用于三維打印系統的粉末混合裝置和三維打印系統的制作方法

用于三維打印系統的粉末混合裝置和三維打印系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于三維打印系統的粉末混合裝置和具有所述粉末混合裝置的三維打印系統。所述粉末混合裝置包括：多個粉末供給裝置，每個粉末供給裝置包括：粉末儲存箱，粉末儲存箱內具有容納腔，粉末儲存箱上設有與容納腔連通的出料口；振動板，振動板設在出料口的下方且與出料口相對以便接收從出料口流出的粉末；和振動源，振動源與振動板相連；粉末接收箱，粉末接收箱內具有上端敞開的接料腔，粉末接收箱在接料位置與卸料位置之間可移動地設在多個粉末供給裝置的振動板的下方，在接料位置接料腔與多個粉末供給裝置的振動板相對；以及驅動件，驅動件與粉末接收箱相連。所述粉末混合裝置具有粉末供給有效、穩定、粉末混合均勻等優點。
【專利說明】用于三維打印系統的粉末混合裝置和三維打印系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于三維打印系統的粉末混合裝置，還涉及一種具有所述粉末混合裝置的三維打印系統。
【背景技術】
[0002]利用激光或電子束掃描固化預置的粉末層、逐層制造三維物體的三維打印技術是一種新型的制造技術。典型的三維打印工藝有激光選區熔化和電子束選區熔化，其基本的工藝步驟包括:利用粉末供應與鋪平系統將粉末材料在工作平臺上鋪展成薄層，然后激光或電子束在粉末上移動，選擇性燒結或熔化粉末材料。以上步驟不斷重復直至整個三維物體制造完成。現有的三維打印系統獲得的三維物體的材料性質單一。

【發明內容】

[0003]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種用于三維打印系統的粉末混合裝置。
[0004]本發明的另一個目的在于提出一種具有所述用于三維打印系統的粉末混合裝置的三維打印系統。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明第一方面的實施例提出一種用于三維打印系統的粉末混合裝置，所述用于三維打印系統的粉末混合裝置包括:多個粉末供給裝置，每個所述粉末供給裝置包括:粉末儲存箱，所述粉末儲存箱內具有容納腔，所述粉末儲存箱上設有與所述容納腔連通的出料口 ；振動板，所述振動板設在所述出料口的下方且與所述出料口相對以便接收從所述出料口流出的粉末；和振動源，所述振動源與所述振動板相連以便帶動所述振動板振動；粉末接收箱，所述粉末接收箱內具有上端敞開的接料腔，所述粉末接收箱在接料位置與卸料位置之間可移動地設在多個所述粉末供給裝置的振動板的下方，其中在所述接料位置所述接料腔與多個所述粉末供給裝置的振動板相對以便接收粉末；以及驅動件，所述驅動件與所述粉末接收箱相連以便驅動所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間移動。
[0006]根據本發明實施例的用于三維打印系統的粉末混合裝置通過設置多個所述粉末供給裝置且每個所述粉末供給裝置設置位于所述出料口的下方的振動板和與所述振動板相連的振動源，從而可以有效地、穩定地向所述三維打印系統的工作平臺輸送多種粉末。因此，根據本發明實施例的用于三維打印系統的粉末混合裝置具有粉末供給有效、穩定、粉末混合均勻等優點。
[0007]另外，根據本發明實施例的用于三維打印系統的粉末混合裝置還可以具有如下附加的技術特征:
[0008]根據本發明的一個實施例，所述容納腔的下端敞開且所述粉末儲存箱設在所述振動板的上表面上，其中所述粉末儲存箱的第一側板與所述振動板之間限定出所述出料口。由此不僅可以使所述粉末儲存箱的結構更加簡單，所述粉末供給裝置的結構更加合理，而且可以使粉末更加穩定地流到所述振動板上，并且可以充分地利用所述容納腔內的粉末。
[0009]根據本發明的一個實施例，所述粉末儲存箱的第二側板包括豎直部和傾斜部，所述傾斜部的上沿與所述豎直部的下沿相連，所述傾斜部從所述豎直部向下向內延伸，其中所述粉末儲存箱的第二側板與所述粉末儲存箱的第一側板相對。通過使與所述出料口相對的第二側板的下部(所述傾斜部)傾斜設置，可以使所述容納腔內的粉末更加容易地、快速地從所述出料口流出所述容納腔。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述粉末供給裝置還包括擋板，所述擋板可上下移動地設在所述粉末儲存箱的第一側板上以便改變所述出料口的大小。通過在所述粉末儲存箱的第一側板上設置可上下移動的擋板，從而不僅可以改變粉末從所述出料口流出的距離，而且可以改變粉末的供給速率，因此可以通過調節所述擋板的高度(即通過在上下方向上移動所述擋板)，獲得各種類型的粉末所需要的粉末供給速率。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述用于三維打印系統的粉末混合裝置還包括稱重傳感器，所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在所述稱重傳感器上，以便測量所述接料腔內的粉末的重量。通過將所述粉末接收箱設置在所述稱重傳感器上，從而可以利用所述粉末混合裝置供給預定重量的混合粉末。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述用于三維打印系統的粉末混合裝置還包括:支撐件，所述支撐件適于設在工作平臺的上表面上，所述稱重傳感器的一端設在所述支撐件上，所述稱重傳感器適于與所述工作平臺在上下方向上間隔開；和稱重平臺，所述稱重平臺設在所述稱重傳感器的另一端上，所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在所述稱重平臺上。由此可以使所述粉末混合裝置的結構更加合理。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述用于三維打印系統的粉末混合裝置還包括控制器，所述控制器與所述稱重傳感器、所述驅動件和多個所述粉末供給裝置的振動源相連以便控制所述驅動件打開和關閉以及根據所述稱重傳感器的粉末重量檢測值控制所述振動源的打開和關閉。由此可以極大地提高所述粉末混合裝置的自動化程度。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述粉末的粒徑為10微米-150微米。
