CN109732916B - 物料输送系统及其控制方法、增材制造设备 - Google Patents

Abstract

一种物料输送系统及其控制方法、增材制造设备，其中物料输送系统包括输料管和密闭的储料缸，输料管内自上而下依次设有出料端、第一槽、第二槽和进料端，输料管内设有位于第一槽上的可活动的第一堵塞球，以及位于第二槽上的可活动的第二堵塞球，且输料管的顶端设有活塞杆，输料管上位于第一槽和第二槽之间设有与输料管相连通的一分支管，且分支管的远离输料管的一端内设有推动杆，进料端与储料缸相连通，储料缸上设有通入气体的至少一个进气口。本发明的物料输送系统及其控制方法、增材制造设备通过控制推动杆在分支管内的移动距离，控制每一次的物料输送量，控制方法不仅简单，且更精准。

Description

物料输送系统及其控制方法、增材制造设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种物料输送系统及其控制方法、增材制造设备。

背景技术

增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。作为增材制造技术之一的选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，简称SLM），近年来的发展也是非常迅速，其主要工艺是：物料输送装置将一定量物料送至工作台面，铺粉装置将一层物料材料平铺在活塞已成型零件的上表面，振镜控制激光器按照该层的截面轴廓对实心部分物料层进行扫描，使物料的温度升至熔化点，物料熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的物料，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个三维实体制造。

现有技术中，物料输送装置目前一般分为上物料输送和下物料输送方式，上物料输送优点是占据空间小，可随时添加原料物料，但缺点是物料输送机构复杂，加工困难，且不易实现定量物料输送。

下物料输送装置一般由供粉箱、及相关驱动装置组成，加工过程中，由供粉箱送出一定量的物料再由刮板或辊筒将物料推入成型区域铺粉。该物料输送装置优点是工作平稳，可定量控制物料输送量，缺点为需要一次性在粉箱中加入足量物料，工作中不能补充添加，从而造成整个设备空间容积大，且提高了整机成本。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种物料输送量精准、结构简单的物料输送系统及其控制方法、增材制造设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种物料输送系统，包括输料管和密闭的储料缸，所述输料管内自上而下依次设有出料端、第一槽、第二槽和进料端，输料管内设有位于第一槽上的可活动的第一堵塞球，以及位于第二槽上的可活动的第二堵塞球，且输料管的顶端设有活塞杆，所述输料管上位于第一槽和第二槽之间设有与输料管相连通的一分支管，且分支管的远离输料管的一端内设有推动杆，所述进料端与储料缸相连通，储料缸上设有通入气体的至少一个进气口，且当气体进入储料缸推动物料进入输料管时，推动第二堵塞球开启第二槽；同时驱动活塞杆下降进而推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入输料管的第一槽和第二槽之间，并通过停止驱动活塞杆下降，停止气体充入使得第二堵塞球堵塞第二槽，以及控制推动杆在分支管内的移动距离，以使第一堵塞球在输料管的物料的挤压下移动并开启第一槽，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送。

作为本发明的进一步优选方案，所述活塞杆为气缸的活塞杆，通过向气缸的腔体内充入气体以实现对活塞杆的驱动。

作为本发明的进一步优选方案，所述物料输送系统还包括驱动机构，所述驱动机构包括电机、齿条和齿轮，所述齿条和齿轮啮合相连，所述齿条的一端与推动杆相连，以使电机驱动齿轮旋转时带动齿条进行移动，进而带动推动杆在分支管内移动。

作为本发明的进一步优选方案，所述分支管与输料管垂直设置。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一槽和第二槽均为V形槽。

作为本发明的进一步优选方案，所述储料缸包括缸体以及用于盖住缸体的密封盖，所述进气口设置在密封盖上。

本发明还提供了一种上述任一项所述物料输送系统的控制方法，包括以下步骤：

将气体通过储料缸的进气口充入储料缸，推动储料缸的物料通过进料端进入输料管，以推动第二堵塞球开启第二槽；

驱动活塞杆下降，同时推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入输料管的第一槽和第二槽之间；

停止驱动活塞杆下降，同时停止将气体充入储料缸，以使得第二堵塞球堵塞第二槽；

通过控制推动杆在分支管内向靠近输料管的一端移动，推动分支管内的物料向第一槽移动，以使第一堵塞球在物料的挤压下移动并开启第一槽，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送。

