CN114616058A - 用于增材制造的颗粒分离装置和增材制造设备 - Google Patents

用于增材制造的颗粒分离装置和增材制造设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于选择性增材制造的颗粒分离装置和一种选择性增材制造设备。颗粒包含在气流中。所述装置包括干式加压空气分离器(101)，所述干式加压空气分离器包括旋转速度可调的分离涡轮。干式加压空气分离器根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在气流中的颗粒。所述装置还包括用于提取包含在气流中的颗粒的装置(102)。干式加压空气分离器与提取装置之间流体连通，使得离开干式加压空气分离器的气流在提取装置中循环并且使得离开提取装置的气流在干式加压空气分离器中循环。所述装置还包括用于在干式加压空气分离器和提取装置之间循环气流的装置(103)。

Description

用于增材制造的颗粒分离装置和增材制造设备
技术领域
本发明涉及增材制造的一般领域；更具体地用于制造物体，例如金属物体。
背景技术
选择性增材制造包括通过在粉状材料(例如，金属粉末或陶瓷粉末)的连续层中固结选定的区域来构建三维物体。经固结的区域对应于三维物体的连续横截面。通过使用能量源进行的全部或部分选择性熔化，例如逐层来进行固结。
粉末(例如金属粉末)由颗粒的集合体组成，这些颗粒需要分离，特别是按尺寸分离，以实现最佳制造。
众所周知，为了实现颗粒的这种分离，使用具有固定筛孔的物理筛。该筛孔通常为63μm(230US目)。
物理筛的缺点是不能调节待分离的颗粒的尺寸。此外，颗粒在筛子上的通气度较低。
因此，本发明旨在通过提出一种用于增材制造的颗粒分离装置和增材制造设备来弥补这些缺陷。
发明内容
本发明的总体目的是克服现有技术的限制。
为此，本发明特别地提出了一种分离用于增材制造的颗粒的装置。颗粒包含在气流中。该装置包括至少一个干式气动分离器，该干式气动分离器包括分离涡轮，所述分离涡轮的旋转速度是可变的。干式气动分离器根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在气流中的颗粒。用于分离颗粒的装置还包括用于提取包含在气流中的颗粒的装置。干式气动分离器和提取装置流体连通，使得离开干式气动分离器的气流循环通过提取装置并且使得离开提取装置的气流循环通过干式气动分离器。用于分离颗粒的装置还包括用于在气动分离器和提取装置之间循环气流的装置。
本发明还提出了一种包括选择性增材制造设备和分离装置的组件。选择性增材制造设备包括分离装置或连接到分离装置。
在一个实施方案中，组件还包括用于分配粉状材料的系统，该分配系统配置为接收来自分离装置的颗粒。
在一个实施方案中，组件还包括用于收集未使用的颗粒的装置，该收集装置连接到用于分离颗粒的装置的入口。
在一个实施方案中，组件还包括过滤装置，所述过滤装置安装在收集装置和用于分离颗粒的装置的入口之间。
在一个实施方案中，过滤装置包括筛孔尺寸在300μm至1500μm之间的保护筛。
附图说明
通过下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，这些描述仅是示例性的而非限制性的，应结合附图进行阅读，其中：
-图1示出了分离装置的第一实施方案。
-图2-a显示了分离涡轮，图2-b以图表的形式描绘了分离涡轮的旋转速度与通过涡轮分离的颗粒的直径之间的关系。
-图3示出了分离装置的第二实施方案。
-图4示出了分离装置的第三实施方案。
-图5示出了分离装置的第四实施方案。
-图6示出了分离装置的第五实施方案。
-图7-a和图7-b显示了选择性增材制造设备的两个实施方案。
-图8显示了选择性增材制造设备的实施方案。
具体实施方式
一个或多个实施例和实施方案的描述
