CN112658285A - 一种激光增材设备的出粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光增材设备的出粉装置，包括出粉机构，所述出粉机构包括储料漏斗，所述储料漏斗连接有出粉模块，所述出粉模块包括两个粉料入口、两条流道和一个粉料出口，两条所述的流道各对应一个粉料入口并在粉料出口处相汇通，所述粉料出口的两侧均设有刮粉刷板；两条所述的流道内均设有出粉辊以及与出粉辊外圆柱面相切的一对导辊，一对所述的导辊将流道分隔成上进粉段、储粉容腔和下出粉段，所述出粉辊的外圆柱面上设有若干个沿轴向的凹槽，随着出粉辊的旋转，所述储粉容腔轮换着与上进粉段、下出粉段相导通。本发明具有内部的转辊不易出现卡死现象且不易发生漏粉，可以实现定量流畅出粉的优点。

Description

一种激光增材设备的出粉装置

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，特别是一种激光增材设备的出粉装置。

背景技术

激光增材制造技术是以激光束为热源，加热材料使之结合、直接制造零件的方法，称为高能束流快速制造，是增材制造领域的重要分支，在现有金属零件的激光增材制造领域里，诸多设备如激光熔覆、激光选区熔化等设备都需要用到出粉装置，激光熔覆是其中一种，激光熔覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能，激光熔覆工艺有多种类型，当需要在工件上大面积熔覆时，在激光熔覆处理前，需要先在工件表面预置涂覆层粉末，并可选择性地使用粘结剂初步粘结，这里的大面积出粉就需要通过出粉装置实现，金属粉末的定量供给关系到工件表面熔覆层的厚度均匀性、关系到加工成品的精度，为了实现金属粉末的定量供给，目前普遍会采用轴向布有凹槽的出粉辊作为出粉口的封堵件，随着出粉辊的转动，定量带出金属粉末。

采用该方法进行出粉，由于转辊是转动的，与转辊配合的容器内壁是固定不动的，若转辊与容器内壁之间的间隙较大，金属粉末会产生泄漏，落到已经平铺好的粉层上，会破坏平铺好粉层的均匀性；若转辊与容器内壁之间的间隙较小，在转辊转动过程中，会与容器内壁之间会产生较大的滑动摩擦力，尤其当间隙内落入金属粉末时，较大的滑动摩擦力更是会直接导致转辊卡死现象；另外，由于普通转辊内金属粉末储量较少，转辊需要达到更大的转动速度去快速稳定地出粉，转辊转速的加快更是增大了其卡死的几率。

因此，现有激光增材设备的出粉存在容易漏粉或转辊容易出现卡死现象的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光增材设备的出粉装置。它具有内部的转辊不易出现卡死现象且不易发生漏粉，可以实现定量流畅出粉的优点。

本发明的技术方案：一种激光增材设备的出粉装置，包括一对导向轨，导向轨上经滑块连接有出粉机构，出粉机构连接有直线电机，其特征在于：所述出粉机构包括储料漏斗，所述储料漏斗连接有出粉模块，所述出粉模块包括两个粉料入口、两条流道和一个粉料出口，两条所述的流道各对应一个粉料入口并在粉料出口处相汇通，所述粉料出口的两侧均设有刮粉刷板；两条所述的流道内均设有出粉辊以及与出粉辊外圆柱面相切的一对导辊，一对所述的导辊将流道分隔成上进粉段、储粉容腔和下出粉段，所述出粉辊的外圆柱面上设有若干个沿轴向的凹槽，随着出粉辊的旋转，所述储粉容腔轮换着与上进粉段、下出粉段相导通。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过双流道的出粉模块实现出粉，出粉模块内由出粉辊与一对导辊构成的出粉开关可以实现单个流道内间断式地出粉，在双流道汇总到一路出粉的结构下，只需错开两个流道内的间断式出粉的出粉时间，最终能实现在粉料出口处的连续出粉；本发明的流道内设有出粉辊以及与出粉辊外圆柱面相切的一对导辊，出粉辊与导辊之间无间隙配合，不易出现漏粉现象；本发明出粉辊上的凹槽仅作为金属粉末流动的一个通道，一对导辊将流道分隔出的储粉容腔才是每次定量出粉的粉末容置腔，储粉容腔的容积为一定量且可以做到几倍于凹槽的容积，一次性储粉量更大，每次的出粉量也更大，在保持常规出粉速度前提下，出粉辊无需转动过快，因此可以减小卡死的概率；更重要的是，本发明与出粉辊配合起封堵作用的部件为一对导辊，出粉辊转动时导辊同步转动，两者之间为滚动摩擦，滚动摩擦力的数值会远远小于常规转辊受到的滑动摩擦力，这一结构更是使得本发明出粉辊不易出现卡死现象，进而实现定量流畅地出粉。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，若干个所述的凹槽沿出粉辊的外圆柱面等间隔分布，且在出粉辊的横截面中，凹槽对应的圆心角与相邻两个凹槽之间的外圆柱面对应的圆心角大小相等。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，同一流道内的一对所述导辊中，当一个导辊与出粉辊的凹槽之间形成有间隙时，另一导辊与出粉辊相邻两个凹槽之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊的旋转，两个导辊轮换着与出粉辊之间形成间隙。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，两条所述的流道中，当一条流道内位于下方的导辊与出粉辊的凹槽之间形成间隙时，另一流道内位于下方的导辊与出粉辊相邻两个凹槽之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊的旋转，两条流道内位于下方的导辊轮换着与出粉辊之间形成间隙。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，所述出粉辊与导辊均部分内嵌于流道壁。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，所述储料漏斗和出粉模块之间设有中间储料箱，所述中间储料箱和储料漏斗之间设有电磁开关阀。