作为本发明的进一步优选方案，当推动杆移动到分支管的靠近输料管的一端时，将推动杆移动到分支管的远离输料管的一端，且将气体通过储料缸的进气口充入储料缸，推动储料缸的物料通过进料端进入输料管，以推动第二堵塞球开启第二槽；驱动活塞杆下降，同时推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入分支管。

作为本发明的进一步优选方案，所述控制方法还包括：

当储料缸的物料向输料管的第一槽和第二槽之间充入时，检测推动杆是否位于分支管的远离输料管的一端，若否，则将推动杆移动到分支管的远离输料管的一端，以使分支管内充满物料。

本发明还提供了一种增材制造设备，包括工作腔体、管道以及置于工作腔体外的上述任一项所述的物料输送系统，所述工作腔体的腔壁上设有一个通孔，管道的一端与输料端相连，管道的另一端插入通孔内，以使物料输送到工作区域以完成物料输送。

本发明的物料输送系统及其控制方法，通过采用上述技术方案具有以下有益效果：

1、通过控制推动杆在分支管内的移动距离，控制每一次的物料输送量，控制方法不仅简单，而且更精准；

2、通过调节向储料缸充入气体的压力，可输送不同材料，包括金属与非金属，尤其对于超重金属也可满足要求，使得物料输送没有局限；且物料输送的过程由下而上，不需要物料搬运系统，简化了设备的物料输送结构；

3、物料的输送均在一个封闭的空间内完成，从而消除了外部环境对物料的影响。

本发明的增材制造设备，通过包括上述任一项所述的物料输送系统，不仅具有上述物料输送系统所具备的所有效果，而且，由于物料输送系统设置在设备的工作腔体之外，使得本发明的增材制造设备加粉更方便。

附图说明

图1为本发明一实施例中增材制造设备的结构示意图；

图2为一实施例中输料管的结构示意图；

图3为一实施例中驱动机构的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图中：1、工作腔体，2、铺料机构，3、分配器，4、输料管，5、活塞杆，6、稳压缓冲器，7、减压阀，8、压力表，9、储料缸，91、进气口，10.第一堵塞球，11.第一槽，12、第二堵塞球，13、第二槽，14.推动杆，15、齿条导套，16、电机，17、齿条，18、分支管，19、驱动齿轮。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1、图2所示，本发明的物料输送系统包括输料管4和密闭的储料缸9，所述输料管4内自上而下依次设有出料端、第一槽11、第二槽13和进料端，输料管4内设有位于第一槽11上的可活动的第一堵塞球10，以及位于第二槽13上的可活动的第二堵塞球12，且输料管4的顶端设有活塞杆5，所述输料管4上位于第一槽11和第二槽13之间设有与输料管4相连通的一分支管18，且分支管18的远离输料管4的一端内设有推动杆14，所述进料端与储料缸9相连通，储料缸9上设有通入气体的至少一个进气口91，且当气体进入储料缸9推动物料进入输料管4时，推动第二堵塞球12开启第二槽13；同时驱动活塞杆5下降进而推动第一堵塞球10堵塞第一槽11，以使储料缸9的物料充入输料管4的第一槽11和第二槽13之间，并通过停止驱动活塞杆5下降，停止气体充入使得第二堵塞球12堵塞第二槽13，以及控制推动杆14在分支管18内的移动距离，以使第一堵塞球10在输料管4的物料的挤压下移动并开启第一槽11，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送。所述第一槽11和第二槽13均为V形槽，当然还可以为其它类似形状，例如弧形等，只要第一槽11、第二槽13分别与第一堵塞球10、第二堵塞球12相匹配形成开关结构即可。

具体实施中，所述活塞杆5可为气缸的活塞杆5，通过向气缸的腔体内充入气体以实现对活塞杆5的驱动，当然其还可以为电缸或液压缸等的活塞杆5，在此不做一一例举。

在本发明的一实施例中，所述物料输送系统还包括驱动机构，所述驱动机构包括电机16、齿条17和齿轮，所述齿条17和齿轮啮合相连，所述齿条17的一端与推动杆14相连，以使电机16驱动齿轮旋转时带动齿条17进行移动，进而带动推动杆14在分支管18内移动。为了保护齿条17不受外界环境影响以及对齿条17进行导向运动，所述齿条17外还设有齿条导套15。在此需说明的是，本发明的推动杆14除了采用上述驱动机构驱动，还可以采用其它驱动机构驱动，例如气缸、液压缸或者由电机直接驱动。

