CN111977378A - 适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，包括料斗、螺旋状钢丝骨架支撑软管、气动旋风分离器、定量送粉机构。气动旋风分离器主要包括分离器主体、气动控制模块、上料位监测仪、下料位监测仪。本发明可以解决增材制造设备在上料过程中，粉料扬尘对环境污染的问题；可以解决操作者在非工作时间实现无人值守智能上料；本发明结构简洁，操作简单，运行稳定可靠。

Description

适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构
技术领域
本发明涉及增材制造设备上料领域，尤其涉及一种适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构。
背景技术
增材制造技术是一种多学科交叉的系统工程技术，在以粉末材料作为成形原料的增材制造技术中，其成形过程必然包含有粉末原料的存储、供给、铺送及回收工作。现有的增材制造设备在上料过程中，存在粉料扬尘对环境污染的问题，存在不能实现无人值守智能上料问题。
现有的增材制造设备通常是利用螺杆上料机中螺旋叶片携带粉料方式进行上料，此种上料方式最大的缺点是螺旋推料杆与输料管内径的配合难以保证，从而导致粉料在螺杆与输料管之前不断摩擦，特别是高分子塑性粉材会出现粉料熔结形成片状物被推送到定量送粉机构，此情况下会有如下两种结果，第一种情况，再经过定量送粉机构被输送到铺粉系统，既而铺送到粉床直接影响增材制造的质量；第二种情况，直接将定量送粉机构卡死。随着增材制造设备上料的扬程增高，继使得螺旋推料杆和输料管继续加长，不仅会使上述两种情况加剧形成，而且整个上料机占地面积也不断加大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可解决上述问题的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，安装、拆卸方便、结构紧凑，能有效避免粉料因传送过程中产生摩擦，导致粉料质量破坏，对上料过程中产生的粉料扬尘现象有效控制，且工作可靠性高。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，包括料斗、支撑软管、定量送粉机构和气动旋风分离器，所述定量送粉机构包括具有高密封性的筒状壳体，所述筒状壳体下端设置有出料口，出料口处设置有翻转盛料碗，作为可选的方案，所述翻转盛料碗固定在枢转轴上，枢转轴通过步进电机带动，当翻转盛料碗上的粉料达到一定重量后，步进电机带动枢转轴转动，将粉料倒出出料口。所述筒状壳体上设置有气动旋风分离器，所述筒状壳体侧面设置有连接支撑软管的进料口，所述支撑软管的另一端连接料斗的出口，从而将料斗中的粉料吸入筒状壳体中，所述定量送粉机构顶端还设置有真空球阀，用于配合实现真空吸附粉料的功能。所述气动旋风分离器包括分离器主体和气动控制模块，所述分离器主体安装在所述定量送粉机构的顶部，所述控制单元的信号输出端连接所述气动控制模块的信号输入端。可选的，控制单元可以采用NUCLEO-F031K6ST意法半导体公司IC芯片MCU微控制器来实现功能。
所述支撑软管为螺旋状钢丝骨架支撑软管，即上料管。
所述料斗为上阔下窄的锥台状料斗，其下端设置有连接支撑管的出口，所述料斗还包括带万向轮的支撑架，方便移动，所述料斗下端还连接有方便进气的进气管，方便供应空气，避免管道堵塞。
所述定量送粉机构还包括设置在筒状壳体下端的存料桶，所述存料桶上设置有观测窗。所述存料桶为长方体状存料桶，包括分别设置有观测窗的上料位和下料位，观测窗设置在上料位和下料位的侧面，所述上料位顶端设置有清料口，方便对存料桶里面积攒的粉料进行清理，所述存料桶顶端设置有连接所述定量送粉机构出料口的开口，所述存料桶内部对应开口位置设置有散料坡，方便将粉料均匀的散布至存料桶中。
还包括控制单元和监测仪，所述监测仪固定在所述定量送粉机构上，所述监测仪的信号输出端连接所述控制单元的信号输入端，所述控制单元的信号输出端连接所述气动旋风分离器。具体的，所述监测仪包括上料位监测仪和下料位监测仪。
还包括连接存料桶的定量落粉机构，所述定量落粉机构包括驱动单元和落粉单元；所述落粉单元包括设置有上腔体及下腔体的安装基座，所述上腔体与下腔体上下贯通，所述下腔体内部固定有被驱动单元驱动的落粉辊，所述下腔体下部设置有出粉嘴。
所述料斗设置在操作间的地面上，与增材制造设备挨着摆放即可；所述定量送粉机构设置在增材制造设备的固有安装位即可；所述气动旋风分离器设置在所述定量送粉机构顶部；所述气动旋风分离器主要包括分离器主体、气动控制模块、料位监测仪等器件，所述气动旋风分离器主体安装在所述定量送粉机构的顶部，所述气动控制模块可以安装在所述气动旋风分离器主体上，亦可安装到增材制造设备预置的其它位置；所述料位监测仪分上料位和下料位两个安装位置，分别安装在所述定量送粉机构存料桶的垂直侧壁上，其通讯插头与所述控制单元及所述气动控制模块对接；所述螺旋状钢丝骨架支撑软管用于连接所述气动旋风分离器与所述料斗。