前述的一种激光增材设备的出粉装置中，所述粉料出口的两侧均设有两块刮粉刷板，其中靠近粉料出口侧刮粉刷板的最低位置高于远离粉料出口侧刮粉刷板的最低位置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是出粉机构的结构示意图；

图3是出粉模块的结构示意图；

图4是图2在A处的局部放大图；

图5是图2在B处的局部放大图；

图6是出粉辊运动状态一示意图；

图7是出粉辊运动状态二示意图；

图8是出粉辊运动状态三示意图；

图9是出粉辊运动状态四示意图。

附图标记：1-成型工件，2-导向轨，3-滑块，4-出粉机构，41-储料漏斗，42-出粉模块，43-中间储料箱，44-电磁开关阀，401-粉料入口，402-流道，403-粉料出口，404-刮粉刷板，405-出粉辊，406-导辊，407-上进粉段，408-储粉容腔，409-下出粉段，410-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种激光增材设备的出粉装置，结构如图1至图5所示，包括一对导向轨2，成型工件1位于两侧的导向轨2之间，导向轨2上经滑块3连接有出粉机构4，也即出粉机构4架在两条导向轨2上，出粉机构4连接有直线电机，直线电机用来驱动出粉机构4在直线上的来回运动，所述出粉机构4包括储料漏斗41，储料漏斗41的容积可储存用于多个零件加工的金属粉末，所述储料漏斗41连接有出粉模块42，所述出粉模块42包括两个粉料入口401、两条流道402和一个粉料出口403，两个粉料入口401是紧挨着对接储料漏斗41且大小相同，可以保证进料速度的相同，两条所述的流道402各对应一个粉料入口401并在粉料出口403处相汇通，所述粉料出口403的两侧均设有刮粉刷板404，刮粉刷板404将粉料出口403落下的金属粉末铺平，根据出粉机构4运动方向的不同，当出粉机构4朝一个方向移动时，两侧的刮粉刷板404有且仅有一侧起到刮粉铺平作用；两条所述的流道402内均设有出粉辊405以及与出粉辊405外圆柱面相切的一对导辊406，一对所述的导辊406将流道402分隔成上进粉段407、储粉容腔408和下出粉段409，所述出粉辊405的外圆柱面上设有若干个沿轴向的凹槽410，出粉辊405外圆柱面虽与导辊406相切，但当出粉辊405旋转至凹槽410与导辊406相对时，相邻两个段落之间会形成一条导通的通道，也即随着出粉辊405的旋转，所述储粉容腔408轮换着与上进粉段407、下出粉段409相导通。

作为优选，若干个凹槽410沿出粉辊405的外圆柱面等间隔分布，且在出粉辊405的横截面中，凹槽段与非凹槽段对应的圆心角大小相等。这个设置使得储粉容腔408轮换着与上进粉段407、下出粉段409相导通时，在任意时刻，储粉容腔408与且仅与上进粉段407、下出粉段409两者中的一段相导通。

