CN110756802B - 一种多组分3d打印送粉系统 - Google Patents

一种多组分3d打印送粉系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种多组分3D打印送粉系统，包括若干个送粉器、供若干个送粉器连接的混料器、以及控制送粉器工作的控制系统，所述混料器通过管道连接有粉末喷嘴，所述混料器与送粉器之间的输送管道上设置有连接控制系统的电磁阀门，通过控制系统控制多个送粉器的电磁阀门可调节多组分粉末，有效的控制打印梯度复合材料的混合比例，粉末成分可以快速切换，保证送粉响应速度，粉末通过粉末喷嘴均匀喷出，保证打印效果。

Description

一种多组分3D打印送粉系统
技术领域
本发明实施例涉及模型试验技术领域，具体涉及一种多组分3D打印送粉系统。
背景技术
增材制造技术也就是我们现在所谓的3D打印技术，是近年来发展迅速的先进制造技术。3D打印技术不言而喻就是一种从无到有的制造技术，将打破传统制造的工艺格局，制造出的材料净近成形，从根本上解决传统工艺工序繁多、效率差、材料利用率低等缺点。同时，3D打印可以制造结构复杂、镂空、薄壁类型的零件，并且可以无模具生产，降低成本。
同轴送粉金属激光3D打印技术是一种运用快速沉积成形制造的基本原理，通过添加金属粉末，结合高密度、高能量激光束作为加热源，以CAD三维数字模型为立体成形框架，按照程序预先编写的行走轨迹，将同轴送给的金属粉末逐道、逐层熔化沉积，经快速熔化冷却后，形成结构复杂、性能优异的金属零件的新型加工方法。
同轴送粉技术因其独特的制造工艺，可以开发多组分送粉系统。通过对粉末配比的改变制备梯度复合材料，或对材料进行高通量设计，而目前，国内对多组分3D打印设备的研究和开发较少，主要设备以大型化、国产化和工艺开发为主。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种多组分3D打印送粉系统，以解设备大型化，以及多组分3D打印设备开发较少的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种多组分3D打印送粉系统，包括若干个送粉器、供若干个送粉器连接的混料器、以及控制送粉器工作的控制系统，所述混料器通过管道连接有粉末喷嘴，所述混料器与送粉器之间的输送管道上设置有连接控制系统的电磁阀门。
作为本发明的一种优选方案，所述混料器包括一体成型的圆柱壳体和圆锥壳体，所述粉末喷嘴通过管道连接在圆锥壳体的输出端，所述圆柱壳体内部设置有输送盘，所述输送盘上设置有主输送管孔和若干个副输送管孔，且所述副输送管孔内轴向安装有驱动装置驱动转动的输送螺杆，所述副输送管孔远离圆锥壳体的底壁上设置有用于连接输送管道的粉末输入接管口，所述主输送管孔内轴向安装有轴杆，且所述轴杆延伸至圆锥壳体内部的末端设置有搅拌桨叶。
作为本发明的一种优选方案，位于输送盘背侧的圆柱壳体上设置有安装轴杆的支架，所述轴杆通过轴承安装在支架上。
作为本发明的一种优选方案，所述主输送管孔位于输送盘的圆心，所述副输送管孔环形等间距设置在主输送管孔的外圈的输送盘上，且所述主输送管孔的管径大于副输送管孔的管径。
作为本发明的一种优选方案，所述输送盘通过空心橡胶套与圆柱壳体的内壁固定连接在一起。
作为本发明的一种优选方案，所述搅拌桨叶呈纺锤螺旋状，且所述搅拌桨叶与输送盘之间存在缓冲腔。
作为本发明的一种优选方案，所述搅拌桨叶正对于输送盘的一端的整体直径与输送盘外径相同。
作为本发明的一种优选方案，所述轴杆通过套装在其末端的直齿轮与输送螺杆的驱动装置相啮合。
本发明的实施方式具有如下优点：
1)可调节多组分粉末，打印梯度复合材料；
2)粉末成分可以快速切换，保证送粉响应速度，可使程序流畅运行；
3)粉末可均匀喷出，保证打印效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施方式中多组分3D打印送粉系统的结构框图；
图2为本发明实施方式中提供的混料器结构示意图。
图中：
