后利用工作腔室中的激光器进行选择性激光烧结，从而按需制造产品。由于每个送粉腔室中的粉料均是通过送粉装置采用下送粉的方式送入到送粉腔室中，也就是说，每个送粉装置从送粉腔室的下方将粉料向上输送至送粉腔室中，减少扬尘，送粉量控制更加精确，产品成型质量高。同时，在工作腔室的两侧均布设有送粉腔室，刮刀在两个送粉腔室之间往复运动，实现双向铺粉，作业效率高。如此，本实施例的双向铺粉及下送粉装置在满足减少扬尘的前提下，能够实现高效率的作业，产品制造成本低。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本发明实施例的双向铺粉及下送粉装置的一视角的结构示意图；
25.图2为本发明实施例的双向铺粉及下送粉装置的另一视角的结构示意图；
26.图3为本发明实施例的左添粉装置的部分结构示意图；
27.图4为本发明实施例的右添粉装置的部分结构示意图。
28.图标:100-基体；110-工作腔室；120-左送粉腔室；121-左粉面检测摄像头；130-右
送粉腔室；131-右粉面检测摄像头；140-送风口；150-左挡板；160-右挡板；170-左门体；180-右门体；190-左储粉腔室；200-右储粉腔室；210-左添粉腔室；211-左添粉气动蝶阀；220-右添粉腔室；221-右添粉气动蝶阀；230-左溢粉缸；231-左开关门；232-第一气动蝶阀；240-右溢粉缸；241-右开关门；242-第二气动蝶阀；250-左添粉装置；251-第一芯轴；252-第一弹性刮片；260-右添粉装置；261-第二芯轴；262-第二弹性刮片；300-左送粉装置；310-左伸缩机构；320-左活塞板；500-右送粉装置；510-右伸缩机构；520-右活塞板；700-刮刀；900-第二伸缩机构；901-成型缸；902-成型活塞。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.目前，激光选择烧结加工设备的采用上送粉料以及双向铺粉，扬尘大，送粉精度低，不利于产品成型。
36.请结合图1-图4，鉴于此，设计者设计了一种双向铺粉及下送粉装置，在满足减少扬尘的前提下，能够实现高效率的作业，产品制造成本低，产品成型质量高。
37.请参阅图1，本实施例中，双向铺粉及下送粉装置包括基体100、左送粉装置300、右送粉装置500和刮刀700。基体100设有工作腔室110以及均与工作腔室110连通的左送粉腔
室120和右送粉腔室130。工作腔室110连通有两个条形的送风口140，两个送风口140在工作腔室110的高度方向上间隔排布，且位于上方的送风口140的长度小于位于下方的送风口140的长度。左送粉腔室120和右送粉腔室130分别位于工作腔室110相对的两侧。左送粉装置300设于左送粉腔室120的下方，用于将粉料自下而上输送至左送粉腔室120中。右送粉装置500设于右送粉腔室130的下方，用于将粉料自下而上输送至右送粉腔室130中。
38.本实施例提供的双向铺粉及下送粉装置的作业流程包括，例如：
39.作业时，设定初始状态刮刀700位于右送粉腔室130中且位于右送粉腔室130的最右侧，设备启动后，刮刀700先从右向左运动将粉料带动至工作腔室110中，当刮刀700运动至左送粉腔室120的最左侧后，再从左向右运动将粉料带动至工作腔室110中，如此反复动作，直至完成产品的成型作业。当刮刀700将送粉腔室中的粉料刮动至工作腔室110中后，利用工作腔室110中的激光器进行选择性激光烧结，从而按需成型产品。由于每个送粉腔室中的粉料均是通过送粉装置采用下送粉的方式送入到送粉腔室中，也就是说，每个送粉装置从送粉腔室的下方将粉料向上输送至对应的送粉腔室中，减少扬尘，送粉量控制更加精确，产品成型质量高。同时，在工作腔室110的两侧均布设有送粉腔室，刮刀700在两个送粉腔室之间往复运动，实现双向铺粉，作业效率高。如此，本实施例的双向铺粉及下送粉装置在满足减少扬尘的前提下，能够实现高效率的作业，产品制造成本低。
