电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置
阅读说明：本技术 电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置 (Vibration type powder paving device for additive manufacturing of electron beam powder bed ) 是由 张向东 唐辉 张建飞 黄汉超 吴宗霖 黄奉宾 郭文明 唐强 秦远 刘强 李黎 于 2019-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置,其下料机构的前、后装粉箱的出粉口处于铺粉平台的前、后部上方；其铺粉机构包括通过移动机构安装于铺粉平台上方前、中、后刮刀,移动机构包括于铺粉平台前、后端作往复运动的左、右移动架,中刮刀固定安装于左、右移动架上,前、后刮刀通过抬刀机构安装于左、右移动架上,移动架向前移动时抬刀机构抬起前刮刀而下降后刮刀,移动架向后移动时抬刀机构抬起后刮刀而下降前刮刀；成型机构包括设于升降架上的成形缸,成形时升起的成形缸于铺粉平台的避让口处平齐于台面。本发明破坏了颗粒群松散堆积结构,提高了粉末层的致密度,让颗粒与颗粒之间得以充分接触,改善了粉层的导电性。(The invention discloses a vibration type powder paving device for additive manufacturing of an electron beam powder bed, wherein powder outlets of a front powder box and a rear powder box of a blanking mechanism are positioned above the front part and the rear part of a powder paving platform; the powder spreading mechanism comprises a front scraper, a middle scraper and a rear scraper which are arranged above a powder spreading platform through a moving mechanism, the moving mechanism comprises a left moving frame and a right moving frame which reciprocate at the front end and the rear end of the powder spreading platform, the middle scraper is fixedly arranged on the left moving frame and the right moving frame, the front scraper and the rear scraper are arranged on the left moving frame and the right moving frame through a cutter lifting mechanism, the cutter lifting mechanism lifts the front scraper and descends the rear scraper when the moving frame moves forwards, and the cutter lifting mechanism lifts the rear scraper and descends the front scraper when the moving frame moves backwards; the forming mechanism comprises a forming cylinder arranged on the lifting frame, and the forming cylinder lifted during forming is parallel and level to the table top at the avoidance port of the powder spreading platform. The invention destroys the loose accumulation structure of the particle group, improves the density of the powder layer, leads the particles to be fully contacted and improves the conductivity of the powder layer.)
技术领域