优选地，所述分支管18与输料管4垂直设置，这样便于推动杆14的移动操作控制，当然，分支管18与输料管4也可呈一定夹角，如分支管18与输料管4呈30度夹角。

具体地，所述储料缸9包括缸体以及用于盖住缸体的密封盖，所述进气口91设置在密封盖上，当需要向储料缸9内添加物料时，仅需要打开密封盖进行添加即可。

在本发明的一实施例中，所述物料输送系统还包括气体源、稳压缓冲器6和减压阀7，所述气体源通过气管分别向气缸的活塞杆5供气，并通过进气口91向储料缸9内供气，所述稳压缓冲器6和减压阀7设置在气管中，用于进行稳压和调节气体压力。具体实施中，所述储料缸9上还设有实时监测储料缸9内压力的压力表8，以用于更好控制储料缸9内的气体压力。

本发明还提供了一种上述任一项所述物料输送系统的控制方法，包括以下步骤：

将气体通过储料缸9的进气口91充入储料缸9，推动物料通过进料端进入输料管4，以推动第二堵塞球12开启第二槽13；

驱动活塞杆5下降，同时推动第一堵塞球10堵塞第一槽11，以使储料缸9的物料充入输料管4的第一槽11和第二槽13之间；

停止驱动活塞杆5下降，同时停止将气体充入储料缸9，以使得第二堵塞球12堵塞第二槽13；

通过控制推动杆14在分支管18内向靠近输料管4的一端移动，推动分支管18内的物料向第一槽11移动，以使第一堵塞球10在物料的挤压下移动并开启第一槽11，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送。

具体地，当推动杆14移动到分支管18的靠近输料管4的一端时，表明分支管18的物料快要没了，此时需将推动杆14移动到分支管18的远离输料管4的一端，且将气体通过储料缸9的进气口91充入储料缸9，推动物料通过进料端进入输料管4，以推动第二堵塞球12开启第二槽13；驱动活塞杆5下降，同时推动第一堵塞球10堵塞第一槽11，以使储料缸9的物料充入分支管18。

作为本发明的进一步优选方案，为了使得每次给输料管4进料时，物料存满分支管18，以减少分支管18的物料充入操作控制步骤，所述控制方法还包括：

当储料缸9的物料向输料管4的第一槽11和第二槽13之间充入时，检测推动杆14是否位于分支管18的远离输料管4的一端，若否，则将推动杆14移动到分支管18的远离输料管4的一端，以使分支管18内充满物料。

本发明中的物料可以为粉末或液态树脂等，在此不做任何限制。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面结合图1具体描述该实施例的工作原理：

首先，将需要使用的材料（塑料粉末、金属粉末或液态树脂）装入储料缸9，储料缸9的设计体积可根据需求具体设定，储料缸9上设有密封盖，并将储料缸9内的材料进行整体密封，这样便保证了材料与外部的隔离，不受到外部环境的影响，装入材料的密度是需要确定的，通过装入材料的密度值，从而可以计算出气路需要提供的推送压力，即通过调节减压阀7调节至计算得到的压力值，气体压力推送至储料缸9后，气路同时联通到气缸，使得气缸的活塞杆5向下运动，从而推动第一堵塞球10，使得第一堵塞球10顶住第一槽11，由于气缸的气压与储料缸9的气压是等同的，所以气压是无法顶开第一堵塞球10的，这样就保证了管路的绝对密封，在气压的推动下，第二堵塞球12会被向上推动，从而与第二槽13脱离，从而使得第二堵塞球12无法对管路进行密封，不同气压大小的调节，就可以使得任何密度的材料均可以被推送至输料管4内，这样就避免了传统的负压推送高度极限的限制。

然后，电机16驱动驱动齿轮19旋转，驱动齿轮19带动齿条17连带推动杆14向右作直线移动，使得分支管18形成了空间，储料缸9的物料能进一步推送至分支管18内，填充了内部的空隙，当电机16停止转动，推动杆14将不再运动，此时就完成了上料的过程，上料量的大小可由推动杆14移动的距离决定。