[0015]根據本發明第二方面的實施例提出一種三維打印系統，所述三維打印系統包括:粉末混合裝置，所述粉末混合裝置為根據本發明第一方面所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置；工作平臺，所述工作平臺設在所述粉末接收箱的下方以便接收從所述粉末接收箱倒出的粉末；成形缸，所述成形缸包括缸體和可上下移動地設在所述缸體內的活塞，其中所述缸體與所述工作平臺相連，所述缸體的上表面與所述工作平臺的上表面平齊；和用于將所述工作平臺上的粉末鋪平到所述缸體內的粉末鋪平裝置。
[0016]根據本發明實施例的三維打印系統通過設置根據本發明第一方面所述的粉末混合裝置，從而具有粉末供給有效、穩定、粉末混合均勻等優點。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述粉末鋪平裝置包括:第一導軌和第二導軌，所述第一導軌和所述第二導軌間隔開地設在所述工作平臺的上表面上，其中所述第一導軌的下表面的第一部分和所述第二導軌的下表面的第一部分均與所述工作平臺在上下方向上間隔開；滑動件；梳子，所述梳子傾斜地設在所述滑動件上，所述梳子的下沿與所述工作平臺的上表面接觸；第一滾輪和第二滾輪，所述第一滾輪設在所述梳子的第一側，所述第二滾輪設在所述梳子的第二側；驅動器，所述驅動器與所述滑動件相連以便通過所述滑動件帶動所述梳子在初始位置與終止位置之間移動，其中所述梳子在從所述初始位置向所述終止位置時，所述第一滾輪與所述第一導軌的下表面的第一部分接觸，所述第二滾輪與所述第二導軌的下表面的第一部分接觸。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0019]圖1是根據本發明實施例的三維打印系統的結構示意圖；
[0020]圖2是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末供給裝置的結構示意圖；
[0021]圖3是圖2中的A區域的放大圖；
[0022]圖4是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末供給裝置的工作狀態圖；
[0023]圖5是圖4中的B區域的放大圖；
[0024]圖6是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末混合裝置的局部結構示意圖；
[0025]圖7是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末混合裝置的工作狀態圖；
[0026]圖8是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末混合裝置的工作狀態圖；
[0027]圖9是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的結構示意圖；
[0028]圖10是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的結構示意圖；
[0029]圖11是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的結構示意圖；
[0030]圖12是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的結構示意圖；
[0031]圖13是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的梳子的局部結構示意圖；
[0032]圖14是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的梳子的局部結構示意圖；
[0033]圖15是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末鋪平裝置的梳子的結構示意圖；
[0034]圖16是根據本發明實施例的三維打印系統的硬件框圖；
[0035]圖17是根據本發明實施例的三維打印系統的粉末混合裝置的工作流程圖；
[0036]圖18是根據本發明實施例的三維打印系統的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0037]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0038]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0039]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0040]下面參考圖1-圖15描述根據本發明實施例的三維打印系統I。如圖1-圖15所示，根據本發明實施例的三維打印系統I包括粉末混合裝置10、工作平臺20、成形缸30和用于將工作平臺20上的粉末鋪平到缸體301內的粉末鋪平裝置40。
[0041]首先參考圖1-圖8描述根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末混合裝置10。如圖1-圖8所示，根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末混合裝置10包括多個粉末供給裝置100、粉末接收箱104和驅動件113。
