CN113020625B - 一种基于短棒物料增材制造机构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于短棒材物料的增材制造机构及制造方法，所述机构包括壳体；储料箱，与所述壳体相连，用于储存短棒物料；主轴，设置于所述壳体内，并能够相对所述壳体转动；料道，设置于所述主轴中，与所述储料箱连通；送料单元，设置于所述料道的两侧，用于握持所述短棒物料向下游输送；搅拌头单元，设置于所述主轴的下方，用于带动所述短棒物料转动与摩擦，进行增材制造。本发明的短棒物料增材制造机构及制造方法具有结构简单，生产效率高的优点，可以实现短棒的连续进料，且相邻两个短棒之间的结合面小，可以有效减小增材零件的缺陷，提高增材零件的合格率。

Description

一种基于短棒物料增材制造机构及制造方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种短棒物料增材制造机构及制造方法。

背景技术

目前广泛采用的激光增材技术，由于材料需要在增材过程中发生熔化与再凝固，材料容易产生气孔、夹杂等缺陷。若采用粉末颗粒等材料进行增材时，粉末材料与空气处于某一密闭空间并具有一定热量时易发生爆炸，因此尽量避免粉末材料的使用；同时粉末与颗粒材料体积较小，在增材时会产生较多的结合面，这将增加缺陷产生的概率，降低增材零件合格率。采用棒材进行增材制造时，棒材材料不容易发生弯曲与盘叠，不方便进行收藏，所以只能一根一根的手动填充，所以材料不能连续供应。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于短棒物料增材制造机构及制造方法，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种短棒物料增材制造机构，包括：

壳体；

储料箱，与所述壳体相连，用于储存短棒物料；

主轴，设置于所述壳体内，并能够相对所述壳体转动；

料道，设置于所述主轴中，与所述储料箱连通；

送料单元，设置于所述料道的两侧，用于握持所述短棒物料向下游输送；

搅拌头单元，设置于所述主轴的下方，用于带动所述短棒物料转动与摩擦，进行增材制造。

优选地，所述料道上设置有安装工位，所述送料单元位于所述安装工位上。

优选地，所述安装工位31设在所述料道的中部位置。

优选地，所述送料单元包括设置于所述料道各一侧的传动轮、分别驱动所述传动轮转动的主动轮以及分别驱动所述主动轮转动的送料电机。

优选地，所述传动轮为咬紧齿轮，所述主动轮为主动齿轮；或者，所述传动轮为被动辊轮，所述主动轮为主动辊轮。

优选地，所述壳体的内侧壁上沿周向设置有导电线圈，所述送料电机的电刷与所述导电线圈接触。

优选地，所述搅拌头单元包括刀柄以及与所述刀柄相连的搅拌头，所述刀柄安装在所述主轴上。

优选地，所述主轴和所述储料箱为一体式结构；或者，所述主轴和所述储料箱为分体式结构，所述储料箱与所述壳体相连。

优选地，所述料道的横截面为方形，所述储料箱内设置有若干短棒，所述短棒的横截面呈方形，所述储料箱的内部呈漏斗状；优选地，所述壳体上设置有振动器。

本发明短棒物料增材制造机构的有益效果在于：

本发明采用短棒进行增材制造，相比传统长棒材可实现连续化供料，短棒与料道孔配合，促进短棒旋转进而产生摩擦热，有助于短棒熔化；相比传统粉末或颗粒物料，相邻两个短棒之间的结合面小，可以有效减小增材零件的缺陷，提高增材零件的合格率。

本发明的增材制造机构结构简单，短棒物料传送过程中只需设于料道两侧的传动轮握持并传送短棒物料，促使短棒向下游移动，即可实现供料；

在本发明的优选方案中，由于送料电机需跟随主轴同步旋转，在壳体的内侧壁上沿周向设置有导电线圈，使得送料电机的电刷与导电线圈持续接触，可以确保所述送料电机持续通电工作，从而实现持续供料；

另外，本发明还提供一种基于短棒物料增材制造方法，采用上述所述的短棒物料增材制造机构实施，所述方法包括如下步骤：

开机使主轴旋转；

储料箱内的短棒物料进入料道中；

送料单元将料道中的短棒物料向下游输送；

搅拌头单元对短棒物料搅拌摩擦使短棒物料熔化，得到增材。

采用上述短棒物料增材制造方法，工序简单，生产效率高，可以实现短棒的连续进料，且相邻两个短棒之间的结合面小，可以有效减小增材零件的缺陷，提高增材零件的合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的短棒物料增材制造机构的结构示意图；

图2为本发明的短棒物料增材制造机构的另一结构示意图

图中标记说明：

壳体1，主轴2，料道3，安装工位31，储料箱4，送料单元5，主动齿轮51，咬紧齿轮52，送料电机53，搅拌头单元6，刀柄61，搅拌头62，导电线圈7，轴承8，短棒物料9。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分优选实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中；而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