40.请结合图1，本实施例中，可选的，基体100的工作腔室110中设置有两个平行排布的左挡板150和右挡板160，左挡板150将工作腔室110与左送粉腔室120隔开，右挡板160将右送粉腔室130与工作腔室110隔开。同时，左挡板150上设置有左门体170，左门体170与左挡板150在工作腔室110的高度方向上可滑动地连接，左门体170可以打开或关闭左挡板150和基体100之间形成的左进出通道。可选的，左门体170可以通过气缸或液压缸等驱动器驱动，从而实现自动化运行。同理，右挡板160上设置有右门体180，右门体180与右挡板160在工作腔室110的高度方向上可滑动地连接，右门体180可以打开或关闭左挡板150和基体100之间形成的右进出通道。可选的，右门体180可以通过气缸或液压缸等驱动器驱动，从而实现自动化运行。也就是说，当刮刀700从右向左运动时，刮刀700先运动至右门体180处，右门体180自动打开，刮刀700穿过右进出通道并进入工作腔室110，而后右门体180关闭，工作腔室110为相对密闭的腔室，风场稳定。同理，当刮刀700从工作腔室110继续朝左送粉腔室120运动时，当运动至左门体170时，左门体170自动打开，刮刀700从左进出通道进入到左送粉腔室120。如此的结构设计，当刮刀700在工作腔室110中刮动粉料以及对粉料进行激光烧结时，左门体170和右门体180均处于关闭状态，工作腔室110为相对密闭的腔室，工作腔室110中风场稳定，工作腔室110压力可稳定的维持在1.2kpa以上、含氧量可稳定的维持在100ppm以下，产品成型质量高。
41.请结合图1和图3，进一步的，基体100还设有左储粉腔室190、右储粉腔室200、左添粉腔室210、右添粉腔室220、左溢粉缸230和右溢粉缸240。
42.左储粉腔室190设于左送粉腔室120的底部，并且左送粉腔室120的底壁设置有与左储粉腔室190连通的通孔。左送粉装置300设于左储粉腔室190中，用于将左储粉腔室190中的粉料自下而上从通孔输送至左送粉腔室120中，粉料平铺在左送粉腔室120的底壁上，由刮刀700将粉料从左向右刮动。同时，左添粉腔室210与左储粉腔室190连通，左添粉腔室210中储存有粉料，当左储粉腔室190中的粉料量不足时，将左添粉腔室210中的粉料输送至
左储粉腔室190即可。进一步的，左储粉腔室190的部分内壁可以设置为斜面，从而利用粉料的重力使粉料沿着斜面朝向左储粉腔室190的底部滑动。显然，可以在左添粉腔室210中设置左添粉气动蝶阀211和左添粉装置250，打开左添粉气动蝶阀211，可以为左添粉腔室210添加粉料，而利用左添粉装置250能将粉料输送至左储粉腔室190中。当不需要输送粉料时，左添粉气动蝶阀211关闭，左添粉装置250将左添粉腔室210与左储粉腔室190阻断，保证各个腔室互不影响。此外，为了实现自动添料，可以在左储粉腔室190中设置传感器，传感器能够实时检测左储粉腔室190中的粉料量，在左储粉腔室190中的粉料不足时将信号传输至控制系统，从而利用控制系统自动控制左添粉装置250开启；而且传感器还能在检测到粉料量足够时通过控制系统关闭左添料装置。进一步的，左送粉装置300包括第一电机(图未示)、第一芯轴251和第一弹性刮片252，其中，第一电机与基体100连接，第一电机的输出轴与第一芯轴251连接，输出轴和刮刀700的长度方向平行。第一弹性刮片252为多个，且在第一芯轴251的周向上均匀间隔排布。在初始状态下，第一电机未启动，多个第一弹性刮片252中的至少部分第一弹性刮片252与左添粉腔室210的内壁面抵持，从而阻挡左添粉腔室210和左储粉腔室190。而需要添料时，第一电机驱动，利用多个第一弹性刮片252将位于左添粉腔室210中的粉料刮动至左储粉腔室190中，添料便捷，且添料过程中，也始终保持左储粉腔室190和左添粉腔室210的独立性，不易影响到工作腔室110内部的气场。