CN112206669A - 基于多材料在位混粉的连续输送装置 - Google Patents

基于多材料在位混粉的连续输送装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于多材料在位混粉的连续输送装置，本发明的装置包括多个粉仓、混粉仓和转接粉仓；所述粉仓用于存储粉体材料，且多个所述粉仓存储的粉体材料的成分均不相同；多个所述粉仓的出粉口通过粉末输送管道与所述混粉仓的入口连接，且多个所述粉仓的出粉口分别设置调节装置；所述混粉仓内置搅拌叶片，对多种粉体材料进行快速均匀混合；所述混粉仓的出口与所述转接粉仓的入口相互连接，混合后的粉体将输送至所述转接粉仓；所述转接粉仓的出口通过单输送管道将混合后的粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。本发明采用单喷嘴实现多材料增材制造，相比于多喷嘴成形过程，成形仓内占用空间小，操作灵活性高。

Description

基于多材料在位混粉的连续输送装置
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及基于多材料在位混粉的连续输送装置。
背景技术
梯度材料由于能够发挥多种材料的性能优势，实现单一均质材料无法比拟的特殊综合性能，在航空、航天、核工业等先进制造领域具有广泛的应用。近些年基于增材制造技术发展起来的梯度材料成形方法，由于能够实现复杂构件快速自由成形、不同材料之间形成致密冶金结合，受到工业届、学术界的高度重视。然而，在梯度材料增材制造过程中，不同材料之间的切换，以及不同材料之间的交叉污染一直是阻碍该技术面向更广阔应用领域的关键问题。为解决上述问题，研究人员通常采用多个材料输送喷嘴，让不同的喷嘴送进不同的材料，从而实现多材料成形；或者采用多路送粉器将不同比例的材料送至同一个喷嘴，通过改变送粉器的材料送进速率，从而实现多材料增材制造。然而，上述方法仍面临着一些问题，如采用多喷嘴，喷嘴集成难度大、占用空间等；而多路粉体送进过程，不同材料粉末仅在输送管道/喷嘴或熔池进行简单、短时的混合，难以保证不同比例材料的混合均匀性。因此，发展能够通过单喷嘴进行多种材质任意配比均匀混合的梯度材料连续增材制造方法是亟待解决的关键问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于多材料在位混粉的连续输送装置。本发明通过设置混粉仓将不同配比材料快速混合均匀，提高了混粉均匀性，且在粉体送入喷嘴前，仅有一路粉体输送管道(即转接粉仓的出粉口连接的粉体输送管道)，即可实现采用单喷嘴实现多材料增材制造。
本发明通过下述技术方案实现：
基于多材料在位混粉的连续输送装置，所述输送装置包括多个粉仓、混粉仓和转接粉仓；
所述粉仓用于存储粉体材料，且多个所述粉仓存储的粉体材料的成分均不相同；
多个所述粉仓的出粉口通过粉末输送管道与所述混粉仓的入口连接，且多个所述粉仓的出粉口分别设置调节装置；
所述混粉仓的出口与所述转接粉仓的入口连接；所述混粉仓对多种粉体材料进行快速均匀混合之后，将混合后的粉体输送至所述转接粉仓；所述转接粉仓将混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
本发明采用气流驱动方式来驱动粉体的传输，同时惰性气体还能给够防止粉体氧化。
优选的，本发明的装置还包括惰性气体存储箱；
所述惰性气体存储箱与多个所述粉仓的进气口连接；且所述惰性气体存储箱与多个所述粉仓的进气口的连接管道上分别设置有开关装置；
所述惰性气体存储箱用于提供气流，驱动多个所述粉仓内存储的粉体的运输。
本发明还将惰性气体通入到混粉仓内，以防止粉体氧化；同时在粉体混合均匀并输送至转接粉仓后，还能够通过增大进气口气流速率，通过高速气流将混粉仓内壁残留的粉末吹走，防止不同配比粉末交叉污染。
优选的，本发明的混粉仓带有进气口和出气口；
所述混粉仓的进气口与所述惰性气体存储箱连接，且在所述混粉仓与所述惰性气体存储箱之间的连接管道上设置有第一控制开关；所述混粉仓的出气口设置有第三控制开关。
本发明还将惰性气体通入转接粉仓内，当一种配比材料输送完毕后，通过增大进气口气流速率，通过高速气流将转接粉仓内残留的粉末吹走，防止不同配比粉末交叉污染。
优选的，本发明的转接粉仓带有进气口和出气口；
所述转接粉仓的进气口与所述惰性气体存储箱连接，且在所述转接粉仓与所述惰性气体存储箱之间的连接管道上设置有第二控制开关；所述转接粉仓的出气口设置有第五控制开关；
所述转接粉仓与所述混粉仓之间的连接管路上设置有第四控制开关。
优选的，本发明的混粉仓采用内置搅拌叶片的球形混粉缸，所述搅拌叶片用于对多种材料粉体进行翻转和搅拌。
本发明还将混粉仓和转接粉仓集成设置在外壳保护仓体内，防止环境对混合粉末的影响和污染。
优选的，本发明的还包括外壳保护仓体；
所述混粉仓和所述转接粉仓均设置在所述外壳保护仓体内。
优选的，本发明的调节装置采用调节阀。
另一方面，本发明还提出了一种在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造系统，该系统采用本发明所述的连续输出装置将均匀混合的粉体连续输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