[0042]每個粉末供給裝置100包括粉末儲存箱101、振動板102和振動源103。粉末儲存箱101內具有容納腔1011，粉末儲存箱101上設有與容納腔1011連通的出料口 1012。振動板102設在出料口 1012的下方，且振動板102與出料口 1012相對以便接收從出料口 1012流出的粉末。振動源103與振動板102相連以便帶動振動板102振動。其中，上下方向如圖1-圖13和圖15中的箭頭C所示。
[0043]粉末接收箱104內具有上端敞開的接料腔1041，粉末接收箱104在接料位置與卸料位置之間可移動地設在多個粉末供給裝置100的振動板102的下方，其中在所述接料位置接料腔1041與多個粉末供給裝置100的振動板102相對以便接收粉末。也就是說，在所述接料位置接料腔1041與每個粉末供給裝置100的振動板102均相對。驅動件113與粉末接收箱104相連以便驅動粉末接收箱104在所述接料位置與所述卸料位置之間移動。
[0044]其中，工作平臺20設在粉末接收箱104的下方以便接收從粉末接收箱104倒出的粉末。成形缸30包括缸體301和可上下移動地設在缸體301內的活塞302，其中缸體301與工作平臺20相連，缸體301的上表面與工作平臺20的上表面平齊。
[0045]下面參考圖1-圖8描述根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末混合裝置10的工作過程。首先，將多種待供給的粉末一一對應地輸送到多個粉末儲存箱101的容納腔1011內(如圖2所示)。也就是說，每個粉末供給裝置100可以用于供給一種粉末。容納腔1011內的粉末在自身的重力作用下有向下流動的趨勢，并且部分粉末從出料口 1012流出容納腔1011并堆積在振動板102上。振動板102上的粉末受到振動板102的約束，以便形成靜止角為α的粉末堆(如圖3所示)。其中，該靜止角是指粉末在平面(振動板102)上自然堆積時形成的圓錐形的母線與平面的夾角。該靜止角α的大小取決于粉末的流動性、粉末的材料類型、粉末的顆粒尺寸分布、粉末的顆粒形狀等因素。
[0046]然后，振動源103啟動以便帶動振動板102振動，多個粉末供給裝置100的振動源103可以同時啟動，也可以不同時啟動，還可以依次啟動。當振動板102振動時，振動板102上的粉末向振動板102的邊緣移動(此時粉末堆不再保持靜止角，如圖5所示)。最終,粉末從振動板102的邊緣振落，并落入到位于所述接料位置的粉末接收箱104的接料腔1041內(如圖4所示)。
[0047]然后，驅動件113可以驅動粉末接收箱104從所述接料位置向所述卸料位置移動，但是粉末接收箱104并不移動到所述卸料位置以便防止接料腔1041內的粉末被傾倒出。具體地，驅動件113可以驅動粉末接收箱104在所述接料位置與中間位置之間移動以便將接料腔1041內的多種粉末混合均勻，所述中間位置位于所述接料位置與所述卸料位置之間。
[0048]最后，驅動件113驅動粉末接收箱104從所述接料位置移動到所述卸料位置，以便將接料腔1041內的混合均勻的粉末傾倒在工作平臺20上。也就是說，三維打印系統I的工作平臺20可以位于粉末接收箱104的下方以便接收從接料腔1041倒出的粉末。
[0049]根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末混合裝置10通過設置多個粉末供給裝置100且每個粉末供給裝置100設置位于出料口 1012的下方的振動板102和與振動板102相連的振動源103，從而可以有效地、穩定地向三維打印系統I的工作平臺20輸送多種粉末。因此，根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末混合裝置10具有粉末供給有效、穩定、粉末混合均勻等優點。
[0050]根據本發明實施例的三維打印系統I通過設置粉末混合裝置10，從而具有粉末供給有效、穩定、粉末混合均勻等優點。
[0051]具體地，粉末的粒徑可以是10微米-150微米。優選地，粉末的粒徑可以是10微米-100微米。進一步優選地,粉末的粒徑可以是20微米-50微米。更優選地,粉末的粒徑可以是30微米-40微米。粉末可以是金屬粉末、塑料粉末、陶瓷粉末等。
[0052]如圖1、圖2和圖4所示，在本發明的一些實施例中，容納腔1011的下端可以敞開，且粉末儲存箱101可以設在振動板102的上表面上。其中，粉末儲存箱101的第一側板1013與振動板102之間可以限定出出料口 1012。換言之，第一側板1013可以位于振動板102的上方以便在第一側板1013與振動板102之間限定出出料口 1012。由此不僅可以使粉末儲存箱101的結構更加簡單，粉末供給裝置100的結構更加合理，而且可以使粉末更加穩定地流到振動板102上，并且可以充分地利用容納腔1011內的粉末。
[0053]具體地，出料口 1012可以鄰近振動板102的第一端，在所述接料位置接料腔1041可以與多個振動板102的第一端相對以便接收從多個振動板102的第一端振落的粉末。換言之，在所述接料位置接料腔1041可以與每個振動板102的第一端都相對以便接收從每個振動板102的第一端振落的粉末。由此可以更加快速地將粉末供給到接料腔1041內。振動板102可以水平設置。
[0054]有利地，如圖1、圖2和圖4所示，容納腔1011的上端可以敞開以便形成進料口，粉末可以從容納腔1011的上端輸送到容納腔1011內。
[0055]如圖1、圖2和圖4所示，在本發明的一個實施例中，粉末儲存箱101的第二側板1014包括可以豎直部10141和傾斜部10142，傾斜部10142的上沿可以與豎直部10141的下沿相連，傾斜部10142可以從豎直部10141向下向內延伸。換言之，傾斜部10142的上沿可以與豎直部10141的下沿相連，傾斜部10142的下沿可以向下向內延伸。