同时，左溢粉缸230设于工作腔室110和左送粉腔室120之间，左溢粉缸230的顶部设置为开口，该开口贯穿工作腔室110的底壁从而与工作腔室110连通。并且，左溢粉缸230位于成型产品的左侧，并与左送粉腔室120具有间距，既不会影响用于成型产品的粉料的铺设，也不会影响左送粉腔室120中的铺设完成的粉料。进一步的，左溢粉缸230的顶部设置有左开关门231，左开关门231可以设置为自动门，能够自动开启或关闭左溢粉缸230的顶部开口。具体的，当刮刀700从右向左将位于右送粉腔室130中的粉料刮动至工作腔室110后，大部分粉料参与产品成型，而部分粉料量溢出，随着刮刀700继续向左送粉腔室120运动时，左开关门231打开，粉料直接进入到左溢粉缸230，而不会干扰左送粉腔室120已经准备好的粉料。
43.进一步的，左溢粉缸230的底部设置有第一气动蝶阀232。
44.请结合图1和图4，同时，右储粉腔室200设于右送粉腔室130的底部，并且右送粉腔室130的底壁设置有与右储粉腔室200连通的通孔。右送粉装置500设于右储粉腔室200中，用于将右储粉腔室200中的粉料自下而上从通孔输送至右送粉腔室130中，粉料平铺在右送粉腔室130的底壁上，由刮刀700将粉料从右向左刮动。同时，右添粉腔室220与右储粉腔室200连通，右添粉腔室220中储存有粉料，当右储粉腔室200中的粉料量不足时，将右添粉腔室220中的粉料输送至右储粉腔室200即可。进一步的，左储粉腔室190的部分内壁可以设置为斜面，从而利用粉料的重力使粉料沿着斜面朝向左储粉腔室190的底部滑动。显然，可以在右添粉腔室220中设置右添粉气动蝶阀221和右添粉装置260，打开右添粉气动蝶阀221，可以为右添粉腔室220添加粉料，而利用右添粉装置260能将粉料输送至右储粉腔室200中。当不需要输送粉料时，右添粉气动蝶阀221关闭，右添粉装置260将右添粉腔室220与右储粉腔室200阻断，保证各个腔室互不影响。此外，为了实现自动添料，可以在右储粉腔室200中设置传感器，传感器能够实时检测右储粉腔室200中的粉料量，在右储粉腔室200中的粉料不足时将信号传输至控制系统，从而利用控制系统自动控制右添粉装置260开启；而且传感器还能在检测到粉料量足够时通过控制系统关闭右添料装置。进一步的，右送粉装置500包
括第二电机(图未示)、第二芯轴261和第二弹性刮片262，其中，第二电机与基体100连接，第二电机的输出轴与第二芯轴261连接，输出轴和刮刀700的长度方向平行。第二弹性刮片262为多个，且在第二芯轴261的周向上均匀间隔排布。在初始状态下，第二电机未启动，多个第二弹性刮片262中的至少部分第二弹性刮片262与右添粉腔室220的内壁面抵持，从而阻挡右添粉腔室220和右储粉腔室200。而需要添料时，第二电机驱动，利用多个第二弹性刮片262将位于右添粉腔室220中的粉料刮动至右储粉腔室200中，添料便捷，且添料过程中，也始终保持右储粉腔室200和右添粉腔室220的独立性，不易影响到工作腔室110内部的气场。同时，右溢粉缸240设于工作腔室110和右送粉腔室130之间，右溢粉缸240的顶部设置为开口，该开口贯穿工作腔室110的底壁从而与工作腔室110连通。并且，右溢粉缸240位于成型产品的右侧，并与右送粉腔室130具有间距，既不会影响用于成型产品的粉料的铺设，也不会影响右送粉腔室130中的铺设完成的粉料。进一步的，右溢粉缸240的顶部设置有右开关门241，右开关门241可以设置为自动门，能够自动开启或关闭右溢粉缸240的顶部开口。具体的，当刮刀700从左向右将左送料腔室中的粉料刮动至工作腔室110后，大部分粉料参与产品成型，而部分粉料量溢出，随着刮刀700继续向右送粉腔室130运动时，右开关门241打开，粉料直接进入到右溢粉缸240，而不会干扰右送粉腔室130已经准备好的粉料。
45.进一步的，右溢粉缸240的底部设置有第二气动蝶阀242。