所述气动控制模块根据所述气动旋风分离器内部料仓容积与单位上料流量匹配，针对所述料仓的吸料时间和排料时间进行设置。所述上料位监测仪若检测到粉料，即刻停止上料动作；所述下料位监测仪若检测不到粉料，即刻开始上料动作。所述料斗根据上料流量调整所述料斗出料口补气阀的开合大小。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：能有效避免粉料因传送过程中产生摩擦，导致粉料质量破坏，对上料过程中产生的粉料扬尘现象有效控制，且工作可靠性高，具有制造加工更经济、装配操作更容易的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明另一角度的结构示意图；
图3为本发明的立体图；
图4为本发明定量落粉机构的主视图；
图5为本发明定量落粉机构的右视图；
图6为图4中沿A-A的剖视图；
图7为图5中沿B-B的剖视图；
图8为图7中局部放大视图；
图9为本发明中落粉辊的示意图；
图10为本发明定量落粉机构的立体图；
图11为本发明定量落粉机构另一角度的立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1－图3所示，适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，包括料斗11、螺旋状钢丝骨架支撑软管22、气动旋风分离器33、定量送粉机构44。气动旋风分离器主要包括分离器主体3-1、气动控制模块3-2、上料位监测仪3-3、下料位监测仪3-4。
所述料斗11设置在操作间的地面上，与增材制造设备挨着摆放即可；所述定量送粉机构44设置在增材制造设备的固有安装位即可；所述气动旋风分离器33设置在所述定量送粉机构44顶部；所述气动旋风分离器33主要包括分离器主体3-1、气动控制模块3-2、上料位监测仪3-3、下料位监测仪3-4；所述气动旋风分离器主体3-1安装在所述定量送粉机构44的顶部，所述气动控制模块3-2可以安装在所述气动旋风分离器主体3-1上，亦可安装到增材制造设备预置的其它位置；所述料位监测仪分上料位和下料位两个安装位置，分别安装在所述定量送粉机构44存料桶的垂直侧壁上，其通讯插头与所述气动控制模块3-2对接；所述螺旋状钢丝骨架支撑软管(即上料管)22用于连接所述气动旋风分离器33和所述料斗11构成上料通道，用来检测料位的上料位监测仪3-3和下料位监测仪3-4优选CR系列电容式接近开关，型号可选为CR18-8DN。
进一步，所述翻转盛料碗可选为锥台状物料碗，当其承接的物料到达一定重量时，会在重力作用下自动翻转将粉料送到下方，也可以在电机带动下翻转。所述定量送粉机构44顶部还可以设置有气体压力缓冲装置，在超过压力限定值后对容器进行泄压保护，从而提高安全性；真空球阀可以采用KF40型号，从而使得耐久性更好；气动旋风分离器也可以称之为气动上料机。
如图4至图11所示，本发明的定量落粉机构部分包括驱动单元、落粉单元。所述落粉辊9设置在所述安装基座7的槽内；驱动单元包括马达安装板1、驱动马达2、同步带3、驱动带轮4、从动带轮5和紧定螺钉6；所述驱动马达2固定在马达安装板1上，所述驱动马达通过同步带3及驱动带轮4和从动带轮5驱动所述落粉辊9转动；所述落粉单元为分体结构，包括落粉单元包括安装基座7、内嵌耐磨调整块8、落粉辊9、支撑板10、轴承支座11、防尘密封圈12、滚珠轴承13、轴承盖14、出粉嘴15和清粉毛刷16。所述内嵌耐磨调整块8对称设置在所述安装基座7下部，所述内嵌耐磨调整块8沿所述落粉辊9的轴线对称布置在两侧；所述落粉辊9的两轴端处分别设有支撑板10，两个所述支撑板10的外侧分别设有轴承支座11，所述轴承支座11内部均安装有防尘密封圈12和滚珠轴承13，所述落粉辊9两端分别穿过防尘密封圈12安装在两个滚珠轴承13上，所述轴承支座11外侧均设有轴承盖14且通过螺钉连接；所述落粉辊9的辊体外表面光洁度必须达到Ra0.8以上，使其携带的粉料顺利下落，以达到粉料供给的目的。耐磨调整块8可以为6063铝合金座固定的聚四氟乙烯材质的耐磨块，从而保证更好的耐磨性能和间隙调整性能，该材料是经过大量实践确定的，与较高光洁度的落粉辊9具有很好的配合效果，且不会卡粉。
所述弧面凹槽9-1为扇形料槽，所述弧面凹槽9-1的两端设有挡粉板9-2，所述挡粉板9-2采用螺钉连接固定到弧面凹槽9-1的两端，避免所携带的粉料受重力作用渗入到所述支撑板10的内部造成落粉辊9转动时卡顿。