[0056]其中，粉末儲存箱101的第二側板1014與粉末儲存箱101的第一側板1013相對。也就是說，第二側板1014與出料口 1012相對。粉末儲存箱101的內外方向如圖2和圖4中的箭頭D所示。通過使與出料口 1012相對的第二側板1014的下部(傾斜部10142)傾斜設置，可以使容納腔1011內的粉末更加容易地、快速地從出料口 1012流出容納腔1011。[0057]如圖1、圖2和圖4所示，粉末供給裝置100還可以包括安裝板114，安裝板114可以設在粉末儲存箱101上，振動源103可以安裝在安裝板114上。由此可以更加方便地、容易地對振動源103進行安裝，且可以使振動源103安裝的更加穩固。具體地，安裝板114可以安裝在第二側板1014的傾斜部10142上。
[0058]在本發明的一個具體示例中，如圖1、圖2和圖4所示，粉末供給裝置100還可以包括擋板105，擋板105可以可上下移動地設在粉末儲存箱101的第一側板1013上以便改變出料口 1012的大小。也就是說，當想改變出料口 1012的大小時，可以在上下方向上移動擋板105，以便改變出料口 1012的被擋板105遮擋住的部分的大小。當擋板105的下沿不低于第一側板1013的下沿時，出料口 1012最大，即整個出料口 1012都敞開。當擋板105的下沿與振動板102接觸時，出料口 1012全部被擋板105遮擋，即出料口 1012處于關閉狀態。
[0059]此外，通過改變擋板105的高度，即改變擋板105與振動板102之間的距離，可以改變粉末從出料口 1012流出的距離。擋板105的高度越大(擋板105與振動板102之間的距離越大，即出料口 1012的開口越大)，粉末從出料口 1012流出的距離越長。
[0060]對于一種確定的粉末(即粉末的材料是確定的)，其供給速率受擋板105的高度的影響，擋板105的高度越大，該粉末從容納腔1011流到振動板102的速率越大，即該粉末的供給速率越大。此外，粉末的供給速率還受到振動源103的振幅的影響，即粉末的供給速率還受到振動板102的振幅的影響，振動源103的振幅越大，粉末的供給速率越大。如果要使用另外一種類型的粉末，可以簡單地通過調節擋板105的高度、振動源103的振幅來獲得所需要的粉末供給速率。
[0061]也就是說，通過在粉末儲存箱101的第一側板1013上設置可上下移動的擋板105，從而不僅可以改變粉末從出料口 1012流出的距離，而且可以改變粉末的供給速率，因此可以通過調節擋板105的高度(即通過在上下方向上移動擋板105)，獲得各種類型的粉末所需要的粉末供給速率。
[0062]有利地，粉末接收箱104在所述接料位置與所述卸料位置之間可樞轉地設在振動板102的下方。由此不僅可以更加方便地、容易地將接料腔1041內的粉末傾倒在工作平臺20上，而且可以使多種粉末在接料腔1041內混合的更加均勻。具體而言，粉末接收箱104在所述接料位置與所述中間位置之間往復樞轉5-10次可以獲得比較均勻的混合效果。
[0063]如圖1、圖2和圖4所示，在本發明的一些示例中，用于三維打印系統I的粉末混合裝置10還可以包括稱重傳感器106，粉末接收箱104在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在稱重傳感器106上，以便測量接料腔1041內的粉末的重量。通過將粉末接收箱104設置在稱重傳感器106上，從而可以利用粉末混合裝置10供給預定重量的混合粉末。
[0064]有利地，如圖1、圖2和圖4所示，用于三維打印系統I的粉末混合裝置10還可以包括支撐件107和稱重平臺108。支撐件107可以設在工作平臺20的上表面201上，稱重傳感器106的一端可以設在支撐件107上,稱重傳感器106可以與工作平臺20在上下方向上間隔開。換言之，稱重傳感器106可以位于工作平臺20的上方。稱重平臺108可以設在稱重傳感器106的另一端上，粉末接收箱104在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在稱重平臺108上。也就是說，粉末接收箱104通過稱重平臺108在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在稱重傳感器106上。由此可以使粉末混合裝置10的結構更加合理。
[0065]在本發明的一個示例中，用于三維打印系統I的粉末混合裝置10還可以包括控制器109，控制器109與稱重傳感器106、驅動件113和多個粉末供給裝置100的振動源103相連以便控制驅動件113打開和關閉以及根據稱重傳感器106的粉末重量檢測值控制多個粉末供給裝置100的振動源103的打開和關閉。由此可以極大地提高粉末混合裝置10的自動化程度。換言之，所述控制器與每個粉末供給裝置100的振動源103均相連。
[0066]圖16為根據本發明實施例的三維打印系統I的硬件框圖。如圖16所示，振動源103通過開關110與電源111連接，控制器109 (例如計算機)與開關110連接，并可以向開關Iio發送信號使開關Iio合上與斷開。稱重傳感器106與A/D轉換器112連接，A/D轉換器112與控制器109連接，并將稱重傳感器106的檢測數據發送給控制器109采集。驅動件113與粉末接收箱104連接，并為粉末接收箱104提供動力。控制器109與驅動件113連接，并向驅動件113發送信號使驅動件113帶動粉末接收箱104轉動。
[0067]驅動器50可以與粉末鋪平裝置40的滑動件403連接以便通過滑動件403帶動粉末鋪平裝置40的梳子404鋪平粉末。控制器109與驅動器50連接，并向驅動器50發送信號使驅動器50帶動粉末鋪平裝置40運動。驅動器60通過活塞桿303與活塞302相連(驅動器60通過運動副與活塞桿303連接)。控制器109與驅動器60連接，并向驅動器60發送信號使驅動器60帶動活塞302上下運動。
[0068]下面參考圖17描述根據本發明實施例的三維打印系統I的粉末混合裝置10的工作過程。