46.本实施例中，需要说明的是，采用双向铺粉，效率高，并且在工作腔室110中的铺粉作业完成后，工作腔室110中进行激光选择烧结成型产品的过程中，刮刀700能够在该时间段将对应的送粉腔室中的粉料刮动至挡板外，在激光烧结完成的同时，粉料就能够第一时间被输送至工作腔室110中，减少了作业真空期，进一步提高作业效率。例如，以初始刮刀700从右向左运动为例进行说明，当刮刀700将粉料刮动至工作腔室110后，刮刀700离开工作腔室110并向左送粉腔室120运动，在此过程中，工作腔室110内进行激光选择烧结。而刮刀700进入左送粉腔室120后，运动至最左侧，然后将左送粉腔室120中准备好的粉料从左往右刮动，当刮刀700运动至左挡板150时或之前，工作腔室110内的激光烧结作业完成且成型产品向下运动设定高度，此时，左门体170直接打开，刮刀700将粉料刮动至工作腔室110，进行下一层铺粉激光烧结，如此往复动作。
47.本实施例中，可选的，左送粉装置300包括左伸缩机构310和左活塞板320，左伸缩机构310与基体100连接，左活塞板320与左伸缩机构310连接且位于左储粉腔室190中，左伸缩机构310用于驱动左活塞板320往复升降，以通过左活塞板320将粉料向上输送至左送粉腔室120中。其中，左伸缩机构310可以是丝杠传动结构或电动推杆等。
48.本实施例中，可选的，右送粉装置500包括右伸缩机构510和右活塞板520，右伸缩机构510与基体100连接，右活塞板520与右伸缩机构510连接且位于右储粉腔室200中，右伸缩机构510用于驱动右活塞板520往复升降，以通过右活塞板520将粉料向上输送至右送粉腔室130中。其中，右伸缩机构510可以是丝杠传动结构或电动推杆等。
49.应当理解，左伸缩机构310和右伸缩机构510的结构可以设置为相同，并且均可以称作第一伸缩机构。左活塞板320和右活塞板520向上行走的位移通过控制系统独立控制，根据成型产品所需铺粉厚度等因素决定即可。
50.本实施例中，可选的，双向铺粉及下送粉装置还包括第二伸缩机构900、成型缸901和成型活塞902，成型缸901与第二伸缩机构900均与基体100连接，成型缸901位于工作腔室
110下方且与工作腔室110连通。成型活塞902与第二伸缩机构900连接，第二伸缩机构900用于带动成型活塞902升降。初始状态时，成型活塞902的顶面与工作腔室110的底壁位于同一平面中，且在刮刀700第一次经过工作腔室110前，成型活塞902可以下降设定高度或者保持与工作腔室110的底壁位于同一平面。当完成一次激光烧结后，第二伸缩机构900驱动成型活塞902下降设定高度即可。应当理解，第二伸缩机构900可以是但不限于是丝杠传动结构等。
51.在其他实施例中，左送粉腔室120和右送粉腔室130中分别设置有与控制系统通信连接的左粉面检测摄像头121和右粉面检测摄像头131，分别用于检测左送粉腔室120和右送粉腔室130中的粉面平整度，从而保证刮刀700的送粉质量，最终保证产品的成型质量。
52.此外，刮刀700可以采用同步带模组和伺服电机的驱动方式往复行走在左送粉腔室120和右送粉腔室130之间。
53.本实施例提供的双向铺粉及下送粉装置至少具有如下优点：
54.1.送粉方式为下送粉，送粉量准确可控，溢粉量极少，没有腔体扬尘。
55.2.完全对称的风场通道，有利于成型区域幅面风速的均匀性，可提高成型工件的表面质量和均匀性。
56.3.可适配单向、双向铺粉使用，提高成型效率。
57.4.可自动给料，送粉腔室的体积可以做到很小，节省空间，缩小设备整体的体积；同时，左储粉腔室190、右储粉腔室200、左添粉腔室210、右添粉腔室220、左溢粉缸230和右溢粉缸240在工作腔室110的下方依次排布，合理利用纵向和横向空间，整体结构紧凑，体积小，占用的空间小，节省空间资源。
58.5.摄像头实时监控粉面，更有利于控制铺粉质量，单刀双向铺粉，两层粉面平整度误差小于10um。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。