此外，本发明还提出了一种在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造方法，该方法采用本发明所述的连续输出装置实现，包括以下步骤：
步骤1，调节多个所述粉仓出粉口的调节装置，控制每个所述粉仓出粉速度，将预期的成分配比粉体输送至所述混粉仓；
步骤2，所述混粉仓快速旋转，将输送进来的不同粉体进行混合，从而实现不同成分的粉体材料均匀混合；
步骤3，粉体混合均匀后，将混粉仓内的混合粉体输送至所述转接粉仓；
步骤4，所述转接粉仓内的混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过球形混粉仓的快速旋转，在位将不同配比材料快速混合均匀，相比传统离线混合，减少了工艺步骤，节约了时间成本；同时通过混粉仓内叶片翻转搅拌，可快速提高混粉均匀性，相比于常规在输送粉路/喷嘴或熔池内简单、短时混粉，混粉均匀性得到显著改善。
2、本发明在混粉仓及转接粉仓内均设置有进气口及出气口，可采用高速气流将残余粉体快速清除，从而避免了不同配比材料间的交叉污染。
3、本发明设计的连续输送装置，在粉体送入喷嘴前，仅有一路粉体输送管道，因此其可以采用单喷嘴实现多材料增材制造，相比于多喷嘴成形过程，成形仓内占用空间小，操作灵活性高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的输送装置原理示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-第一调节阀，2-第二调节阀，3-第三调节阀，4-第一粉末输送管道，5-混粉仓，6-惰性气体存储箱，7-气体输送管道，8-外壳保护仓体，9-粉末通道，10-第二粉末输送管道。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
相较于现有的在输送粉路/喷嘴或熔池内简单、短时混粉，混粉均匀性较差的多材料增材制造技术，本实施例提出了一种基于多材料在位混粉的连续输送装置，该连续输送装置在粉体进入喷嘴之前，仅有一路粉体输送管道，因此可采用单喷嘴实现多材料增材制造，相比于多喷嘴成形过程，成形仓内占用空间小，操作灵活性高。
具体如图1所示，本实施例的连续输送装置包括：多个粉仓、混粉仓和转接粉仓；
本实施例采用了三个粉仓，分别为粉仓A、粉仓B和粉仓C；
三个粉仓均用于存储粉体材料，且三个粉仓存储的粉体材料的成分均不相同；
三个粉仓的出粉口均通过第一粉末输送管道4与混粉仓5的入口连接，且粉仓A的出粉口设置有第一调节阀1，粉仓B的出粉口设置有第二调节阀2，粉仓C的出粉口设置有第三调节阀3；
混粉仓5的出粉口与转接粉仓的入粉口通过粉末通道9连接；混粉仓5对多种粉体材料进行快速均匀混合之后，将混合后的粉体输送至转接粉仓；转接粉仓将混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
本实施例采用气流驱动方式来驱动粉体的传输，同时惰性气体还能给够防止粉体氧化。
如图1所示，本实施例的装置还包括惰性气体存储箱6。
惰性气体存储箱6与三个粉仓的进气口通过气体输送管道连接；且惰性气体存储箱6与粉仓A的进气口的连接管道上设置有开关装置K1，惰性气体存储箱6与粉仓B的进气口的连接管道上设置有开关装置K2，惰性气体存储箱6与粉仓C的进气口的连接管道上设置有开关装置K3；
惰性气体存储箱6用于提供气流，驱动多个粉仓内存储的粉体的运输。
本实施例的混粉仓5带有进气口和出气口；
混粉仓5的进气口与惰性气体存储箱6通过气体输送管道连接，且在混粉仓5与惰性气体存储箱6之间的气体输送管道上设置有第一控制开关K4；混粉仓5的出气口设置有第三控制开关K6；
本实施例的转接粉仓带有进气口和出气口；
转接粉仓的进气口与惰性气体存储箱6通过气体输送管道连接，且在转接粉仓与惰性气体存储箱6之间的气体输送管道上设置有第二控制开关K5；转接粉仓的出气口设置有第五控制开关K8；
转接粉仓与混粉仓之间的连接管路上设置有第四控制开关K7。
在混粉前首先将进气口开关K4打开，使惰性气体通入混粉仓内，防止粉体氧化；同时在粉体混合并输送至转接粉仓后，关闭粉管开关K7，打开出气口开关K6，并增大进气口气流速率，通过高速气流将混粉仓内壁残留的粉末吹走，防止不同配比粉末交叉污染。
在转接粉仓内，当一种配比材料输送完毕后，打开出气口开关K8，并增大进气口气流速率，通过高速气流将转接粉仓内残留的粉末吹走，防止不同配比粉末交叉污染。
本实施例的混粉仓采用内置搅拌叶片的球形混粉缸，在混粉过程中混粉仓快速旋转，叶片对粉体进行翻转、搅拌，从而实现多材料快速均匀混合。
本实施例还将混粉仓和转接粉仓集成设置在外壳保护仓体8内，防止环境对混合粉末的影响和污染。
本实施例的基于多材料在位混粉的连续输送装置的工作原理为：
调节多个所述粉仓出粉口的调节装置，控制每个所述粉仓出粉速度，将预期的成分配比粉体输送至所述混粉仓；所述混粉仓快速旋转，将输送进来的不同粉体进行混合，从而实现不同成分的粉体材料均匀混合；粉体混合均匀后，将混粉仓内的粉体输送至所述转接粉仓；所述转接粉仓内的混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