[0069]首先，控制器109采集A/D轉換器112的數據，記下初始重量GO。然后，控制器109向開關110發送指令，使開關110合上，一個粉末供給裝置100的振動源103振動，該振動板102上的粉末落入粉末接收箱104的接料腔1041內。控制器109采集A/D轉換器112的數據，記下當前重量Gl。如果Gl-GO小于設定的供給量G，則控制器109繼續采集數據。如果Gl-GO大于或等于設定的供給量G，控制器109向開關110發送指令，使開關110斷開，停止粉末的供應。
[0070]當向接料腔1041內供給第二種粉末時，控制器109控制另一個粉末供給裝置100的振動源103振動。重復上述過程，以便完成將多種粉末供給到接料腔1041內的過程。然后，控制器109向驅動件113發送信號，使粉末接收箱104在所述接料位置與所述中間位置之間往復樞轉以便將接料腔1041內的多種粉末混合均勻。最后，控制器109向驅動件113發送信號，使粉末接收箱104轉過一定角度(即粉末接收箱104樞轉到所述卸料位置)，以便將粉末傾倒在工作平臺20上。這樣完成了一次粉末供給。
[0071]其中，粉末供給精度主要取決于稱重傳感器106的靈敏度以及A/D轉換器112的分辨率，可以根據實際情況選擇。
[0072]成形缸30可以是已知的，且成形缸30與工作平臺20可以通過已知的方式相連，這與本發明的發明點無關，在此不再詳細地描述。如圖1所示，在本發明的一個具體示例中，工作平臺20上可以設有沿上下方向貫通工作平臺20的容納孔202，成形缸30的上端可以容納在容納孔202內。
[0073]下面以所需的粉末為兩種為例，參考圖18描述根據本發明實施例的三維打印系統I的工作過程。初始i=l，表示從第I層開始成形。控制器109計算第i層所需要的A粉末的重量和B粉末的重量。計算式如下:
[0074]GA=k P AgVspace η λ a
[0075]GB=kpBgVspacen λΒ
[0076]式中Pa為A粉末的實體密度，Pb SB粉末的實體密度，g為重力加速度，Vsp為缸體301的上部的空間304的體積(當i=l時，Vspace為缸體301的位于活塞302上方的空間304的體積)，η為混合粉末在自然堆積下的致密度，λ Α和λ Β分別為A粉末和B粉末在這一層中所占的體積分數，其中λΑ+λΒ=1。k為粉末重量的裕度，因為很難保證粉末恰好填充空間304，因此需要留出一定余量，以便保證混合粉末能夠將空間304填滿。具體地，k=l.1-1.2。
[0077]隨著層數i的增加，不斷改變入4和λΒ的值。例如，在第I層，λΑ=1, λΒ=0，隨著層數i的增加，λ A逐層減小，λ B逐層增大。在最后一層，λΑ=0，Ab=10這樣就可以獲得具有材料梯度的三維物體。
[0078]通過上述方式將A粉末和B粉末供給到接料腔1041內，然后將混合均勻的A粉末和B粉末的混合粉末供給到工作平臺20上。然后利用粉末鋪平裝置40將混合粉末鋪平到空間304內。利用激光或電子束掃描粉末層,使相應截面內的粉末熔化，以便完成第i層的成形。接著，驅動器60通過活塞桿303帶動活塞302下降一個粉末層的高度，并重復上述過程，以便對第i+Ι層進行成形。
[0079]在對所有層進行成形后，就可以在成形缸30內得到具有材料梯度的三維物體。
[0080]粉末鋪平裝置40可以位于工作平臺20的上方。
[0081]下面參考圖9-圖15描述根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末鋪平裝置40。如圖9-圖15所示，根據本發明實施例的用于三維打印系統的粉末鋪平裝置40包括第一導軌401、第二導軌402、滑動件403、梳子404、第一滾輪405、第二滾輪406和驅動器50。
[0082]第一導軌401和第二導軌402間隔開地設在工作平臺20的上表面201上，其中第一導軌401的下表面的第一部分和第二導軌402的下表面的第一部分均與工作平臺20在上下方向上間隔開。梳子404傾斜地設在滑動件403上，梳子404的下沿與工作平臺20的上表面201接觸以便對工作平臺20的上表面201上的粉末進行鋪平。換言之，梳子404相對工作平臺20的上表面201傾斜設置，即梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α大于O度且小于等于90度。也就是說，梳子404傾斜地設在滑動件403上是指:梳子404相對于工作平臺20的上表面201來說是傾斜的，即梳子404相對工作平臺20的上表面201傾斜地設在滑動件403上。
[0083]第一滾輪405設在梳子404的第一側，第二滾輪406設在梳子404的第二側。驅動器50與滑動件403相連以便通過滑動件403帶動梳子404在初始位置與終止位置之間移動。其中，梳子404在從所述初始位置向所述終止位置移動時，第一滾輪405與第一導軌401的下表面的所述第一部分接觸，第二滾輪406與第二導軌402的下表面的所述第一部分接觸。
[0084]下面參考圖9-圖12描述根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末鋪平裝置40的工作過程。在圖9中，粉末鋪平裝置40位于所述初始位置。當需要對工作平臺20的上表面201上的粉末2 (由粉末混合裝置10供給的混合粉末)進行鋪平時，驅動器50通過滑動件403帶動梳子404從所述初始位置向所述終止位置移動(圖9中的箭頭示出了梳子404的移動方向)。由于梳子404的下沿與工作平臺20的上表面201接觸，因此可以將工作平臺20的上表面201上的粉末2鋪平(鋪平后的粉末2如圖10所示)。
[0085]具體而言，三維打印系統可以包括成形缸，所述成形缸可以包括缸體和可上下移動地設在所述缸體內的活塞，其中所述缸體與工作平臺20相連，所述缸體的上表面與工作平臺20的上表面平齊。所述成形缸可以是已知的，且所述成形缸與工作平臺20可以通過已知的方式相連，這與本發明的發明點無關，在此不再詳細地描述。在本發明的一個具體示例中，工作平臺20上可以設有沿上下方向貫通工作平臺20的容納孔202，所述成形缸的上端可以容納在容納孔202內。
