CN110202789A - 用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其包括成形舱、供粉装置、连续输粉管路以及无级变量出粉器；成形舱作为增材制造的成形舱室，成形舱包括工作平面、铺粉器、成形区域、至少一个粉末入口以及至少一个粉末回收口；成形区域与粉末回收口位于工作平面上。本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其结构简单、布置灵活、无级变量供粉并且能够连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，更为具体地，其涉及一种用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置。
背景技术
现有技术中的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，通常包括下送粉和上送粉两种方式。其中，下送粉通常为供粉缸供粉，其左侧为成形缸，成形缸内设置有成形活塞，在工作过程中所述成形活塞沿竖直方向上下移动；所述成形缸的右侧为供粉缸，内有供粉活塞，所述供粉活塞沿竖直方向上下移动。在成形过程中每完成一层烧结，成形活塞向下移动预设距离d，相应供粉活塞向上移动相应的距离D，D与d之间有预设的比例关系，d和D二者之间的具体关系需要根据烧结中的各项工艺参数，例如，当前层烧结区域面积，来进行确定。其中，供粉设备结构简单、可靠，但供粉缸的占据空间较大，不利于设备打印面积的升级。此外，当需要3D打印的成形件的体积较大时，就需要提供更多的粉末，此时缸供粉设备需要中途停机，之后打开舱门填充粉料；但是这一操作会导致成形舱内氧含量提升，对成形件质量造成影响。
而上送粉有很多种形式，其中，应用较多的供粉形式是由设置在成形平面上侧的粉末缓存箱和设置在粉末缓存箱出口与成形平面之间的供料辊筒，通过辊筒上凹槽与滚筒的旋转运动使凹槽内的粉末下落，以完成送粉。此送粉方式虽然从一定程度上减少了成形舱体积，并且具备能够随时添加原料粉末的优点，但其缺点在于，粉末的流动性较差，易结拱，使得凹槽内粉末填充在轴线方向上分布不均匀或缺失，从而造成铺粉效果不稳定，进而影响成形件打印质量。此外，当成形件打印层成形区域发生变化时，需要调整粉末供应量，但是此种方式下粉末供应量最小只能以单个凹槽的体积为单位进行变化，导致粉末利用率低，增大生产消耗。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其结构简单、布置灵活、无级变量供粉并且能够连续生产。
本发明的技术方案如下：
一种用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其包括成形舱、供粉装置、连续输粉管路以及无级变量出粉器；所述成形舱作为增材制造的成形舱室，所述成形舱包括工作平面、铺粉器、成形区域、至少一个粉末入口以及至少一个粉末回收口；所述成形区域与粉末回收口位于工作平面上。
优选地，所述无级变量出粉器包括粉末挤出槽、无级分料螺旋组件、连接组件、粉末回收阀、粉末回收罐以及出粉器动力机构；所述无级变量出粉器通过粉末挤出槽与成形舱连接，通过连接组件与连续输粉管路连接。
优选地，所述无级变量出粉器各部分之间通过简单的可拆卸方式连接，便于更换粉末时对所述无级变量出粉器的各段分别进行清洁。
优选地，所述粉末挤出槽包括挤出槽体、挤出槽出口和挤出槽入口；所述挤出槽入口与无级分料螺旋组件的筒体的远驱动端进行连接，所述挤出槽出口与成形舱的粉末入口连接。
优选地，所述挤出槽体垂直于螺杆输送方向的投影特征为倒三角形；所述挤出槽出口与成形舱的粉末入口形状一致。
优选地，所述螺旋组件包括筒体和螺杆；所述筒体的第一端与连接组件相连，所述筒体的第二端与挤出槽连接；所述螺杆的靠近挤出槽端为悬臂，所述螺杆的另一端穿过连接组件与动力机构连接，随驱动机构旋转或停止。
优选地，所述螺杆的整体或至少远动力机构端的一段是等螺距的且凹槽等深度，以此保证螺杆旋转每一转输出恒定体积的粉末。