本发明涉及铺粉技术装备，具体为一种电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置。
背景技术
铺粉技术是最近发展起来的一种新兴技术，其利用了粉末的可流动性在某种驱动力的作用下呈现平坦、细腻的粉体表面。随着科技的发展，铺粉技术在粉体成形领域得到了广泛应用，也是熔粉3D打印领域重要的成形工艺之一。
铺粉过程一般为从装粉箱自由落下来的松散颗粒的刮取和推动，再借助其颗粒群的流动性使颗粒在规定的片状空间内成随机堆积。《材料科学与工程》中提到颗粒群堆积原理，静止的颗粒群内部可能有两种平衡状态：一是一定体积的粉粒均落在彼此的孔隙位置使占地空间置于最小的状态，二是这些颗粒群内必定存在位错引起的瞬时平衡的状态甚至即便是最紧密堆积也有26％左右的四、八面体空隙。那些空隙和颗粒的静电、极化对导电系统或在电子束熔粉过程中严重阻碍导电回路，导致粉层溃散难以成形。
近年来在国内外杂志期刊和综述中提到了不少实现铺粉的装置，大体上分为以下几种：
1、微喷射式铺粉装置，其机构复杂，落粉松散，其喷头的设计往往需要大量的人力和财力。
2、转筒式铺粉装置，具有一定的压实性但会引起局部位置应力集中，在电子束熔粉烧结过程中工件容易产生裂纹。
3、移动料斗式铺粉装置，出粉效果往往不理想。
4、刮板式铺粉装置，为在粉床熔粉铺粉领域中最常见铺粉方式，为提高压实效果而给刮板各种倾斜角度，但实际过程中碰到大颗粒粉料，尤其是对电子束熔粉打印粉料铺粉而言，带倾斜角的刮板纵向动跳动非常明显，造成粉料颗粒群极度松散。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种解决常规刮板式铺粉装置中存在粉料颗粒群松散而引起的触电式静电溃散和成形过度塌陷问题的电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置。
能够解决上述技术问题的电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置，其技术方案包括基于铺粉平台设置的下料机构、铺粉机构和成型机构，所不同的是：
1、所述下料机构包括前装粉箱和后装粉箱，前、后装粉箱的出粉口分别处于铺粉平台的前、后部上方。
2、所述铺粉机构包括前刮刀、中刮刀和后刮刀，前、中、后刮刀通过移动机构安装于铺粉平台上方，所述移动机构包括在传动机构带动下于铺粉平台前、后端作直线往复运动的左、右移动架，所述中刮刀固定安装于左、右移动架上，中刮刀上设有振动器，前、后刮刀通过抬刀机构安装于左、右移动架上，左、右移动架向前移动时，抬刀机构抬起前刮刀而下降后刮刀，左、右移动架向后移动时，抬刀机构抬起后刮刀而下降前刮刀。
3、所述成型机构包括于铺粉平台底部设于升降架上的成形缸，所述铺粉平台上开设有与成形缸匹配的避让口，成形时升起的成形缸于避让口处平齐于铺粉平台。
所述抬刀机构的一种结构包括由左、右抬刀电机驱动而前、后同步摆动的左、右刮刀架，前刮刀的左、右两端安装于左、右刮刀架的前端，后刮刀的左、右两端安装于左、右刮刀架的后端。
进一步，左、右刮刀架上设有监测前、后刮刀是否抬刀的传感器。
为防止铺粉机构超程运行，所述铺粉平台的前、后两端设有限位开关。
各刮刀的一种结构包括刀板、刮片和压条，所述压条将刮片装夹在刀板上
优选的，前、后刮刀的刮片采用薄板或薄片，中刮刀的刮片采用梳齿型薄板或薄片。
所述振动器优选能在三维方向产生振动的超声波振动器。
所述传动机构的一种结构包括分别连接左、右移动架的左、右同步带传动副，左、右移动架分别滑动安装于左、右导向杆上。
本发明的有益效果：
1、本发明电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置是刮板式铺粉技术和移动料斗式铺粉装置的结合，在具有刮板式铺粉的优点基础上，两个交替抬刀的前、后刮刀可以把两端过剩的粉末重复利用。
2、本发明结构中，中刮刀的振动在对粉层有压实作用的同时更使小颗粒粉末填入大颗粒粉末形成的多面体空隙当中，提高了粉层的导电性，从而降低了静电溃散的机率。
3、本发明结构中，铺粉装置往返运动时，粉末被梳齿型中刮刀的振动而形成波纹表面，经前刮刀或后刮刀时再一次被压实和铺平。
4、本发明结构中，前、中、后刮刀的各零部件均为适合高温作业的金属材质制作，安装和维护非常方便。
5、本发明可以破坏颗粒群松散堆积中的位错型桥架和堆积错层等瞬态平衡结构，使小直径的颗粒填充于大颗粒堆积形成的多面体空隙中而提高颗粒群的致密度，让颗粒与颗粒之间得以充分的接触，提高粉层的导电性，以便于电子束粉末床增材制造熔粉成形等的一系列工作。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的轴测图。
图2为图1实施方式的主视图。
图3为图1、图2中铺粉机构的轴测图。