所述内嵌耐磨调整块8上设有沉头腰圆形通孔，所述沉头腰圆形通孔的长度方向沿所述落粉辊水平径向设置，所述内嵌耐磨调整块8可在所述安装基座7下面沿着所述落粉辊9的水平径向方向移动，便于调节所述内嵌耐磨调整块8与所述落粉辊9之间的间隙。所述安装基座7下端设有与其所述内嵌耐磨调整块8上设有的沉头腰圆形通孔相对应的用于连接的螺纹孔，便于调整好间隙后锁紧固定所述内嵌耐磨调整块8。
所述内嵌耐磨调整块8与所述落粉辊9的贴合面上设有嵌入凹槽8-1，所述嵌入凹槽8-1内设有与所述落粉辊9贴合的耐磨密封条8-2。
所述耐磨密封条8-2凸出所述嵌入凹槽8-1上表面与所述落粉辊9的表面紧密贴合，以保证粉料不会从内嵌耐磨调整块8与落粉辊9的间隙中漏出。
所述耐磨密封条8-2凸出所述嵌入凹槽8-1上表面的高度尺寸大于所输送粉料直径的两倍。
所述耐磨密封条8-2采用聚四氟乙烯制成，由于聚四氟乙烯材料的摩擦系数小，且具有一定的强度，故即便耐磨密封条8-2贴合落粉辊9，对落粉辊9产生的摩擦力也很小，不会影响落粉辊9的正常转动。
所述出粉嘴15是安装在所述内嵌耐磨调整块8下部平面上，所述清粉毛刷16设置在所述出粉嘴15壳内斜面上，以便完全清掉所述弧面凹槽9-2残留的粉料，保证定量送粉。
本设备的工作原理是，料斗中盛装的粉料，通过气动旋风分离器造成的负压，吸入定量送粉机构中，粉体和空气在气动旋风分离器中分离，空气从上端的阀体排出，粉料掉入翻转盛料碗中，翻转盛料碗翻转将粉料倒入存料桶，经散料坡打散后分布进存料桶中，存料桶上的观测窗可以供人现场观看，监测仪也可以检测粉料的高度，避免粉料过多或者过少影响正常的工作。下方的定量落粉机构中的落粉辊在驱动单元带动下旋转，将粉料往下有序排出，从而完成整个上料过程，保障了上料的稳定性，避免上料不均对整个系统造成影响，其原理及结构，能有效避免粉料因传送过程中产生摩擦，导致粉料质量破坏，对上料过程中产生的粉料扬尘现象做到了有效控制，且工作可靠性高，具有制造加工更经济、装配操作更容易的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：包括料斗、支撑软管、定量送粉机构和气动旋风分离器，所述定量送粉机构包括筒状壳体，所述筒状壳体下端设置有出料口，出料口处设置有翻转盛料碗，所述筒状壳体上设置有气动旋风分离器，所述筒状壳体侧面设置有连接支撑软管的进料口，所述支撑软管的另一端连接料斗的出口。
2.根据权利要求1所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述定量送粉机构还包括设置在筒状壳体下端的存料桶，所述存料桶上设置有观测窗。
3.根据权利要求2所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述存料桶为长方体状存料桶，包括分别设置有观测窗的上料位和下料位，所述上料位顶端设置有清料口，所述存料桶顶端设置有连接所述定量送粉机构出料口的开口，所述存料桶内部对应开口位置设置有散料坡。
4.根据权利要求1所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：还包括控制单元和监测仪，所述监测仪固定在所述定量送粉机构上，所述监测仪的信号输出端连接所述控制单元的信号输入端，所述控制单元的信号输出端连接所述气动旋风分离器。
5.根据权利要求4所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述气动旋风分离器包括分离器主体和气动控制模块，所述分离器主体安装在所述定量送粉机构的顶部，所述控制单元的信号输出端连接所述气动控制模块的信号输入端。
6.根据权利要求1所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述定量送粉机构顶端还设置有真空球阀。
7.根据权利要求2所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：还包括连接存料桶的定量落粉机构，所述定量落粉机构包括驱动单元和落粉单元；所述落粉单元包括设置有上腔体及下腔体的安装基座，所述上腔体与下腔体上下贯通，所述下腔体内部固定有被驱动单元驱动的落粉辊，所述下腔体下部设置有出粉嘴。
8.根据权利要求1所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述支撑软管为螺旋状钢丝骨架支撑软管。
9.根据权利要求1所述的适用于增材制造设备的多种粉料智能上料机构，其特征在于：所述料斗为上阔下窄的锥台状料斗，其下端设置有连接支撑管的出口，所述料斗还包括带万向轮的支撑架，所述料斗下端还连接有方便进气的进气管。
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