[0086]由于梳子404相對工作平臺20的上表面201傾斜設置，因此可以極大地減小梳子404的梳齒在刮過不平整的表面時的變形應力，從而可以降低梳子404的梳齒發生不可恢復的變形或折斷的風險，由此可以使鋪平過程能夠順利地進行，不會被打斷。
[0087]而且，在鋪平粉末時，由于設在梳子404上的第一滾輪405和第二滾輪406以第一導軌401的下表面的所述第一部分和第二導軌402的下表面的所述第一部分為參考面滾動，并且粉末2不能在第一導軌401的下表面的所述第一部分和第二導軌402的下表面的所述第一部分上積累，因此可以保證該參考面的恒定。而且，當梳子404刮過障礙時，第一導軌401和第二導軌402向梳子404產生向下的壓緊力，從而保證梳子404可以完全依靠梳齒的彈性變形越過障礙。由于該參考面可以保持恒定，因此梳子404不會被整體抬升，從而不會導致沒有障礙的地方的粉末層變厚，即可以使鋪平得到的粉末層的厚度保持一致。
[0088]根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末鋪平裝置40通過將梳子404傾斜地設在滑動件403上，從而可以極大地減小梳子404的梳齒在刮過不平整的表面時的變形應力，進而可以降低梳子404的梳齒發生不可恢復的變形或折斷的風險。而且，由于第一滾輪405和第二滾輪406在保持恒定的參考面上移動，因此可以使鋪平得到的粉末層的厚度保持一致。因此，根據本發明實施例的用于三維打印系統I的粉末鋪平裝置40具有鋪平效果好、鋪平效率高、不易損壞、使用壽命長等優點。
[0089]理論計算表明，梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α越小，梳子404的梳齒在越過同樣高度的障礙時的最大應力值越小。例如，當夾角α為65度時，梳子404的梳齒越過0.2暈米聞的障礙時，梳子404的梳齒所受:的最大應力值為梳子404垂直設在工作平臺20的上表面201 (即梳子404垂直于工作平臺20的上表面201)時梳齒所受的最大應力值的13.4%，梳子404的梳齒越過0.6毫米高的障礙時，梳子404的梳齒所受的最大應力值為梳子404垂直設在工作平臺20的上表面201時梳齒所受的最大應力值的3L 8%。
[0090]有利地，梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α可以是45度-85度。由此可以進一步減小梳子404的梳齒越過障礙時的最大應力值，進一步降低梳子404的梳齒發生不可恢復的變形或折斷的風險。
[0091]進一步有利地，梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α可以是65度。由此可以進一步減小梳子404的梳齒越過障礙時的最大應力值，進一步降低梳子404的梳齒發生不可恢復的變形或折斷的風險。
[0092]如圖9-圖12所示，在本發明的一些實施例中，梳子404可以可樞轉地設在滑動件403上，粉末鋪平裝置40還可以包括調節件407，調節件407可以可移動地設在滑動件403上，且調節件407可以與梳子404接觸以便調節梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α的大小。由此可以使粉末鋪平裝置40的結構更加合理，并且可以進一步提高鋪平效果和鋪平效率，進一步延長粉末鋪平裝置40的使用壽命。
[0093]有利地，滑動件403上可以設有螺紋孔，調節件407可以螺紋配合在螺紋孔內，調節件407的端部可以穿過螺紋孔且與梳子404接觸。由此可以使粉末鋪平裝置40的結構更加合理，并且可以更加容易地、精確地調節梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α的大小。
[0094]下面以梳子404在左右方向上移動為例，描述利用調節件407調節梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α的大小的過程，其中左右方向如圖9-圖12中的箭頭E所示。梳子404的主體位于滑動件403的左側，且梳子404位于調節件407的左側，調節件407的左端可以穿過螺紋孔且調節件407的左端可以與梳子404接觸。當需要增大梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α時，可以旋轉調節件407以便使調節件407向右移動。當需要減小梳子404與工作平臺20的上表面201的夾角α時，可以旋轉調節件407以便使調節件407向左移動。
[0095]如圖9-圖12所示，在本發明的一個實施例中，用于三維打印系統的粉末鋪平裝置40還包括第一楔形塊408、第二楔形塊409、第一翻板410和第二翻板411。第一楔形塊408可以具有第一斜面4081，第二楔形塊409可以具有第二斜面4091。第一翻板410可以可樞轉地設在第一導軌401的遠離所述初始位置的端部(例如第一導軌401的右端)且第一翻板410的遠離第一導軌401的端面(例如第一翻板410的右端面)可以是第三斜面4101。
[0096]第二翻板411可以可樞轉地設在第二導軌402的遠離所述初始位置的端部(例如第二導軌402的右端)且第二翻板411的遠離第二導軌402的端面(例如第二翻板411的右端面)可以是第四斜面4111。其中，第三斜面4101可以支撐在第一斜面4081上，第四斜面4111可以支撐在第二斜面4091上。在對粉末2進行鋪平時，梳子404從所述初始位置向第一導軌401的遠離所述初始位置的端部和第二導軌402的遠離所述初始位置的端部移動。