图1显示了用于分离颗粒(例如金属颗粒)的装置的第一实施方案。这些颗粒包含在气流中，旨在用于增材制造。该装置包括至少一个干式气动分离器101；所述干式气动分离器101包括具有可变旋转速度的分离涡轮并且根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在所述气流中的颗粒。
分离装置还包括用于提取包含在所述气流中的颗粒的装置102。
干式气动分离器101和提取装置102流体连通，使得离开干式气动分离器101的气流循环通过提取装置102并且使得离开提取装置102的气流循环通过干式气动分离器101。
该分离装置还具有用于在气动分离器101和提取装置102之间循环气流的装置103。
在该分离装置中，干式气动分离器101通过从导入分离器的气流中去除大于Dc1的颗粒来分离小于第一尺寸Dc1的颗粒。从气流中去除的大于Dc1的颗粒将通过出口104由干式气动分离器101排出。因此，在干式气动分离器101的出口处，气流实际上仅包含颗粒尺寸小于Dc1的颗粒。接下来，提取装置102可以从气流中提取颗粒。由提取装置102提取的颗粒具有小于Dc1的尺寸。由气动分离器101排出的颗粒具有大于Dc1的尺寸。
在该实施方案中，可以以两种不同的方式实现将颗粒(例如金属颗粒)装载到分离装置中。两个实线箭头105和106代表这两种方式，即：105通过气动分离器101的顶部，106通过气动分离器101的斜槽107。
在该分离器101中，将被分离的颗粒的尺寸(称为“界限粒径”)取决于分离涡轮的旋转速度。该旋转速度可通过控制装置来改变。
图2-a中描绘了这种分离涡轮。图2-b描绘了分离涡轮的旋转速度与通过涡轮分离的颗粒直径之间的关系。
该装置具有能够动态选择待提取的颗粒尺寸的优点。与使用现有技术的装置，特别是基于筛子的装置相比，该装置还允许颗粒更好的通气、更好的干燥和更好的去凝聚力。更具体地，干式气动分离器具有能够改变所分离的颗粒的尺寸并且不会像常规筛子那样堵塞的优点。
在一个实施方案中，用于循环气流的装置103是风扇。
在一个实施方案中，用于提取所述颗粒的装置102包括袋式过滤器。例如，可以使用具有疏通能力的袋式过滤器。
袋式过滤器具有比其他类型的过滤器更好地从气流中进行提取颗粒的优点。
在一个实施方案中，如图3所示，用于提取所述颗粒的装置102包括旋风分离器301和袋式过滤器302。旋风分离器301和袋式过滤器302流体连通，使得离开旋风分离器301的气流循环通过袋式过滤器302。
例如，可以使用具有疏通能力的袋式过滤器。
旋风分离器是使气流快速旋转以从所述气流中分离与其混合的固体细颗粒的装置。
旋风分离器具有减少施加到袋式过滤器的应力的优点。
在该实施方案中，可以以两种不同的方式实现将颗粒(例如金属颗粒)装载到分离装置中。两个实线箭头105和106描绘了这两种方式，即：105通过气动分离器101的顶部，106通过气动分离器101的斜槽107。
在一个实施方案中，如图4所示，分离装置还具有用于对气流进行净化和/或除湿和/或脱氧的装置401。
用于净化和/或除湿和/或脱氧的装置401可以限制惰性气体的消耗。
在该实施方案中，可以以两种不同的方式实现将颗粒(例如金属颗粒)装载到分离装置中。两个实线箭头105和106描绘了这两种方式，即：105通过气动分离器101的顶部，106通过气动分离器101的斜槽107。
在一个实施方案中，如图5所示，分离装置还具有装置501，所述装置501用于选择性地将提取装置102的出口连接到干式气动分离器101的入口502或者连接到用于收集经分离的颗粒的装置503。
干式气动分离器101的该入口502有时称为气动分离器的斜槽并且允许引入将与循环气流中已经存在的颗粒混合在一起并且将由干式气动分离器101处理的颗粒。
该装置501的存在，使得可以选择性地将提取装置102的出口连接到干式气动分离器101的入口502，具有能够确保气流再循环并因此确保颗粒(包括当颗粒潮湿时)良好分散的优点。
可以选择性地将提取装置102的出口连接到干式气动分离器101的入口502的该装置501例如可以是挡板。