1-送粉器；2-混料器；3-控制系统；4-粉末喷嘴；5-输送管道；6-电磁阀门；
201-圆柱壳体；202-圆锥壳体；203-输送盘；204-主输送管孔；205-副输送管孔；206-输送螺杆；207-轴杆；208-搅拌桨叶；209-支架；210-空心橡胶套；211-粉末输入接管口。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种多组分3D打印送粉系统，送粉系统由上级的控制系统3和下级的独立设备组成，通过工业以太网进行组网连接。利用控制系统进行信号交互，从而监控和控制各下级独立设备。
下级的独立设备具体包括若干个送粉器1、供若干个送粉器1连接的混料器2、以及控制送粉器1工作的控制系统3，混料器2通过管道连接有粉末喷嘴4，混料器2与送粉器1之间的输送管道5上设置有连接控制系统3的电磁阀门6。
通过模型转换得到的二进制期间模型可通过软件生成3D打印程序，在打印时可以通过控制系统对下层的独立设备的打印参数进行设定，如送粉量，激光功率等。
在打印过程中控制系统3将送粉参数转化为相应的信号到送粉器1中控制送粉器1运转速度。
同时在程序运行时可通过控制电磁阀门6使粉末成分瞬间切换，保持打印流畅性。
为保证粉末切换的速度和准确性，电磁阀门6的响应时间将控制在毫秒级，并对电磁阀门6的响应速度进行实时监控。
多组分粉末会进入混料器2进行混合，以载气作为动力输送到粉末喷口。
为保证全过程的安全性和可靠性，控制体统3会对运行参数和外部环境参数进行实时监控，同时将数据传输到上级监控部门，以保证人员安全和设备安全，减少不必要的损失。
同时这些数据可以保存作为数据分析和智能制造的信息储备。
控制系统3在控制粉末组分梯度变换时，通过对高响应性的电磁阀门6的开关控制，迅速控制送粉器1的粉末输送。
送粉器1的电机运转开启或关闭会随电磁阀门6的开关进行延时或前置响应，以保护送粉器1。
粉末在通过粉末喷嘴4喷出之前会先进入混料器2进行充分混合，以保证粉末送出后的均匀性，保证打印后材料的组分准确性。
进一步地，在控制系统3中采用传感器对送粉器1的运行环境进行监控，如粉末余量，载气气压，运行温度等。
通过对参数监控可是设备自动化运行，不需要人为看守，同时保证了设备运行的安全性。
进一步地，如图2所示，本发明的混料器2包括一体成型的圆柱壳体201和圆锥壳体202，粉末喷嘴4通过管道连接在圆锥壳体202的输出端，圆柱壳体201内部设置有输送盘203，输送盘203上设置有主输送管孔204和若干个副输送管孔205，且副输送管孔205内轴向安装有驱动装置驱动转动的输送螺杆206，用于驱动输送螺杆206转动的驱动装置可以电机或者马达，并提供两种驱动方式：
第一中驱动方式，通过一个直齿轮啮合若干个输送螺杆206，通过一个电机同时驱动输送螺杆206的转动，并且可引入离合器的结构，实现若干个输送螺杆206与直齿轮的啮合，进而驱动相应的输送螺杆206的转动，实现对输送粉料的固定配比控制。
第二种驱动方式，是每个输送螺杆206均通过独立的电机驱动转动，通过控制每个电机的转动和停止以及转速的大小，即可精准的实现不同比例的粉料混合，进一步提高3D打印过程中对原料输送控制。
再者，当输送螺杆206停止转动时，即停止向圆锥壳体202形成的混合腔进行粉料的输送，实现对输送粉料的迅速停送，再配合电磁阀门6的响应关断，使得电磁阀门6和圆柱壳体201之间的管道内的粉末停止流动，进而对输送螺杆206不存在管道内的压强作用，避免了输送管道5过长影响配送比例。
副输送管孔205远离圆锥壳体202的底壁上设置有用于连接输送管道5的粉末输入接管口211。
本发明的主输送管孔204内轴向安装有轴杆207，且轴杆207延伸至圆锥壳体202内部的末端设置有搅拌桨叶208，通过搅拌桨叶208对主输送管孔204和副输送管孔205输送进入圆锥壳体202内部的粉末进行充分的搅拌，由于搅拌桨叶208呈纺锤螺旋状，且搅拌桨叶208与输送盘203之间存在缓冲腔，进入缓冲腔内的粉末在搅拌桨叶208剪切作用而以旋转的方式进行物料的混合。