接着，停止外部气体的输入，第二堵塞球12下沉堵住输料管4的下端口，电机16发生反转同时触发气缸进行反向供气，导致气缸的活塞杆5上移，在输料管4内部的物料挤压下，第一堵塞球10向上移动，输料管4上端不再被堵住，推动杆14向左移动，推动杆14移动的距离便决定了推送物料的量的大小，物料从输粉管上端的出料端流出，然后优选经过分配器3的匀化，从分配器3的下端口流出，均匀落在工作腔体1的下平面上，由铺料机构2完成对粉末的铺料动作。

本发明还提供了一种增材制造设备，如图1所示，包括工作腔体1、管道以及置于工作腔体1外的上述任一项所述的物料输送系统，所述工作腔体1的腔壁上设有一个通孔，管道的一端与输料端相连，管道的另一端插入通孔内，以使物料输送到工作区域以完成物料输送。在此需说明的是，由于本发明的核心在于保护一种物料输送系统结构以及具有该物料输送结构的增材制造设备，因此对于增材制造设备包含的其它现有技术部件，在本发明中未做详细阐述，例如辐射源、铺料机构2等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述物料输送系统包括输料管和密闭的储料缸，所述输料管内自上而下依次设有出料端、第一槽、第二槽和进料端，输料管内设有位于第一槽上的可活动的第一堵塞球，以及位于第二槽上的可活动的第二堵塞球，且输料管的顶端设有活塞杆，所述输料管上位于第一槽和第二槽之间设有与输料管相连通的一分支管，且分支管的远离输料管的一端内设有推动杆，所述进料端与储料缸相连通，储料缸上设有通入气体的至少一个进气口，且当气体进入储料缸推动物料进入输料管时，推动第二堵塞球开启第二槽；同时驱动活塞杆下降进而推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入输料管的第一槽和第二槽之间，并通过停止驱动活塞杆下降，停止气体充入使得第二堵塞球堵塞第二槽，以及控制推动杆在分支管内的移动距离，以使第一堵塞球在输料管的物料的挤压下移动并开启第一槽，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送；其中，控制方法包括以下步骤：

将气体通过储料缸的进气口充入储料缸，推动储料缸的物料通过进料端进入输料管，以推动第二堵塞球开启第二槽；

驱动活塞杆下降，同时推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入输料管的第一槽和第二槽之间；

停止驱动活塞杆下降，同时停止将气体充入储料缸，以使得第二堵塞球堵塞第二槽；

通过控制推动杆在分支管内向靠近输料管的一端移动，推动分支管内的物料向第一槽移动，以使第一堵塞球在物料的挤压下移动并开启第一槽，物料通过出料端输送到工作区域以完成物料输送。

2.根据权利要求1所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述活塞杆为气缸的活塞杆，通过向气缸的腔体内充入气体以实现对活塞杆的驱动。

3.根据权利要求2所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述物料输送系统还包括驱动机构，所述驱动机构包括电机、齿条和齿轮，所述齿条和齿轮啮合相连，所述齿条的一端与推动杆相连，以使电机驱动齿轮旋转时带动齿条进行移动，进而带动推动杆在分支管内移动。

4.根据权利要求1所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述分支管与输料管垂直设置。

5.根据权利要求4所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述第一槽和第二槽均为V形槽。

6.根据权利要求5所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述储料缸包括缸体以及用于盖住缸体的密封盖，所述进气口设置在密封盖上。

7.根据权利要求1所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，当推动杆移动到分支管的靠近输料管的一端时，将推动杆移动到分支管的远离输料管的一端，且将气体通过储料缸的进气口充入储料缸，推动储料缸的物料通过进料端进入输料管，以推动第二堵塞球开启第二槽；驱动活塞杆下降，同时推动第一堵塞球堵塞第一槽，以使储料缸的物料充入分支管。

8.根据权利要求1至7任一项所述的物料输送系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当储料缸的物料向输料管的第一槽和第二槽之间充入时，检测推动杆是否位于分支管的远离输料管的一端，若否，则将推动杆移动到分支管的远离输料管的一端，以使分支管内充满物料。

Images