在该实施方案中，可以以两种不同的方式实现将颗粒(例如金属颗粒)装载到分离装置中。两个实线箭头105和106描绘了这两种方式，即：105通过气动分离器101的顶部，106通过气动分离器101的斜槽107。
在一个实施方案中，如图6所示，分离装置具有至少两个干式气动分离器101和601。
两个干式气动分离器101和601彼此流体连通，使得离开其中之一的干式气动分离器101的气流循环通过另一个干式气动分离器601。
干式气动分离器101和601各自包括分离涡轮，所述分离涡轮的旋转速度是独立可变的。
两个干式气动分离器101和601各自根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在气流中的颗粒。
在该实施方案中，可以任选地添加装置602，用于选择性地将位于下游的干式气动分离器601的出口连接到位于上游的干式气动分离器101的入口，或者连接到用于收集经分离的颗粒的装置603。
该实施方案使得可以选择颗粒(例如金属颗粒)，所述颗粒的尺寸在数值范围内。这使得可以排出直径大于预定第一直径的颗粒和直径小于预定第二直径的颗粒。
具体地，上游干式气动分离器101通过分离大于Dc1的颗粒来选择小于第一尺寸Dc1的颗粒。接着，调节涡轮速度以选择小于第二尺寸Dc2的颗粒的下游干式气动分离器601选择尺寸小于Dc2的颗粒。因此，如果尺寸Dc2小于尺寸Dc1，则由下游干式气动分离器601排出的颗粒的尺寸将在Dc2至Dc1之间。任选地，可以通过干式气动分离器101的入口502再循环这些尺寸在Dc2至Dc1之间的颗粒。这种再循环使得可以改进干燥。也可以将这些尺寸在Dc2至Dc1之间的颗粒引向收集装置603以供使用。由提取装置102提取的颗粒具有小于Dc2的尺寸。由上游干式气动分离器101排出的金属颗粒将具有大于Dc1的尺寸。
在金属增材制造粉末的应用中，该实施方案可以去除太小(通常为3微米5/15)的金属颗粒，从而减少产生的烟雾和悬浮颗粒，并在随后在增材制造机器中使用这些金属颗粒期间获得更好的能源聚焦。
在该实施方案中，可以以两种不同的方式实现将颗粒(例如金属颗粒)装载到分离装置中。两个实线箭头105和106描绘了这两种方式，即：105通过气动分离器101的顶部，106通过气动分离器101的斜槽107。
本发明的一个实施方案涉及一种选择性增材制造设备。该选择性增材制造设备包括或连接到如以上部分所述的用于分离颗粒(例如金属颗粒)的装置。
因此，选择性增材制造设备和用于分离颗粒的装置形成组件。
在一个实施方案中，如图7-a和图7-b所示，选择性增材制造设备701还具有用于分配包括颗粒(例如金属颗粒)的粉状材料的系统702，该分配系统配置为接收来自分离装置的颗粒。
在一个实施方案中，选择性增材制造设备701具有用于收集未使用的颗粒(例如未使用的金属颗粒)的装置703，该收集装置连接到用于分离颗粒(例如金属颗粒)的装置的入口。优选地，所选择的入口是干式气动分离器之一的顶部。
在一个实施方案中，过滤装置704安装在收集装置703和分离装置101的入口之间。该过滤装置例如是具有500μm的优选筛孔尺寸的保护筛。该过滤装置的存在具有保留可能损坏分离装置101的粗熔渣的优点。
图8显示了这种增材制造设备的示意图。该设备包括：
-支撑件(例如平板801)，在该支撑件上依次沉积增材制造粉末(金属粉末、陶瓷粉末等)的各层，从而制造三维物体(图中枞树形状的物体802)，
-用于分配粉状材料的系统702，其设计为在分层辊或散布机上提供制造粉末。分配系统702包括计量装置803、滑块804和条带805，
-用于将所述粉末(例如金属粉末)分布在板上的装置806，该装置806包括例如用于散布各种连续粉末层的散布机807和/或分层辊(沿双箭头A移动)。
-具有能量源809(例如发射激光束和/或电子束的源)的组件808，用于(完全地或部分地)融合薄散布层，
-控制单元810，其根据预存储的信息(存储器M)来控制设备的各个部件，
-机件811，其用于在沉积层时降低板801的支撑(沿双箭头B移动)。