再者，用于充分混合不同比例的副输送管孔205输送的粉末，搅拌桨叶208正对于输送盘203的一端的整体直径与输送盘203外径相同，使得搅拌桨叶208与圆锥壳体202之间存在一定的间隙，在搅拌桨叶208转动时，缓冲腔中的混合粉末将被转送至该间隙中，并且在静摩擦力的作用下，使得缓冲腔与间隙之间的混合粉末搅拌速度不同，形成差速搅拌，提高粉末的均匀混合度。
在第一种驱动装置的驱动方式中，该直齿轮套装在轴杆207的末端，通过电机驱动轴杆207转动带动搅拌桨叶208转动，实现与输送螺杆206同步转动。
通过主输送管孔204和副输送管孔205进行输送，便于在主副管孔的输送切换，以及对副输送管孔205的控制。
位于输送盘203背侧的圆柱壳体201上设置有安装轴杆207的支架209，轴杆207通过轴承安装在支架209上。
主输送管孔204位于输送盘203的圆心，副输送管孔205环形等间距设置在主输送管孔204的外圈的输送盘203上，且主输送管孔204的管径大于副输送管孔205的管径。
输送盘203通过空心橡胶套210与圆柱壳体201的内壁固定连接在一起，空心橡胶套210具有一定的形变能力，当主输送管孔204和副输送管孔205内的流体压力变化时，对输送盘203产生一定的轴向作用力，进而使得空心橡胶套210发生形变，使得输送盘203与圆锥壳体202内的混合腔室空间变大，从而主动进行输送管道的稳压。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，包括若干个送粉器（1）、供若干个送粉器（1）连接的混料器（2）、以及控制送粉器（1）工作的控制系统（3），所述混料器（2）通过管道连接有粉末喷嘴（4），所述混料器（2）与送粉器（1）之间的输送管道（5）上设置有连接控制系统（3）的电磁阀门（6）；
所述混料器（2）包括一体成型的圆柱壳体（201）和圆锥壳体（202），所述粉末喷嘴（4）通过管道连接在圆锥壳体（202）的输出端，所述圆柱壳体（201）内部设置有输送盘（203），所述输送盘（203）通过空心橡胶套（210）与圆柱壳体（201）的内壁固定连接在一起；所述输送盘（203）上设置有主输送管孔（204）和若干个副输送管孔（205），且所述副输送管孔（205）内轴向安装有驱动装置驱动转动的输送螺杆（206），所述副输送管孔（205）远离圆锥壳体（202）的底壁上设置有用于连接输送管道（5）的粉末输入接管口（211），所述主输送管孔（204）内轴向安装有轴杆（207），且所述轴杆（207）延伸至圆锥壳体（202）内部的末端设置有搅拌桨叶（208）。
2.根据权利要求1所述的一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，位于输送盘（203）背侧的圆柱壳体（201）上设置有安装轴杆（207）的支架（209），所述轴杆（207）通过轴承安装在支架（209）上。
3.根据权利要求1所述的一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，所述主输送管孔（204）位于输送盘（203）的圆心，所述副输送管孔（205）环形等间距设置在主输送管孔（204）的外圈的输送盘（203）上，且所述主输送管孔（204）的管径大于副输送管孔（205）的管径。
4.根据权利要求1所述的一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，所述搅拌桨叶（208）呈纺锤螺旋状，且所述搅拌桨叶（208）与输送盘（203）之间存在缓冲腔。
5.根据权利要求4所述的一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，所述搅拌桨叶（208）正对于输送盘（203）的一端的整体直径与输送盘（203）外径相同。
6.根据权利要求1所述的一种多组分3D打印送粉系统，其特征在于，所述轴杆（207）通过套装在其末端的直齿轮与输送螺杆（206）的驱动装置相啮合。
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