同一流道402内的一对所述导辊406中，当一个导辊406与出粉辊405的凹槽410之间形成有间隙时，另一导辊406与出粉辊405相邻两个凹槽410之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊405的旋转，两个导辊406轮换着与出粉辊405之间形成间隙，每完成一个轮换周期，储粉容腔408内经历一次充满金属粉末与排空金属粉末的动作，实现了定量出粉。

两条所述的流道402中，当一条流道402内位于下方的导辊406与出粉辊405的凹槽410之间形成间隙时，另一流道402内位于下方的导辊406与出粉辊405相邻两个凹槽410之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊405的旋转，两条流道402内位于下方的导辊406轮换着与出粉辊405之间形成间隙，每完成一个轮换周期，两条流道402内的储粉容腔408间隔地将所充满的金属粉末排出，在粉料出口403处实现了连续出粉。

当储粉容腔408与上进粉段407相导通时，储粉容腔408进行进粉动作，根据储粉容腔408容积的大小，控制好出粉辊405的转速，保证在储粉容腔408与上进粉段407之间的进粉通道闭合前金属粉末充满储粉容腔408；

当储粉容腔408与下出粉段409相导通时，储粉容腔408进行出粉动作，出粉辊405的转速需要控制在当储粉容腔408与下出粉段409之间的出粉通道闭合时，储粉容腔408刚好排完金属粉末，由于储粉容腔408的容积是定值，容易得出这个出粉辊405的转速。

进一步地，每个出粉辊405上凹槽410的数量为9个，也即在出粉辊405的横截面中，凹槽段对应的圆心角大小为20°，当储粉容腔408与上进粉段407或下出粉段409相导通时，储粉容腔408内有且仅有一段完整的凹槽段，出粉辊405每旋转40°完成一次完整的出粉动作，具体见图6-图9，图6状态为储粉容腔408与上进粉段407之间即将导通的临界情况，随着出粉辊405继续转动，储粉容腔408与上进粉段407之间完成导通，当出粉辊继续转动405转动10°后，如图7所示，此时储粉容腔408与上进粉段407之间导通且通道最大，正在进行进粉动作，当出粉辊继续转动405转动10°后，如图8所示，此时储粉容腔408与上进粉段407之间即将封闭，储粉容腔408与下出粉段409之间即将导通，随着出粉辊405继续转动，储粉容腔408与下出粉段409之间完成导通，当出粉辊继续转动405转动10°后，如图9所示，此时储粉容腔408与下出粉段409之间导通且通道最大，正在进行出粉动作，当出粉辊继续转动405转动10°后，又回到如图6所示的状态，一个出粉周期完成。

作为优选，出粉辊405与导辊406均部分内嵌于流道402，使得出粉辊405旋转时，金属粉末不会沿出粉辊405旋转的反方向下漏，保证了出粉通道的唯一性，更好控制出粉辊405的转速。

作为优选，储料漏斗41和出粉模块42之间设有中间储料箱43，所述中间储料箱43和储料漏斗41之间设有电磁开关阀44，中间储料箱43用于暂存从储料漏斗41漏下的金属粉末，当中间储料箱43充满时，电磁开关阀44关闭，储料漏斗41不再向中间储料箱43供料，中间储料箱43的设置使得金属粉末给予流道402内的内压不至于过大，很好地保护了流道402内出粉辊405、导辊406等部件，使出粉辊405、导辊406等部件的配合不易出现形变，可以高精度地使用更长时间。

作为优选，当中间储料箱43内的金属粉末量低于一定值时，电磁开关阀44可以再次打开使中间储料箱43充满金属粉末，一般在中间储料箱43内的金属粉末量低于其总容积的1/3时执行这个操作。

作为优选，粉料出口403的两侧均设有两块刮粉刷板404，其中靠近粉料出口403侧刮粉刷板404的最低位置高于远离粉料出口403侧刮粉刷板404的最低位置，每侧设置两块刮粉刷板404可以使铺料更加精细化，靠近粉料出口403侧刮粉刷板404实现初步刮料，使堆叠的金属粉末初步扩散平铺，减轻远离粉料出口403侧刮粉刷板404的刮料压力，而远离粉料出口403侧刮粉刷板404进一步刮料可以使初步扩散平铺的金属粉末精细化地扩散平铺。

