一种粉末床增材制造系统和粉末床增材制造方法

技术领域

本发明涉及粉末床增材制造技术领域，具体为一种粉末床增材制造系统和粉末床增材制造方法。

背景技术

现有技术中公开号为“CN115003489A”的一种用于在3D打印机进行3D打印过程期间对沉积在粉末床上的粉末层进行预加热的技术，重涂覆器包括热源，当重涂覆器的整平构件将沉积层平整到粉末床上时，该热源对该层进行预加热，在一些实施例中，在通过能量束源对层进行选择性熔融后，重涂覆器对粉末床进行再加热。在不使用热量的情况下，直接在粉末床的表面上对粉末进行一致的预加热和再加热最大程度地减少了由过大的热梯度而产生的损坏、裂纹、尺寸缺陷和其他瑕疵。

但是上述该具有用于热管理的热源的粉末床熔融重涂覆器在使用过程中仍然存在较为明显的缺陷：上述装置在形成粉末床的过程中采用“大水漫灌”的粉末添加方式，即无论需要打印的部件体积如何，其在生产过程中均会将粉末填充至整个床体内部，该种粉末添加方式存在极大冗余，不利于粉尘的后期清理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末床增材制造系统和粉末床增材制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种粉末床增材制造系统，包括：

床体，所述床体中部开设有粉末平铺池，所述床体侧边开设有粉末推出槽，所述粉末推出槽与床体内部开设的粉末存储舱连通，所述床体远离粉末推出槽一侧开设有粉末落入槽，所述粉末落入槽与床体内部设置的余料收集舱连通；

若干升降块，若干所述升降块呈矩形阵列式设置于粉末平铺池内，若干所述升降块下沉形成矩形沉降槽；

推料杆，所述推料杆用以将粉末推出槽推出的粉末向靠近矩形沉降槽一侧推动，使得粉末铺满下陷的矩形沉降槽，所述推料杆上间隔均匀式设置有若干挡片，所述粉末推出槽内设置有数量与挡片一致且处于同一平面的若干分隔板，若干所述分隔板将粉末推出槽分隔成若干粉末挤出隔间；

若干翻转挡板，若干所述翻转挡板一一对应式设置于粉末挤出隔间内，若干所述翻转挡板通过90°水平或竖直翻转方式将粉末挤出隔间打开或封闭，当横向所述升降块下沉时其侧边延长线所经过的粉末挤出隔间处于打开状态；

若干升降机构，若干所述升降机构一一对应式安装于升降块底部，所述升降机构带动升降块升降形成矩形沉降槽，所述升降机构在下沉过程中推动所述粉末存储舱内对应体积的粉末通过打开的粉末挤出隔间进入若干挡片之间。

优选的，所述推料杆两侧开设有丝杆孔，所述丝杆孔内活动插设有平移丝杆，两侧的所述平移丝杆均固定在平移电机的驱动轴上，所述平移电机固定安装在床体上。

优选的，所述升降机构包括一一对应式固定安装在升降块底部的升降杆，若干所述升降杆活动插设于动力板开设的矩形阵列设置的升降孔内，所述动力板内还一一对应设置有升降驱动电机，所述升降杆远离升降块一端均与升降活塞固定连接，所述升降活塞一一对应设置于活塞缸内，若干所述活塞缸远离升降杆一端通过汇流管道与粉末存储舱下方设置的推料缸体连通，所述推料缸体内升降式设置有推料活塞，所述推料活塞通过推料连杆与推料板固定连接，所述推料板升降式设置于粉末存储舱底部。

优选的，驱动所述翻转挡板进行90°翻转的翻转装置包括翻转电机座，所述翻转电机座内间隔均匀设置有数量与粉末挤出隔间一致且一一对应的翻转电机，所述翻转电机座底部间隔均匀式设置有静触点，所述静触点与升降连杆上设置的动触点活动配合，当所述动触点和静触点相互分离时，其所在平面内的翻转挡板在翻转电机的作用下处于竖直打开状态，当所述动触点和静触点处于接触状态时，其所在平面内的翻转挡板在翻转电机的作用下处于水平封闭状态，所述升降连杆通过开设的滑杆孔与同行方向的升降杆配合，所述升降连杆至动力板之间的升降杆上均套设有挤压弹簧，所述挤压弹簧在无外力作用下保持动触点与静触点接触配合，所述升降块在升降驱动电机的驱动下进行下沉运动时，升降块抵靠在升降连杆上推动其克服挤压弹簧作用下降。