实施例2
基于上述实施例1，本实施例还提出了一种在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造系统，该系统采用上述实施例1的连续输出装置将均匀混合的粉体连续输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
实施例3
基于上述实施例1，本实施例还提出了一种在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造方法，该方法采用本发明的连续输出装置实现，本实施例的方法包括以下步骤：
步骤一：将不同成分的粉体材料分别放置于粉仓A、粉仓B及粉仓C；
步骤二：打开粉管开关K1、K2及K3，并调节粉仓出粉阀转速(1、2、3)，控制出粉速度，将预期的成分配比原料输送至混粉仓(8)；
步骤三：混粉仓快速旋转，将输送进来的不同粉体进行混合，从而实现不同成分材料均匀混合；
步骤四：粉体混合均匀后，打开开关K7，将混粉仓内的混合粉体输送至转接粉仓；
步骤五：转接粉仓内的混合粉体通过粉管10输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造；
步骤六：重复步骤二～五，实现不同配比材料连续增材制造。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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.基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，所述输送装置包括多个粉仓、混粉仓和转接粉仓；
所述粉仓用于存储粉体材料，且多个所述粉仓存储的粉体材料的成分均不相同；
多个所述粉仓的出粉口通过粉末输送管道与所述混粉仓的入口连接，且多个所述粉仓的出粉口分别设置调节装置；
所述混粉仓的出口与所述转接粉仓的入口连接；所述混粉仓对多种粉体材料进行快速均匀混合之后，将混合后的粉体输送至所述转接粉仓；所述转接粉仓将混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
2.根据权利要求1所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，还包括惰性气体存储箱；
所述惰性气体存储箱与多个所述粉仓的进气口连接；且所述惰性气体存储箱与多个所述粉仓的进气口的连接管道上分别设置有开关装置；
所述惰性气体存储箱用于提供气流，驱动多个所述粉仓内存储的粉体的运输。
3.根据权利要求2所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，所述混粉仓带有进气口和出气口；
所述混粉仓的进气口与所述惰性气体存储箱连接，且在所述混粉仓与所述惰性气体存储箱之间的连接管道上设置有第一控制开关；所述混粉仓的出气口设置有第三控制开关。
4.根据权利要求2所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，所述转接粉仓带有进气口和出气口；
所述转接粉仓的进气口与所述惰性气体存储箱连接，且在所述转接粉仓与所述惰性气体存储箱之间的连接管道上设置有第二控制开关；所述转接粉仓的出气口设置有第五控制开关；
所述转接粉仓与所述混粉仓之间的连接管路上设置有第四控制开关。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，所述混粉仓采用内置搅拌叶片的球形混粉缸，所述搅拌叶片用于对多种材料粉体进行翻转和搅拌。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，还包括外壳保护仓体；
所述混粉仓和所述转接粉仓均设置在所述外壳保护仓体内。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于多材料在位混粉的连续输送装置，其特征在于，所述调节装置采用调节阀。
8.在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造系统，其特征在于，该系统采用如权利要求1-7任一项所述的连续输出装置将均匀混合的粉体连续输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
9.在位混粉、连续输送的梯度材料增材制造方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1-7任一项所述的连续输出装置实现，包括以下步骤：
步骤1，调节多个所述粉仓出粉口的调节装置，控制每个所述粉仓出粉速度，将预期的成分配比粉体输送至所述混粉仓；
步骤2，所述混粉仓快速旋转，将输送进来的不同粉体进行混合，从而实现不同成分的粉体材料均匀混合；
步骤3，粉体混合均匀后，将混粉仓内的混合粉体输送至所述转接粉仓；
步骤4，所述转接粉仓内的混合粉体输送至增材制造设备缸体或喷头进行增材制造。
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