该设备的部件布置在密封室812内，例如如果使用电子束，该密封室812可以连接到惰性气体回路和/或至少一个真空泵813。

Claims (12)

1.分离用于选择性增材制造的颗粒的装置，所述颗粒包含在气流中，所述装置包括：
至少一个干式气动分离器(101)，所述干式气动分离器(101)包括具有可变旋转速度的分离涡轮，所述干式气动分离器(101)根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在所述气流中的颗粒，
用于提取包含在所述气流中的所述颗粒的装置(102)；
所述干式气动分离器(101)和所述提取装置(102)流体连通，使得离开所述干式气动分离器(101)的气流循环通过所述提取装置(102)并且使得离开所述提取装置(102)的气流循环通过所述干式气动分离器(101)；
用于分离颗粒的装置还包括用于在所述干式气动分离器(101)和所述提取装置(102)之间循环气流的装置(103)。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其中，用于提取所述颗粒的装置(102)包括袋式过滤器。
3.根据权利要求1所述的分离装置，其中，用于提取所述颗粒的装置(102)包括旋风分离器(301)和袋式过滤器(302)，
所述旋风分离器(301)和所述袋式过滤器(302)流体连通，使得离开旋风分离器(301)的气流循环通过所述袋式过滤器(302)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其还包括用于对气流进行净化和/或除湿和/或脱氧的装置(401)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分离装置，其还包括以下装置(501)：所述装置(501)用于选择性地将所述提取装置(102)的出口连接到所述干式气动分离器(101)的入口(502)，或者连接到用于收集经分离的颗粒的装置(503)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的分离装置，其包括至少两个干式气动分离器(101、601)，
至少两个干式气动分离器(101、601)彼此流体连通，使得离开位于上游的一个干式气动分离器(101)的气流循环通过位于下游的另一个干式气动分离器(601)，
所述两个干式气动分离器(101、601)各自包括分离涡轮，所述分离涡轮的旋转速度是独立可变的，
所述两个干式气动分离器(101、601)各自根据取决于分离涡轮的旋转速度的颗粒尺寸来选择包含在所述气流中的颗粒。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其包括以下装置(602)：所述装置(602)用于选择性地将位于下游的干式气动分离器(601)的出口连接到位于上游的干式气动分离器(101)的入口，或者连接到用于收集经分离的颗粒的装置(603)。
8.组件，其包括选择性增材制造设备(701)和根据权利要求1至7中任一项所述的分离装置，所述选择性增材制造设备包括所述分离装置或连接到所述分离装置。
9.根据权利要求8所述的组件，其还包括用于分配粉状材料的系统(702)，该分配系统(702)配置为接收来自所述分离装置的颗粒。
10.根据权利要求8或9所述的组件，其还包括用于收集未使用的颗粒的装置(703)，所述收集装置(703)连接到用于分离颗粒的装置的入口。
11.根据权利要求10所述的组件，其还包括过滤装置(704)，所述过滤装置(704)安装在收集装置(703)和用于分离颗粒的装置的入口之间。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述过滤装置(704)包括筛孔尺寸在300μm至1500μm之间的保护筛。
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