[0097]梳子404鋪平粉末2后繼續向所述終止位置移動，當第一滾輪405移動至第一斜面4081且第二滾輪406移動至第二斜面4091后，第一滾輪405沿第一斜面4081且第二滾輪406沿第二斜面4091向上移動，并且第一滾輪405可以頂開第一翻板410且第二滾輪406可以頂開第二翻板411 (如圖10所示)。如圖11所示，當第一滾輪405移動到第一楔形塊408的上表面4082且第二滾輪406移動到第二楔形塊409的上表面4092時，梳子404位于所述終止位置，第一翻板410和第二翻板411恢復原狀。此時，梳子404被向上抬升了一段距離，且梳子404不再與工作平臺20的上表面201接觸。
[0098]然后，驅動器50可以帶動梳子404從所述終止位置向所述初始位置移動，第一滾輪405依次經過第一楔形塊408的上表面4082、第一翻板410的上表面4102和第一導軌401的上表面4013，第二滾輪406依次經過第二楔形塊409的上表面4092、第二翻板411的上表面4112和第二導軌402的上表面4021。最后，第一滾輪405從第一導軌401的上表面4013上滾落且第二滾輪406從第二導軌402的上表面4021上滾輪，此時梳子404回到所述初始位置。
[0099]如果梳子404在工作平臺20的上表面201上進行回程移動，即梳子404在工作平臺20的上表面201上從所述終止位置移動到所述初始位置，則梳子404容易頂住不平整的表面，導致梳子404產生大變形甚至折斷。因此，通過設置第一翻板410、第二翻板411、第一楔形塊408和第二楔形塊409,從而在梳子404從所述終止位置移動到所述初始位置時無需與工作平臺20的上表面201接觸，由此可以防止梳子404產生大變形甚至折斷。
[0100]有利地，第一斜面4081可以平行于第三斜面4101 (第一翻板410未被頂起時)，第二斜面4091可以平行于第四斜面4111 (第二翻板411未被頂起時)。
[0101]如圖9-圖12所不，第一翻板410的上表面4102可以鄰近第一導軌401的上表面4013和第一楔形塊408的上表面4082，第一翻板410的下表面可以鄰近第一導軌401的下表面。第一翻板410的上表面4102、第一導軌401的上表面4013和第一楔形塊408的上表面4082可以平齊，第一翻板410的下表面可以與第一導軌401的下表面平齊。
[0102]第二翻板411的上表面4112可以鄰近第二導軌402的上表面4021和第二楔形塊409的上表面4092，第二翻板411的下表面可以鄰近第二導軌402的下表面。第二翻板411的上表面4112、第二導軌402的上表面4021和第二楔形塊409的上表面4092可以平齊，第二翻板411的下表面可以與第二導軌402的下表面平齊。由此可以使粉末鋪平裝置40的結構更加合理，第一滾輪405和第二滾輪406在移動過程中更加平穩。
[0103]如圖9-圖12和圖15所示，在本發明的一些示例中，梳子404可以包括本體4041、第一樞轉軸4042、第二樞轉軸4043、第三樞轉軸4044和第一鋪平部4045。本體4041可以傾斜地設在滑動件403上，本體4041可以與調節件407接觸。第一樞轉軸4042可以設在本體4041上，且第一樞轉軸4042可以可旋轉地安裝在滑動件403上。第二樞轉軸4043可以設在本體4041的第一側，第三樞轉軸4044可以設在本體4041的第二側，本體4041的第一側與本體4041的第二側可以相對。第一滾輪405可以安裝在第二樞轉軸4043上，第二滾輪406可以安裝在第三樞轉軸4044上。第一鋪平部4045可以設在本體4041上，第一鋪平部4045上可以間隔開地設有多個第一梳齒40451，每個第一梳齒40451的下沿可以與工作平臺20的上表面201接觸。每個第一梳齒40451相對工作平臺20的上表面201傾斜地設置。由此可以使梳子404的結構更加合理。
[0104]第一樞轉軸4042可以是兩個，一個第一樞轉軸4042可以設在本體4041的第一側上，另一個第一樞轉軸4042可以設在本體4041的第二側上。
[0105]有利地，本體4041可以是平板狀，第一鋪平部4045可以是平板狀，且第一鋪平部4045可以平行于本體4041。本體4041和第一鋪平部4045都可以相對工作平臺20的上表面201傾斜地設置。
[0106]在本發明的一個示例中，如圖13和圖14所示，梳子404還可以包括第二鋪平部4046，第二鋪平部4046可以設在本體4041上，第二鋪平部4046可以相對第一鋪平部4045遠離所述初始位置。具體地，第二鋪平部4046可以位于第一鋪平部4045的右側。其中，第二鋪平部4046上可以間隔開地設有多個第二梳齒40461，每個第二梳齒40461的下沿可以與工作平臺20的上表面201間隔預定距離。
[0107]通過在本體4041上設置第二鋪平部4046且第二鋪平部4046的第二梳齒40461的下沿與工作平臺20的上表面201間隔預定距離，從而可以利用第二鋪平部4046先對粉末2進行初步鋪平，即可以將粉末2的推力分散到第一鋪平部4045和第二鋪平部4046上，由此可以減小梳子404變形的風險。[0108]有利地，第二鋪平部4046可以是平板狀，且第二鋪平部4046可以平行于第一鋪平部4045和本體4041。由此可以使梳子404的結構更加合理。本體4041、第一鋪平部4045和第二鋪平部4046都可以相對工作平臺20的上表面201傾斜地設置。每個第二梳齒40461的下沿與工作平臺20的上表面201之間的距離可以大于O且小于等于I毫米。優選地，每個第二梳齒40461的下沿與工作平臺20的上表面201之間的距離可以是0.2毫米。
[0109]如圖14所示，第一鋪平部4045和第二鋪平部4046可以采用彈性較好的材料制成，并利用線切割加工出等間距的槽，以便形成一列第一梳齒40451和一列第二梳齒40461。每個第一梳齒40451的寬度可以是I毫米，每個第二梳齒40461的寬度可以是I毫米。
[0110]第一鋪平部4045和第二鋪平部4046的厚度可以根據材料而定，一般在0.1毫米-1毫米。有利地，第一鋪平部4045和第二鋪平部4046都可以由彈簧鋼支撐，第一鋪平部4045的厚度和第二鋪平部4046的厚度都可以是0.4毫米。