一种粉末床增材制造方法，采用上述的粉末床增材制造系统，包括以下步骤：

步骤一：根据待打印的物体水平方向最大横截面积确定矩形沉降槽的面积，通过升降机构控制选中粉末平铺池区域的升降块整体下沉形成矩形沉降槽；

步骤二：通过推料杆将侧边的粉末向矩形沉降槽区域推动并平铺，多余的粉末随着推料杆的继续移动落入余料收集舱内；

步骤三：利用矩形沉降槽上方设置的激光打印装置对平铺的粉末区域进行逐层打印，逐层打印完成后通过升降机构控制矩形沉降槽继续下降；

步骤四：随着矩形沉降槽区域的下沉推动粉末存储舱内部相应体积的粉末通过粉末推出槽上升并进入对应的挡片区域，逐层打印完成后通过推料杆向下沉的矩形沉降槽内精准送入定量粉末，重复上述步骤最终打印出成品，打印完成后通过升降机构控制下沉的矩形沉降槽上升，即可取出打印物件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用若干矩形阵列式设置的升降块作为粉末池的升降式底板结构，其形成的矩形沉降槽可根据需要打印的物体最大横截面确定，因此在激光打印过程中，其粉末的添加量相较于传统的整体添加方式而言，粉末使用率降至最低，大大减小了后期的粉末清理难度；

2、本发明可根据矩形沉降槽形成的面积及位置，精准进行粉末的投放，配合推料杆的平移推动，能够将定量的粉末精准推入所在的矩形沉降槽中，粉末的添加更加精准智能，大大保证了增材打印的质量。

本发明采用若干矩形阵列式设置的升降块作为粉末池的升降式底板结构，可根据需要打印的物体最大横截面确定，同时可根据矩形沉降槽形成的面积及位置，精准进行粉末的投放，保证了增材打印质量的同时减小了后期的粉末清理难度。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体示意图；

图2为本发明的整体结构剖视示意图；

图3为本发明的整体结构俯视示意图；

图4为本发明的翻转电机座连接结构立体示意图；

图5为本发明的翻转电机座连接结构侧视示意图；

图6为本发明的A区域结构放大图。

图中：1床体、2粉末平铺池、3粉末推出槽、4粉末落入槽、5余料收集舱、6升降块、7矩形沉降槽、8推料杆、9挡片、10分隔板、11粉末挤出隔间、12翻转挡板、13粉末存储舱、14平移丝杆、15平移电机、16升降杆、17动力板、18升降驱动电机、19升降活塞、20活塞缸、21汇流管道、22推料缸体、23推料活塞、24推料连杆、25推料板、26翻转电机座、27静触点、28动触点、29升降连杆、30滑杆孔、31挤压弹簧。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

实施例一：

一种粉末床增材制造系统，包括：

床体1，床体1中部开设有粉末平铺池2，床体1侧边开设有粉末推出槽3，粉末推出槽3与床体1内部开设的粉末存储舱13连通，床体1远离粉末推出槽3一侧开设有粉末落入槽4，粉末落入槽4与床体1内部设置的余料收集舱5连通；

若干升降块6，若干升降块6呈矩形阵列式设置于粉末平铺池2内，若干升降块6下沉形成矩形沉降槽7；

推料杆8，推料杆8用以将粉末推出槽3推出的粉末向靠近矩形沉降槽7一侧推动，使得粉末铺满下陷的矩形沉降槽7，推料杆8上间隔均匀式设置有若干挡片9，粉末推出槽3内设置有数量与挡片9一致且处于同一平面的若干分隔板10，若干分隔板10将粉末推出槽3分隔成若干粉末挤出隔间11；

若干翻转挡板12，若干翻转挡板12一一对应式设置于粉末挤出隔间11内，若干翻转挡板12通过90°水平或竖直翻转方式将粉末挤出隔间11打开或封闭，当横向升降块6下沉时其侧边延长线所经过的粉末挤出隔间11处于打开状态；

若干升降机构，若干升降机构一一对应式安装于升降块6底部，升降机构带动升降块6升降形成矩形沉降槽7，升降机构在下沉过程中推动粉末存储舱13内对应体积的粉末通过打开的粉末挤出隔间11进入若干挡片9之间。

在该实施例中，粉末推出槽3用以将粉末存储舱13的粉末向床体1外部推出，推出的粉末随着推料杆8经过粉末平铺池2向粉末落入槽4一侧移动，在粉末移动过程中，粉末填充入升降块6形成的矩形沉降槽7中，并在推料杆8的移动过程中将粉末压实在矩形沉降槽7内，随着粉末的继续推动，最终多余的粉末从粉末落入槽4落入余料收集舱5中，其中粉末平铺池2内由若干升降块6组成底面结构，通过紧密加工使得各个升降块6连接处存在极小缝隙，且各个独立的升降块6能不受周围升降块6的影响进行独立升降运动，在初始状态下，若干升降块6与床体的高度齐平，当需要进行物件的打印时，通过设置使得特定矩形区域的升降块6整体下沉从而形成矩形沉降槽7，其余位置的升降块6仍然保持与床体1齐平设置，升降块6的下沉收到升降机构的驱动完成，升降机构在下沉过程中推动粉末存储舱13内对应体积的粉末通过打开的粉末挤出隔间11进入若干挡片9之间，通过此种设计，使得粉末能够根据升降块6下沉的区域进行对应位置的出粉，且出粉体积根据下沉区域的体积决定，这直接导致粉末的平铺过程有别于传统的粉末整体式推动方式，能够在保证打印的前提下最小化施加粉末平铺，且出粉位置根据所在横行升降块6的下沉状况决定，粉尘供给过程智能精准，其中翻转挡板12的设置用以保证该粉末推出过程能够顺利实现，由于分隔板10将粉末推出槽3分隔为若干粉末挤出隔间11，而翻转挡板12设置于各个粉末挤出隔间11内，当翻转挡板12处于竖直状态时，粉末得以通过该粉末挤出隔间11挤出，反之当翻转挡板12处于水平状态时，粉末则在翻转挡板12的挤压下不能通过该粉末挤出隔间11推出，而翻转挡板12的竖直或水平翻转状态取决于其水平延长线方向上的升降块6是否处于下沉状态，通过上述装置即可实现粉末的智能化、精准化、最小化推出，从而降低了后期的清粉过程难度。