优选地，所述粉末回收罐在粉末正常供给时，通过闭合的粉末回收阀与出粉器其他部件空间隔离；在清除粉末时，通过开启的粉末回收阀与出粉器其他部件空间连通；所述粉末回收罐的体积V应不小于出粉器各部分可容纳的粉末的总体积。
优选地，所述连续输粉管路包括输粉管路以及控制阀；供粉装置出粉口所在平面高于出粉器入粉口。
优选地，所述供粉装置包括供粉装置本体、传感器和供粉阀；所述传感器用于粉末余量检测，安装于所述供粉装置本体的近出口端；所述供粉阀用于通断供粉装置粉末供给，粉末正常供给时处于常开状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其结构简单、布置灵活、无级变量供粉并且能够连续生产。
附图说明
以下结合附图对本发明进行详细说明。
图1是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的结构示意图；
图2是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的成形舱的结构示意图；
图3是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的供粉装置的结构示意图；
图4是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的连续输粉管路的结构示意图；
图5是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的无级变量出粉器的结构示意图；
图6是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的无级分料螺旋组件的结构示意图；
图7是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的远离该出粉器动力机构的螺杆段的结构示意图；以及
图8是根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置的粉末挤出槽的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
根据本发明的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其包括成形舱100、供粉装置200、连续输粉管路300以及无级变量出粉器400。其中，成形舱配置用于增材制造的成形舱室，成形舱100包括工作平面110、铺粉器120、成形区域130、至少一个粉末入口140以及至少一个粉末回收口150。成形区域130与粉末回收口150位于工作平面110上。
优选地，粉末入口140设置在工作平面110或成形舱100的舱室侧壁。
无级变量出粉器400包括粉末挤出槽410、无级分料螺旋组件420、连接组件430、粉末回收阀440、粉末回收罐450以及出粉器动力机构460。无级变量出粉器400通过粉末挤出槽410与成形舱100连接，通过连接组件430与连续输粉管路300连接。
优选地，无级变量出粉器400各部分之间通过简单的可拆卸方式连接，便于更换粉末时对无级变量出粉器400的各段分别进行清洁。
优选地，粉末挤出槽410包括挤出槽体411、挤出槽出口412和挤出槽入口413。挤出槽入口413与无级分料螺旋组件420的筒体的远驱动端进行连接，挤出槽出口412与成形舱100的粉末入口140连接。
优选地，挤出槽体411垂直于螺杆输送方向的投影特征为近似倒三角形；挤出槽出口412与成形舱100的粉末入口140形状一致，
更为具体地，挤出槽出口412的形状为矩形；
优选地，挤出槽入口413的形状为圆形。
优选地，连接组件包含一个粉末入口、两个粉末出口，分别与连续输粉管路300的出粉口、螺旋组件筒体、粉末回收组件连接。
其中，粉末回收组件包括粉末回收阀440与粉末回收罐450。
优选地，螺旋组件包括筒体421和螺杆422。筒体421的第一端与连接组件430相连，筒体421的第二端与挤出槽连接。螺杆422的靠近挤出槽端为悬臂，螺杆422的另一端穿过连接组件430与动力机构，例如，驱动机构，连接，随驱动机构旋转或停止。螺杆422与筒体421同轴，且螺杆与筒体之间具有预设的径向间隙，以便使螺杆在筒体内自由旋转。粉末从输粉管路中在重力或辅助动力作用下进入螺杆上的凹槽中，随螺杆的旋转，在粉末与螺杆的摩擦力、粉末与筒体的摩擦力、螺杆的推力的共同作用下，强制粉末沿螺旋组件轴线方向输送。
