鋪粉控制
鋪粉控制系統(tǒng)是整個技術(shù)的核心組成部分之一。鋪粉的厚度、表面平整度、鋪粉致密度和精確度都對加工結(jié)果有著影響, 也是影響最終成型精度的主要因素. 因此, 鋪粉控制系統(tǒng)的整體自動化性能和各部分的協(xié)同工作要求非常高. 常用的鋪粉控制系統(tǒng):刮板式、反轉(zhuǎn)輥軸式、反轉(zhuǎn)輥軸和刮板結(jié)合、正向輥軸式、正向輥軸和刮板結(jié)合、移動漏斗、振動式鋪粉系統(tǒng). 文獻根據(jù)粉體的堆積密度和粉體的表面質(zhì)量參數(shù), 對不同鋪粉控制系統(tǒng)進行實驗, 使用22mm 直徑反轉(zhuǎn)輥軸式系統(tǒng)可以得到最高的密度(1.2 gr/cm3), 同時表面質(zhì)量最優(yōu); 正向輥軸和刮板結(jié)合可以得到高密度(1.0 gr/cm3), 但是這對組合需要完善的設(shè)置, 防止粉末表面失真. 其中刮板式鋪粉系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單, 易于控制, 但是粉末的致密度低(0.7 gr/cm3); 輥軸式鋪粉系統(tǒng)可以提高粉末的致密度(0.9 gr/cm3); 移動式漏斗采用直接鋪灑粉末，沒有壓實作用, 因此粉末的致密度低(0.7 gr/cm3)。
美國3D Systems 公司設(shè)計了一種選擇性激光燒結(jié)粉末輔助處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在前一層粉末被燒結(jié)后, 通過一種矩形移動漏斗進行鋪粉，移動漏斗鋪灑粉末的路徑采用水平移動的輥軸(輥軸會轉(zhuǎn)動和徑向振動) 來保證粉末的層厚均勻；設(shè)計中還充分考慮到粉末致密性問題, 由于粉末自身具有導(dǎo)電性, 將裝置安放在磁場環(huán)境中并對粉末通電, 粉末將受到安培力的作用定向移動, 起到提高致密度的效果。但是這一設(shè)計并不完善, 因為粉末暴露在空氣中容易被氧化, 并且鋪灑的多余粉末沒有相應(yīng)的回收裝置. 隨后, DTM 公司設(shè)計了一種多方向粉末輸送裝置，這種裝置采用全密閉空間的成型室, 成型室內(nèi)有三個(左中右排列) 活塞系統(tǒng)(三缸鋪粉系統(tǒng)), 如圖12所示。活塞系統(tǒng)裝載著粉末, 中間的活塞系統(tǒng)是激光能夠照射到的成型室, 也稱為工作活塞, 左右兩個活塞系統(tǒng)分別是供粉活塞. 具體工作方式為：當(dāng)中間工作活塞的最上層被激光燒結(jié)之后,左邊的活塞向上推出一定量粉末, 由自身反轉(zhuǎn)的輥軸進行水平移動鋪粉, 而右端的活塞向下移動留下一定空間, 使得輥軸在鋪粉完成后可以將多余的粉末推到右邊活塞系統(tǒng)中完成粉末的回收, 這個系統(tǒng)減少了成型室內(nèi)的粉末量, 加快了粉末的輸送. 在合理的設(shè)計下左右兩邊活塞可以提供多種材料. 一般情況下, 人們將粉末分為三種類型: 新鮮粉末(在活塞系統(tǒng)內(nèi)未使用過的粉末)、溢出粉末(燒結(jié)過程中未被燒結(jié)到的粉末)、不合格粉末(燒結(jié)過程中距離激光燒結(jié)區(qū)域太近粉末). 上述系統(tǒng)無法將不合格粉末去除, 同時由于一些細小的粉末懸浮在內(nèi)部造成污染和損害, 這部分懸浮粉末也無法被回收. 根據(jù)上述問題，3D Systems公司改進了DTM公司的設(shè)計, 在活塞系統(tǒng)左右兩側(cè)各加入一個溢流容器, 用于存放溢流粉末, 并且溢流容器與一個篩選系統(tǒng)相連, 用于篩選出不合格粉末; 同時該系統(tǒng)添加了一個內(nèi)部氣體的處理裝置, 這個設(shè)計使得懸浮在空中的粉末得到回收. 文獻設(shè)計的裝置采用恒定的氣體加壓裝置用來傳輸粉末, 通過對成型室內(nèi)不間斷充氣(空氣或者惰性氣體), 再將這些與懸浮粉末混合的氣體引入到裝置中過濾, 能很好地將這部分粉末回收, 避免了環(huán)境污染也保證了設(shè)備操控者的身體安全.
國內(nèi)對鋪粉控制系統(tǒng)研究時間不長，清華大學(xué)設(shè)計了一種可控震動落粉鋪粉系統(tǒng), 總結(jié)了常用的鋪粉系統(tǒng)優(yōu)缺點后, 設(shè)計一種不與成型件接觸的上置式鋪粉篩和具有稱重傳感器反饋的鋪粉系統(tǒng),通過改變鋪粉篩的運行速度和加速度實現(xiàn)粉末鋪送功能, 改變鋪粉篩運行速度和加速度獲取精確的鋪粉厚度, 最小粉末層厚度達0.1 mm.
未完待續(xù)；
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