作为优选，出粉模块42内的两根出粉辊405由同一电机驱动，在两根出粉辊405端部通过齿轮组的配合使两根出粉辊405做同步异向的旋转运动，由同一电机驱动可以减少电机使用成本，也更好地保证了两根出粉辊405做同步异向旋转运动的同步性，两根出粉辊405的初始位置不同，表现在当一个流道402内的储粉容腔408与上进粉段407相导通时，另一流道402内的储粉容腔408与下出粉段409相导通。

工作原理(当本发明用作激光熔覆设备的出粉装置时)：在直线电机作用下，出粉机构4沿导向轨2定向滑动，储料漏斗41中的金属粉末从出粉模块42的两个粉料入口401输入，两条流道402内的出粉辊405同步异向转动，随着出粉辊405的旋转，流道402内的储粉容腔408重复着定量进粉与定量出粉动作，且保持一个流道402内的储粉容腔408定量进粉时另一个流道402内的储粉容腔408定量出粉，使得粉料出口403处实现连续出粉，输出到成型工件1上的金属粉末由刮粉刷板404刮刷均匀，当出粉机构4沿一个方向铺完一个面时，无需复位，待铺完的工件加工完毕后(取走)，出粉机构4反向运动铺粉即可给新的工件铺粉。

进一步地，当出粉辊405旋转时，与出粉辊405相切的一对导辊406反向旋转，且导辊406在相切处的线速度与出粉辊405在相切处的线速度大小相等，这里的导辊406可由驱动出粉辊405的电机经额外添加的齿轮组同步带动；事实上，对导辊406转速的控制无需做到如两根出粉辊405转速那般精确一致，也可以由额外添加的电机驱动导辊406，本发明可以接受导辊406在相切处的线速度与出粉辊405在相切处的线速度大小的细微偏差。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种激光增材设备的出粉装置，包括一对导向轨(2)，导向轨(2)上经滑块(3)连接有出粉机构(4)，出粉机构(4)连接有直线电机，其特征在于：所述出粉机构(4)包括储料漏斗(41)，所述储料漏斗(41)连接有出粉模块(42)，所述出粉模块(42)包括两个粉料入口(401)、两条流道(402)和一个粉料出口(403)，两条所述的流道(402)各对应一个粉料入口(401)并在粉料出口(403)处相汇通，所述粉料出口(403)的两侧均设有刮粉刷板(404)；两条所述的流道(402)内均设有出粉辊(405)以及与出粉辊(405)外圆柱面相切的一对导辊(406)，一对所述的导辊(406)将流道(402)分隔成上进粉段(407)、储粉容腔(408)和下出粉段(409)，所述出粉辊(405)的外圆柱面上设有若干个沿轴向的凹槽(410)，随着出粉辊(405)的旋转，所述储粉容腔(408)轮换着与上进粉段(407)、下出粉段(409)相导通。

2.根据权利要求1所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：若干个所述的凹槽(410)沿出粉辊(405)的外圆柱面等间隔分布，且在出粉辊(405)的横截面中，凹槽对应的圆心角与相邻两个凹槽之间的外圆柱面对应的圆心角大小相等。

3.根据权利要求2所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：同一流道(402)内的一对所述导辊(406)中，当一个导辊(406)与出粉辊(405)的凹槽(410)之间形成有间隙时，另一导辊(406)与出粉辊(405)相邻两个凹槽(410)之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊(405)的旋转，两个导辊(406)轮换着与出粉辊(405)之间形成间隙。

4.根据权利要求3所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：两条所述的流道(402)中，当一条流道(402)内位于下方的导辊(406)与出粉辊(405)的凹槽(410)之间形成间隙时，另一流道(402)内位于下方的导辊(406)与出粉辊(405)相邻两个凹槽(410)之间的外圆柱面相切，且随着出粉辊(405)的旋转，两条流道(402)内位于下方的导辊(406)轮换着与出粉辊(405)之间形成间隙。

5.根据权利要求1所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：所述出粉辊(405)与导辊(406)均部分内嵌于流道(402)壁。

6.根据权利要求1所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：所述储料漏斗(41)和出粉模块(42)之间设有中间储料箱(43)，所述中间储料箱(43)和储料漏斗(41)之间设有电磁开关阀(44)。

7.根据权利要求1所述的一种激光增材设备的出粉装置，其特征在于：所述粉料出口(403)的两侧均设有两块刮粉刷板(404)，其中靠近粉料出口(403)侧刮粉刷板(404)的最低位置高于远离粉料出口(403)侧刮粉刷板(404)的最低位置。

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