优选地，螺杆422的整体或至少远动力机构端的一段是等螺距的且凹槽等深度，以此保证螺杆旋转每一转输出恒定体积的粉末。
优选地，出粉器动力机构460通过其上的位置传感器(未示出)精确控制螺杆422旋转圈数，以精确控制单次挤出粉末体积。动力机构可采用多种驱动形式，不限于步进电机以及齿轮齿条装置，其他任何能够满足驱动的结构均可以应用于此处。位置传感器不限于角编码器等形式。
优选地，粉末回收罐450在粉末正常供给时，通过闭合的粉末回收阀440与出粉器其他部件空间隔离。在清除粉末时，通过开启的粉末回收阀440与出粉器其他部件空间连通。粉末回收罐450的体积V应不小于出粉器各部分可容纳的粉末的总体积。
优选地，连续输粉管路300包括输粉管路310以及控制阀320。输粉管路310的结构形式通过供粉装置200出粉口与无级变量出粉器400(简称出粉器)入粉口的相对位置以及设备空间综合确定。通常地，供粉装置出粉口所在平面高于出粉器入粉口。连续输粉管路300根据输粉管路各段与工作平面之间夹角的大小，视情况增加辅助动力。辅助动力形式不限于振动、气力等形式。优选的输粉管路各段与工作平面之间夹角均大于粉末材料的内摩擦角，无需增加辅助动力。
优选地，连续输粉管路300可容纳粉末的体积应不少于供粉装置200在一个标准粉末补充时长内成形加工所需要的粉末量。
优选地，供粉装置200包括供粉装置本体210、传感器220和供粉阀230。供粉装置本体210的具体实现形式不限于供粉罐、气力输送装置、螺旋输送装置等。传感器220用于粉末余量检测，安装于供粉装置本体210的近出口端，其原理不限于重力、红外线、微波、振棒等方式。供粉阀230用于通断供粉装置粉末供给，粉末正常供给时处于常开状态。
优选地，当采用供粉装置本体210采用供粉罐形式时，其具体形状可结合实际设备配合设计，可完全或部分的置于成形设备体外，可设置于成形设备上部、后侧或左右两侧。
优选地，成形舱100可配置一组或多组由无级变量出粉器、输粉管路、供粉装置的构成的联合组件。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。如图1所示，连续无级变量粉末供应装置包括成形舱100、供粉装置200、连续输粉管路300以及无级变量出粉器400。供粉装置200设置在成形舱100的外侧，例如，供粉装置200设置在成形舱100的其中一个侧壁外上方。供粉装置200通过连续输粉管路300连接至无级变量出粉器400。无级变量出粉器400与成形舱100连通，以输送成形所需要的粉末。
成形舱为利用增材制造的方法将粉末加工成实体的成形空间；供粉装置用于提供成形过程中所需的粉末，与输粉管路的入料口连接；连续输粉管路用于将供粉装置提供的粉末输送至无级变量出粉器中，同时起粉末缓存作用；无级变量出粉器用于根据工艺要求为打印层提供特定体积的粉末，并将所需粉末输送至成形舱的相应位置。
如图2所示，成形舱100包括工作平面110、铺粉器120、成形区域130、粉末入口140和粉末回收口150。
无级变量出粉器400中的粉末通过粉末入口140进入成形舱100，铺粉器120将进入成形舱100的粉末均匀平铺于成形区域130，多余的粉末通过粉末回收口150回收。成形区域130与粉末回收口150位于工作平面110内，
优选地，粉末入口140位置设置在工作平面或成形舱侧壁上，如图2中示出了粉末入口140设置在工作平面110上的一种情况下的结构形式。
根据本发明的实施例，铺粉器120在工作平面110内运动。如图所示，粉末入口140设置在成形区域130的一侧或两侧，粉末回收口150位于成形区域130的外侧，优选地，粉末回收口150设置在粉末入口140的外侧。粉末入口140设置在粉末回收口150以及成形区域130之间。
铺粉器120依靠铺粉器驱动装置进行驱动。
图3中所示，供粉装置200包括供粉装置本体210、传感器220和供粉阀230。
供粉装置本体210有多种实现形式，其可以是，供粉罐、气力输送装置、螺旋输送装置，或其他类似装置，其配置用于在成形过程中为增材制造设备及时补充新粉。