图号标识：1、铺粉平台；2、前装粉箱；3、后装粉箱；4、成形缸；4-1、工件成形腔；5、前刮刀；6、中刮刀；7、后刮刀；8、移动架；9、振动器；10、抬刀电机；11、刮刀架；12、传感器；13、限位开关；14、同步带传动副；15、导向杆；16、刀板；17、刮片；18、压条；19、台架；20、升降架；21、基板；22、电机减速器；23、绝缘板。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明电子束粉末床增材制造振动式铺粉装置，包括铺粉平台1和基于铺粉平台1设置的下料机构、铺粉机构和成型机构。
所述铺粉平台1(长方形板体)水平设置于台架19上，铺粉平台1的长度方向为前、后方向，宽度方向为左、右方向，铺粉平台1的中央开设有成形缸避让口，如图1、图2所示。
所述下料机构包括前装粉箱2和后装粉箱3，前、后装粉箱2、3分别安装于铺粉平台1前、后端的上方，前、后装粉箱2、3的出粉口分别处于铺粉平台1前、后部的上方，如图2所示。
所述成型机构设于铺粉平台1下方的中央位置处，包括通过基板21和绝缘板23安装于升降架20上的成形缸4，为了形成电子束的导电回路，用导线连接基板21和升降架20，所述成形缸4的缸体内部开设有工件成形腔4-1，所述升降架20带动成形缸4升起和降落，在成形缸4升起的上限位置，成形缸4的缸体端面匹配于铺粉平台1的成形缸避让口内并与铺粉平台1的台面平齐，如图2所示。
所述铺粉机构包括设于铺粉平台1上方的前刮刀5、中刮刀6、后刮刀7和设于铺粉平台1左、右两侧的导向杆15，左、右导向杆15(前、后方向)上分别滑动套装有左、右移动架8，左、右移动架8分别连接铺粉平台1左、右两侧设置的左、右同步带传动副14，在电机减速器22的驱动下，左、右同步带传动副14带动左、右移动架8于左、右导向杆15上同步作前、后往复移动；所述中刮刀6左、右向竖直设置，包括对应的刀板16、刮片17和压条18，所述压条18将刮片17装夹在刀板16上，刮片17为金属材料制作的梳齿型薄板或薄片，中刮刀6通过刀板16的左、右两端安装左、右移动架8的中部，安装后的刮片17的下端与铺粉平台1的台面保持铺粉间隙，如图1、图3所示。
所述前刮刀5左、右向竖直设置，包括对应的刀板16、刮片17和压条18，所述刀板16的下部为向前下方倾斜的楔角，所述压条18将刮片17装夹在刀板16的一侧面上，刀板16的另一侧面上安装有超声波振动器9，刮片17为金属材料制作的薄板或薄片；所述后刮刀7左、右向竖直设置，包括对应的刀板16、刮片17和压条18，所述刀板16的下部为向后下方倾斜的楔角，所述压条18将刮片17装夹在刀板16上，刮片17为金属材料制作的薄板或薄片，如图3所示。
左移动架8上设有左刮刀架11，左刮刀架11的右端面上分别安装有前、后吊杆，左刮刀架11的左端下部安装在左抬刀电机10的输出轴上，左抬刀电机10通过电机座安装于左移动架8左侧端面上；右移动架8上设有右刮刀架11，右刮刀架11的左端面上分别安装有前、后吊杆，右刮刀架11的右端下部安装在右抬刀电机10的输出轴上，右抬刀电机10通过电机座安装于右移动架8右侧端面上，如图1、图3所示。
所述前刮刀5通过对应刀板16安装于左、右刮刀架11的前吊杆上，具体的：刀板16的左、右上端分别铰装于左、右前吊杆的下端；所述后刮刀7通过对应刀板16安装于左、右刮刀架11的后吊杆上，具体的：刀板16的左、右上端分别铰装于左、右后吊杆的下端；左、右抬刀电机10同步带动左、右刮刀架11前、后摆动，左、右刮刀架11向前摆动时下落前刮刀5而抬起后刮刀7，下落的前刮刀5的刮片17下端抵触在铺粉平台1的台面上，而左、右刮刀架11向后摆动时则下落后刮刀7而抬起前刮刀5，下落的后刮刀7的刮片17下端抵触在铺粉平台1的台面上，左、右移动架8的前、后侧面上分别设有监测前、后刮刀5、7是否抬刀的传感器12，如图1、图3所示。
本发明运行的步骤为：
1、传动机构先把铺粉机构移动至铺粉平台1的前端(铺粉平台1的前端设有防止铺粉机构向前移出铺粉平台1的限位开关13)，前装粉箱2将粉末下料于铺粉机构后方的铺粉平台1上，后刮刀7抬起而前刮刀5下落。
2、成形缸4升起平齐在铺粉平台1的台面上。
3、传动机构带动铺粉机构自前端向后端移动，振动的中刮刀6先接触粉末而前刮刀5向前下方倾斜的刮片17下端后接触粉末(拖压在粉末上)，从而将前装粉箱2下料的粉末铺平。
4、在经过成形缸4时，铺粉机构将粉末铺在成形缸4的工件成形腔4-1内。
5、铺粉机构继续向后移动至铺粉平台1的后端(铺粉平台1的后端设有防止铺粉机构向后移出铺粉平台1的限位开关13)，前刮刀5抬起而后刮刀7下落。
6、后装粉箱3将粉末下料于铺粉机构前方的铺粉平台1上。
7、传动机构带动铺粉机构自后端向前端移动，振动的中刮刀6先接触粉末而后刮刀7向后下方倾斜的刮片17下端后接触粉末(拖压在粉末上)，从而将后装粉箱3下料的粉末以及前次剩余的粉末铺平。
8、在经过成形缸4时，铺粉机构将粉末铺在成形缸4的工件成形腔4-1内。
9、传动机构带动铺粉机构继续向前移动至铺粉平台1的前端而实现一次往返式振动铺粉。
10、传动机构带动铺粉机构周而复始按步骤1～9运行直至将粉末全部铺满工件成形腔4-1为止。