[0111]如圖13和圖14所示，有利地，第二鋪平部4046可以平行于第一鋪平部4045。由此可以使梳子404的結構更加合理。
[0112]在本發明的一個具體示例中，如圖14所示，相鄰兩個第二梳齒40461之間的間隙在梳子404的移動方向(例如左右方向)上可以與第一梳齒40451相對。換言之,第一鋪平部4045與第二鋪平部4046可以錯開設置。當第二鋪平部4046刮過粉末2時，會有粉末2從相鄰兩個第二梳齒40461之間的間隙中漏出。由于該間隙與第一梳齒40451相對，因此第一梳齒40451可以將漏出的粉末2刮平，由此可以進一步提高粉末鋪平裝置40的鋪平效果O
[0113]如圖9-圖12所示，第一導軌401和第二導軌402中的每一個可以包括導軌部4011和支撐部4012。支撐部4012可以設在工作平臺20的上表面201上，導軌部4011可以設在支撐部4012上，且導軌部4011可以位于工作平臺20的上方。也就是說，導軌部4011的下表面與工作平臺20在上下方向上間隔開。
[0114]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0115]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，包括: 多個粉末供給裝置，每個所述粉末供給裝置包括: 粉末儲存箱，所述粉末儲存箱內具有容納腔，所述粉末儲存箱上設有與所述容納腔連通的出料口； 振動板，所述振動板設在所述出料口的下方且與所述出料口相對以便接收從所述出料口流出的粉末；和 振動源，所述振動源與所述振動板相連以便帶動所述振動板振動； 粉末接收箱，所述粉末接收箱內具有上端敞開的接料腔，所述粉末接收箱在接料位置與卸料位置之間可移動地設在多個所述粉末供給裝置的振動板的下方，其中在所述接料位置所述接料腔與多個所述粉末供給裝置的振動板相對以便接收粉末；以及 驅動件，所述驅動件與所述粉末接收箱相連以便驅動所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間移動。
2.根據權利要求1所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，所述容納腔的下端敞開且所述粉末儲存箱設在所述振動板的上表面上，其中所述粉末儲存箱的第一側板與所述振動板之間限定出所述出料口。
3.根據權利要求2所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，所述粉末儲存箱的第二側板包括豎直部和傾斜部，所述傾斜部的上沿與所述豎直部的下沿相連，所述傾斜部從所述豎直部向下向內延伸，其中所述粉末儲存箱的第二側板與所述粉末儲存箱的第一側板相對。
4.根據權利要求2所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，所述粉末供給裝置還包括擋板，所述擋板可上下移動地設在所述粉末儲存箱的第一側板上以便改變所述出料口的大小。
5.根據權利要求1所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，還包括稱重傳感器，所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在所述稱重傳感器上，以便測量所述接料腔內的粉末的重量。
6.根據權利要求5所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，還包括: 支撐件，所述支撐件適于設在工作平臺的上表面上，所述稱重傳感器的一端設在所述支撐件上，所述稱重傳感器適于與所述工作平臺在上下方向上間隔開；和 稱重平臺，所述稱重平臺設在所述稱重傳感器的另一端上，所述粉末接收箱在所述接料位置與所述卸料位置之間可移動地設在所述稱重平臺上。
7.根據權利要求6所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，還包括控制器，所述控制器與所述稱重傳感器、所述驅動件和多個所述粉末供給裝置的振動源相連以便控制所述驅動件打開和關閉以及根據所述稱重傳感器的粉末重量檢測值控制所述振動源的打開和關閉。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置，其特征在于，所述粉末的粒徑為10微米-150微米。
9.一種三維打印系統，其特征在于，包括: 粉末混合裝置，所述粉末混合裝置為根據權利要求1-8中任一項所述的用于三維打印系統的粉末混合裝置；工作平臺，所述工作平臺設在所述粉末接收箱的下方以便接收從所述粉末接收箱倒出的粉末； 成形缸，所述成形缸包括缸體和可上下移動地設在所述缸體內的活塞，其中所述缸體與所述工作平臺相連，所述缸體的上表面與所述工作平臺的上表面平齊；和 用于將所述工作平臺上的粉末鋪平到所述缸體內的粉末鋪平裝置。
10.根據權利要求9所述的三維打印系統，其特征在于，所述粉末鋪平裝置包括: 第一導軌和第二導軌，所述第一導軌和所述第二導軌間隔開地設在所述工作平臺的上表面上，其中所述第一導軌的下表面的第一部分和所述第二導軌的下表面的第一部分均與所述工作平臺在上下方向上間隔開； 滑動件； 梳子，所述梳子傾斜地設在所述滑動件上，所述梳子的下沿與所述工作平臺的上表面接觸； 第一滾輪和第二滾輪，所述第一滾輪設在所述梳子的第一側，所述第二滾輪設在所述梳子的第二側； 驅動器，所述驅動器與所述滑動件相連以便通過所述滑動件帶動所述梳子在初始位置與終止位置之間移動，其中所述梳子在從所述初始位置向所述終止位置時，所述第一滾輪與所述第一導軌的下表面的第一部分接觸，所述第二滾輪與所述第二導軌的下表面的第一部分接觸。
【文檔編號】B22F3/115GK103737932SQ201410007083
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】林峰, 郭超, 張峻, 張磊, 張婷, 姚睿 申請人:清華大學