传感器220用于粉末余量检测，优选地，传感器220安装于供粉装置本体210的近出口端，其工作原理包括但不限于重力、红外线、微波、振棒的方式。
当粉末余量处于最低要求时，传感器220发出粉末填充信号，供粉装置本体210根据信号完成一次粉末补充。
供粉阀230连接于供粉装置本体210的出口，用于通断供粉装置粉末供给，当粉末正常供给时，阀门处于常开状态。
更为特别地，当采用供粉装置本体采用供粉罐形式时，其具体形状应以高效利用有限空间为原则，结合实际设备配合设计，可完全或部分的置于成形设备体外，设置于成形设备上部、后侧或左右两侧均可，简单灵活。
连续输粉管路300包括输粉管路310以及控制阀320，如图4所示。输粉管路的结构形式应配合供粉装置出粉口与无级变量出粉器(简称出粉器)入粉口的相对位置以及设备空间综合确定，图中所示仅为示意。
优选地，连续输粉管路300的第一端连接至供粉装置，连续输粉管路300的第二端连接至出粉器。
优选地，供粉装置的出粉口所在平面高于出粉器的入粉口。
当如图1所示，输粉管路各段与工作平面之间的夹角θ1、θ2…均大于粉末材料的内摩擦角时，直接依靠粉末重力输送。
当输粉管路任意段相对工作平面的倾斜角θ1、θ2…小于或等于粉末材料的内摩擦角时，应提供额外的动力辅助输送；优选地，进行动力辅助的动力提供方式不限于振动、气力等形式。
优选地，为保证供粉装置粉末补充过程中成形加工过程的持续性，输粉管路可容纳粉末的体积应不少于一个标准补充时长内成形加工所需要的粉末量。
粉末通过连续输粉管路300进入无级变量出粉器400。如图5所示，无级变量出粉器400包括粉末挤出槽410、无级分料螺旋组件420、连接组件430、粉末回收阀440、粉末回收罐450和出粉器动力机构460。各部分之间通过简单的可拆卸方式连接，便于更换粉末时对出粉器各段分别进行清洁。
粉末挤出槽410连接至工作平面的下表面。
优选地，粉末挤出槽410的出口连接至粉末入口140，粉末挤出槽410的入口连接至无级分料螺旋组件420，无级分料螺旋组件与连接组件430相连，连接组件430与粉末回收罐450相连，在粉末回收罐450与连接组件430之间设置粉末回收阀440。
无级变量出粉器400连接出粉器驱动装置，优选地，出粉器驱动装置固定在连接组件的侧部，避免干涉其他结构。
如图6所示，无级分料螺旋组件420包括筒体421和螺杆422。螺杆422上设置有多个凹槽。筒体421的第一端与连接组件430相连，筒体421的第二端与粉末挤出槽410连接。螺杆422近粉末挤出槽端为悬臂，螺杆的另一端穿过连接组件430与出粉器动力机构460连接，随驱动机构旋转或停止。筒体421空套于螺杆422外侧，筒体421与螺杆422设置于同一轴线上，例如，同轴。筒体421与螺杆422之间有预设间隙，螺杆422可在筒体421内自由旋转。粉末从输粉管路中在重力或辅助动力作用下进入螺杆422上的凹槽中，随螺杆422的旋转，在粉末与螺杆422的摩擦力、粉末与筒体421的摩擦力、螺杆422的推力的共同作用下，强制沿无级分料螺旋组件420轴线方向输送。螺杆422整体或至少远动力机构端的一段为等螺距且等凹槽深度的，以此保证螺杆旋转每一转输出恒定体积的粉末。设螺旋的远离该出粉器动力机构的螺杆段的尺寸如图7所示，则每旋转一圈通过挤出槽挤出的粉末体积V计算式如下：
如图8所示，粉末挤出槽410包括挤出槽体411、挤出槽出口412和挤出槽入口413。挤出槽入口413与螺旋组件筒体的远驱动端连接，挤出槽出口412与成形舱的粉末入口连接。螺杆422将粉末经由挤出槽入口413输送至挤出槽体411内，逐渐堆积进而从挤出槽出口412进入成形舱100。为保证粉末能均匀充满整个挤出槽、且出粉口的粉末均匀平整，挤出槽有如下特征：挤出槽体在垂直于螺杆输送方向的投影特征为近似倒三角形，如图8所示；挤出槽出口与成形舱的粉末入口形状一致，优选为矩形；挤出槽入口优选为圆形。如此，粉末可以在自身内摩擦力与螺杆推力的作用下均匀挤出。