参见图1和图2所示，本发明提供一种短棒物料增材制造机构，包括壳体1、主轴2、料道3、储料箱4、送料单元5以及搅拌头单元6；所述储料箱4，与所述壳体相连，用于储存短棒物料9；所述主轴2设置于所述壳体1内，并能够相对所述壳体1转动；所述料道3设置于所述主轴2中，与所述储料箱4连通；所述送料单元5设置于所述料道3的两侧，用于握持所述短棒物料9向下游输送；所述搅拌头单元6设置于所述主轴2的下方，用于带动所述短棒物料9转动与摩擦，进行增材制造。短棒物料9放在所述储料箱4内，由于增材制造机构本身的振动，短棒物料9在振动及自身重力作用下会输送进入料道3中，送料单元5将短棒物料9握持并带动向下游输送，所述搅拌头单元6对短棒物料9搅拌摩擦，搅拌摩擦过程中发热，可以软化所述短棒物料9，从而实现短棒物料增材的制造；所述短棒物料9经振动进入所述料道3中，可以实现短棒物料9连续自动进料，且短棒物料9不会像粉末物料具有容易发生爆炸的风险，相邻短棒物料9之间的接触面小，使得增材结合面少，可以确保后续增材零件缺陷小，零件合格率高；所述主轴2可以是通过皮带和主电机相连(未图示)，由主电机驱动旋转，该结构为常规技术，在此不做详细说明。

所述料道3上设置有安装工位31，所述送料单元5位于所述安装工位31上，优选地将安装工位31设在料道的中部位置。这样，所述送料单元5可以随着所述主轴2同步旋转，确保持续将所述短棒物料9握持并带动向下游输送，实现短棒物料9自动化连续进料；送料单元5包括设置于所述料道3各一侧的传动轮、分别驱动所述传动轮转动的主动轮以及分别驱动所述主动轮转动的送料电机53，送料单元5可以优选设置在主轴2的中部位置，至于具体的安装工位可根据主轴中部的周向空间设置，但为了使设在料道3各一侧的传动轮能够握持短棒物料9向下游输送，安装工位31包括开设在主轴2上的安装通槽或安装孔。

本实施例中，上述传动轮可以为咬紧齿轮52，主动轮为主动齿轮51，或者也可以采用辊轮传动，示施例地，传动轮为被动辊轮，主动轮为主动辊轮，为了使传动轮能够更稳定的握持短棒物料9向下游输送，本实施例中，所述送料单元5包括设置于所述料道3两侧的两个咬紧齿轮52、分别与两个所述咬紧齿轮52啮合的两个主动齿轮51以及分别驱动两个所述主动齿轮51转动的送料电机53，所述咬紧齿轮52位于靠近所述料道3的一侧。这样，通过所述主动齿轮51与所述咬紧齿轮52啮合，带动所述咬紧齿轮52转动的方式，所述咬紧齿轮52可以稳定可靠地将短棒物料9咬紧并向下送料，不易发生脱落、打滑等问题。

在本实施例中，由于送料电机53需跟随主轴2同步旋转，在壳体1的内侧壁上沿周向设置有导电线圈7，所述送料电机53的电刷(未图示)与所述导电线圈7接触。这样，所述送料电机53的电刷在旋转过程中一直与所述导电线圈7接触，可以确保所述送料电机53持续通电工作，从而持续将短棒物料9咬紧并向下送料。

所述搅拌头单元6包括刀柄61以及与所述刀柄61相连的搅拌头62，所述刀柄61安装在所述主轴2上。至于搅拌头的形状，所述搅拌头62的形状可以为方形棒材、圆形棒材或其它多边形棒材等，与棒材物料9的形状相适应即可，所述搅拌头62与所述刀柄61可拆卸连接，在使用一段时间后磨损时，可以直接更换搅拌头62。在所述主轴2旋转过程中，所述刀柄61及所述搅拌头62随着所述主轴2一同转动，对所述短棒物料9搅拌摩擦，得到增材，这样的方式，制造增材的同时更加的节能。

本实施例中，所述主轴2和所述储料箱4为一体式结构。这样，所述储料箱4可以随着所述主轴2一起转动，如此一体式结构，所述储料箱4的出料口和主轴内的料道3的进料口也连为一体，避免储料箱4的出料口和主轴2内的料道3的进料口因增材制造机构振动产生错位而影响下料。

作为本发明的可选实施例，所述主轴2和所述储料箱4也可以采用分体式结构，所述储料箱4与所述壳体1可以相连或者不相连，储料箱4与壳体1均固定，不随着主轴2同时转动，这样可以相对节能，减少能量消耗；但是，如此需要使储料箱4的出料口和主轴2内的料道3的进料口保持位置对准不偏离。更进一步地，如此分体式结构为了减少储料箱4与转动的主轴之间的摩擦，可以在储料箱4的出料口端与主轴2的料道3上端的接触面设置一圈转动轴承。