实施例二：

在该实施例中，推料杆8两侧开设有丝杆孔，丝杆孔内活动插设有平移丝杆14，两侧的平移丝杆14均固定在平移电机15的驱动轴上，平移电机15固定安装在床体1上，通过平移电机15的工作带动平移丝杆14工作，通过平移丝杆14的旋转带动推料杆8的横向平移，推料杆8在平移过程中将粉末推入矩形沉降槽7内，并对推入的粉末进行压实处理。

实施例三：

在该实施例中，升降机构包括一一对应式固定安装在升降块6底部的升降杆16，若干升降杆16活动插设于动力板17开设的矩形阵列设置的升降孔内，动力板17内还一一对应设置有升降驱动电机18，升降杆16远离升降块6一端均与升降活塞19固定连接，升降活塞19一一对应设置于活塞缸20内，若干活塞缸20远离升降杆16一端通过汇流管道21与粉末存储舱13下方设置的推料缸体22连通，推料缸体22内升降式设置有推料活塞23，推料活塞23通过推料连杆24与推料板25固定连接，推料板25升降式设置于粉末存储舱13底部，动力板17固定安装在床体1内部，在动力板17内设置的升降驱动电机18的工作下，升降杆16带动升降块6进行升降运动，本发明的升降驱动电机18通过旋转带动升降杆16进行升降，在升降过程中，升降杆16底部的升降活塞19一并进行升降运动，通过升降活塞19挤压活塞缸20内的泵注液，使其通过汇流管道21进入推料缸体22内，并在推料缸体22内推动推料活塞23上升，进入推动推料板25将粉末向上方的粉末挤出隔间11挤压，最终通过打开的粉末挤出隔间11进入挡片9之间，利用该种方式实现粉末的智能化和精准化挤出。

实施例四：

在该实施例中，驱动翻转挡板12进行90°翻转的翻转装置包括翻转电机座26，翻转电机座26内间隔均匀设置有数量与粉末挤出隔间11一致且一一对应的翻转电机，翻转电机座26底部间隔均匀式设置有静触点27，静触点27与升降连杆29上设置的动触点28活动配合，当动触点28和静触点27相互分离时，其所在平面内的翻转挡板12在翻转电机的作用下处于竖直打开状态，当动触点28和静触点27处于接触状态时，其所在平面内的翻转挡板12在翻转电机的作用下处于水平封闭状态，升降连杆29通过开设的滑杆孔30与同行方向的升降杆16配合，升降连杆29至动力板17之间的升降杆16上均套设有挤压弹簧31，挤压弹簧31在无外力作用下保持动触点28与静触点27接触配合，升降块6在升降驱动电机18的驱动下进行下沉运动时，升降块6抵靠在升降连杆29上推动其克服挤压弹簧31作用下降，当升降块6下降时，其抵靠在升降连杆29上带动其一并下降，升降连杆29下降后动触点28与静触点27分离，此时该动触点27和静触点28所在电路内的翻转电机进行水平状态至竖直状态的90度翻转操作，从而使得所在平面内的粉末挤出隔间11打开，反之则粉末挤出隔间11仍然处于关闭状态，通过此种设置使得翻转挡板12的开合或关闭能够在升降块6下沉过程中自动进行调节。

一种粉末床增材制造方法，采用上述的粉末床增材制造系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据待打印的物体水平方向最大横截面积确定矩形沉降槽7的面积，通过升降机构控制选中粉末平铺池2区域的升降块6整体下沉形成矩形沉降槽7；

步骤二：通过推料杆8将侧边的粉末向矩形沉降槽7区域推动并平铺，多余的粉末随着推料杆8的继续移动落入余料收集舱5内；

步骤三：利用矩形沉降槽7上方设置的激光打印装置对平铺的粉末区域进行逐层打印，逐层打印完成后通过升降机构控制矩形沉降槽7继续下降；

步骤四：随着矩形沉降槽7区域的下沉推动粉末存储舱13内部相应体积的粉末通过粉末推出槽3上升并进入对应的挡片9区域，逐层打印完成后通过推料杆8向下沉的矩形沉降槽7内精准送入定量粉末，重复上述步骤最终打印出成品，打印完成后通过升降机构控制下沉的矩形沉降槽7上升，即可取出打印物件。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。