正常加工过程中，粉末回收阀440处于闭合截止状态，粉末001由输粉管路出口进入出粉器的连接组件430，由于粉末的流动性，粉末001可充满连接组件的内部空间并包裹处于连接组件内部的螺杆段。当出粉器动力机构带动螺旋组件的螺杆422正转时，粉末跟随螺杆凹槽与筒体421间的空隙沿着筒体向粉末挤出槽410移动。出粉器动力机构通过其上的位置传感器(图中未示出)精确控制螺杆旋转圈数，以精确控制单次挤出粉末体积。出粉器动力机构可采用多种驱动形式，不限于步进电机、齿轮齿条装置等。位置传感器不限于角编码器等形式。
清除粉末时，首先闭合粉末供应装置的阀门，阻断供粉装置本体中剩余粉末的供应。动力机构驱动螺杆正转，将输粉管路中剩余的粉末输送至成形舱，通过成形舱内的粉末回收口将粉末回收利用。待成形舱的粉末入口基本没有粉末挤出时，开启粉末回收阀440，将出粉器空间与粉末回收罐空间连接。出粉器动力机构驱动螺杆反转，出粉器中剩余的粉末在螺杆与重力的共同作用下输送至粉末回收罐。故而粉末回收罐的体积V应不小于出粉器各部分可容纳的粉末的总体积。
以上即为连续无级变量粉末供应装置的详细介绍。结构的核心在于可实现粉末输送无级变量的出粉器与结构简单、布置灵活、输送可靠的连续送粉管路。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，其包括成形舱、供粉装置、连续输粉管路以及无级变量出粉器；所述成形舱作为增材制造的成形舱室，所述成形舱包括工作平面、铺粉器、成形区域、至少一个粉末入口以及至少一个粉末回收口；所述成形区域与粉末回收口位于工作平面上。
2.如权利要求1所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述无级变量出粉器包括粉末挤出槽、无级分料螺旋组件、连接组件、粉末回收阀、粉末回收罐以及出粉器动力机构；所述无级变量出粉器通过粉末挤出槽与成形舱连接，通过连接组件与连续输粉管路连接。
3.如权利要求2所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述无级变量出粉器各部分之间通过简单的可拆卸方式连接，便于更换粉末时对所述无级变量出粉器的各段分别进行清洁。
4.如权利要求3所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述粉末挤出槽包括挤出槽体、挤出槽出口和挤出槽入口；所述挤出槽入口与无级分料螺旋组件的筒体的远驱动端进行连接，所述挤出槽出口与成形舱的粉末入口连接。
5.如权利要求4所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述挤出槽体垂直于螺杆输送方向的投影特征为倒三角形；所述挤出槽出口与成形舱的粉末入口形状一致。
6.如权利要求5所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述螺旋组件包括筒体和螺杆；所述筒体的第一端与连接组件相连，所述筒体的第二端与挤出槽连接；所述螺杆的靠近挤出槽端为悬臂，所述螺杆的另一端穿过连接组件与动力机构连接，随驱动机构旋转或停止。
7.如权利要求6所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述螺杆的整体或至少远动力机构端的一段是等螺距的且凹槽等深度，以此保证螺杆旋转每一转输出恒定体积的粉末。
8.如权利要求7所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述粉末回收罐在粉末正常供给时，通过闭合的粉末回收阀与出粉器其他部件空间隔离；在清除粉末时，通过开启的粉末回收阀与出粉器其他部件空间连通；所述粉末回收罐的体积V应不小于出粉器各部分可容纳的粉末的总体积。
9.如权利要求8所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述连续输粉管路包括输粉管路以及控制阀；供粉装置出粉口所在平面高于出粉器入粉口。
10.如权利要求1所述的用于增材制造的连续无级变量粉末供应装置，其特征在于，所述供粉装置包括供粉装置本体、传感器和供粉阀；所述传感器用于粉末余量检测，安装于所述供粉装置本体的近出口端；所述供粉阀用于通断供粉装置粉末供给，粉末正常供给时处于常开状态。
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