在本实施例中，所述料道3的横截面为方形，所述储料箱4内设置有若干短棒物料9，所述短棒物料9的横截面呈方形。所述短棒物料9与所述料道3的方孔配合，便于所述短棒物料9进入所述料道3中，且可以促进短棒物料9旋转产生摩擦热，有助于短棒物料9熔化；采用方形料道和方形短棒可以增大接触面积，使得短棒物料9更容易在搅拌摩擦过程中熔化；当然作为本发明的其他实施例，料道3和短棒物料9的形状并不限于此，料道3的横截面还可以为圆形或其它多边形等，同时短棒物料9的横截面也同样为圆形或其它多边形等与所述料道3的横截面配合的形状，便于所述短棒物料9的传输送料，并摩擦发热。

进一步地，在本实施例中，储料箱4的内部呈漏斗状。漏斗状的储料箱4便于短棒物料9在自身重力作用下下落，至于短棒物料的长度，其主要受漏斗状储料箱的尺寸影响，本发明对此不作限定，在储料箱尺寸确定的情况下短棒物料9的长度以容易下料为准，示例性地，在本实施例中可将短棒物料9的长度选择在5-100mm的范围；短棒物料9在下料过程中受到增材制造机构本身的振动作用，可以使其在储料箱中不断调整角度，更容易从储料箱内进入到料道3并向下游输送。在本发明的其它实施例中，为了更进一步的使短棒物料9受到振动作用，还可以在所述壳体上设置额外的振动器。

另外地，在本实施例中，所述主轴2和所述壳体1之间通过轴承8相连。所述轴承8起到支撑的作用，可以有效减小所述主轴2旋转过程中的摩擦力。

除前述之外，本发明还提供一种短棒物料增材制造方法，采用如上所述的短棒物料增材制造机构实施，该方法包括如下步骤：

在储料箱内加满短棒物料9后，开机使主轴2旋转；

储料箱4内的短棒物料9进入料道3中；

送料单元5将料道3中的短棒物料9向下游输送；

搅拌头单元6对短棒物料9搅拌摩擦使短棒物料9熔化，得到增材。

采用该短棒物料增材制造方法进行增材制造，具有工序简单，生产效率高等优点，可以实现短棒物料9的连续进料，且相邻两个短棒物料9之间的结合面小，可以有效减小后续增材零件的缺陷，提高增材零件的合格率；进一步的为了提高自动化程度，还可以通过现有的自动上料机构，进行储料箱的自动填料操作。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于短棒材物料的增材制造机构，其特征在于，包括：

壳体；

储料箱，与所述壳体相连，用于储存短棒物料；

主轴，设置于所述壳体内，并能够相对所述壳体转动；

料道，设置于所述主轴中，与所述储料箱连通；

送料单元，设置于所述料道的两侧，用于握持所述短棒物料向下游输送；

搅拌头单元，设置于所述主轴的下方，用于带动所述短棒物料转动与摩擦，进行增材制造；

其中，所述料道上设置有安装工位，所述送料单元位于所述安装工位上，所述料道与所述安装工位均设置于所述壳体内，所述送料单元包括设置于所述料道各一侧的传动轮、分别驱动所述传动轮转动的主动轮以及分别驱动所述主动轮转动的送料电机；所述壳体的内侧壁上沿周向设置有导电线圈，所述送料电机的电刷与所述导电线圈接触；所述短棒物料的长度小于所述料道的长度，所述短棒物料的横截面与所述料道的横截面形状相匹配，所述短棒物料的横截面与所述料道的横截面均为多边形。

2.根据权利要求1所述的增材制造机构，其特征在于：所述安装工位设在所述料道的中部位置。

3.根据权利要求1所述的增材制造机构，其特征在于：所述传动轮为咬紧齿轮，所述主动轮为主动齿轮；或者，所述传动轮为被动辊轮，所述主动轮为主动辊轮。

4.根据权利要求1-3任一项所述的增材制造机构，其特征在于：所述搅拌头单元包括刀柄以及与所述刀柄相连的搅拌头，所述刀柄安装在所述主轴上。

5.根据权利要求1-3任一项所述的短棒物料增材制造机构，其特征在于：所述主轴和所述储料箱为一体式结构；或者，所述主轴和所述储料箱为分体式结构。

6.根据权利要求1-3任一项所述的短棒物料增材制造机构，其特征在于：所述料道的横截面为方形，所述储料箱内设置有若干短棒，所述短棒的横截面呈方形，所述储料箱的内部呈漏斗状；所述壳体上设置有振动器。

7.一种自动短棒物料增材制造方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的短棒物料增材制造机构实施，所述方法包括如下步骤：

开机使主轴旋转；

储料箱内的短棒物料进入料道中；

送料单元将料道中的短棒物料向下游输送；

搅拌头单元对短棒物料搅拌摩擦使短棒物料熔化，得到增材。