CN115229217B - 一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3d打印系统 - Google Patents

一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3d打印系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，包括：原料提供模块，用于提供打印小尺寸样品的多种金属粉；第一混料模块，用于获取原料提供模块的金属粉进行一次混合，生成第一混合金属粉；第二混料模块，用于将第一混合金属粉进行二次混合，生成用于打印小尺寸样品的第二混合金属粉；第一打印模块，用于将第二混合化金属粉打印成小尺寸样品；控制模块用于控制高通量3D打印系统的其他功能模块，生成小尺寸样品，本发明设计的设备为桌面台式设备，不仅体积小，用粉量少，而且适于科研实验室内制备多组分小尺寸样品；本发明采用步进式配粉，无中间组分比例不固定且动态变化的混粉，减少原料浪费，提升制备效率。

Description

一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统
技术领域
本发明涉及信号发生器电路设计技术领域，具体而言，涉及一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统。
背景技术
现有高通量3D打印设备(采用多个原料粉罐配置多组元材料混粉再打印)用粉量大，其主要用于打印较大尺寸样件，不利于科研实验室内制备多组分小尺寸样品，多组分配粉采用连续送粉方式，致使每种组分混粉间存在混粉组分比例动态变化(即不固定)的情况，这部分动态变化的混合粉一般会被扔掉，造成浪费和打印效率降低；因此，急需一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，用于解决现有3D打印设备在制备多组分小尺寸样品时存在的浪费、效率低等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，包括：
原料提供模块，用于提供打印小尺寸样品的多种金属粉；
第一混料模块，用于获取原料提供模块的金属粉进行一次混合，生成第一混合金属粉；
第二混料模块，用于将第一混合金属粉进行二次混合，生成用于打印小尺寸样品的第二混合金属粉；
第一打印模块，用于将第二混合化金属粉打印成小尺寸样品；
控制模块，用于根据小尺寸样品的材料组成以及打印路径，控制原料提供模块依次为第一混料模块提供金属粉，控制第一混料模块将金属粉混合成第一混合金属粉后，将第一混料金属粉提供到第二混料模块，混合成第二混料金属粉，并获取第二混合金属粉的混合程度，将符合混合标准的第二混合金属粉，通过打印模块生成小尺寸样品。
优选地，高通量3D打印系统为桌面台式系统。
优选地，原料提供模块由若干组材料存储单元组成，每组材料存储单元用于存储不同的或相同的金属粉，其中，当存储单元存储相同的金属粉时，金属粉在每组材料存储单元的颗粒度不同；当存储单元存储不同的金属粉时，金属粉在每组材料存储单元的颗粒度相同或不同。
优选地，第一混料模块包括：
第一分立式混粉筒，用于将至少两种金属粉通过气流混合方式生成用于混合成第二混合金属粉的第一混粉，其中，用于生成第一混粉的金属粉的颗粒度相同；
第二分立式混粉筒，用于将至少两种金属粉通过气流混合方式生成用于混合成第二混合金属粉的第二混粉，其中，用于生成第二混粉的金属粉的颗粒度相同；
第一混合粉与第二混合粉用于表示颗粒度不同的第一混合金属粉；
第一气管，与第一分立式混粉筒或第二分立式混粉筒连通，用于为第一分立式混粉筒或第二分立式混粉筒提供第一气流；
第二气管，与第二分立式混粉筒或第一分立式混粉筒连通，用于为第二分立式混粉筒或第一分立式混粉筒提供第二气流，其中，第一气管与第二气管不与同一分立式混粉筒连通；
第一转盘，设置在分立式混粉筒的下端与气管贯通连接，用于通过控制旋转角度将不同体积的第一混合金属粉添加到第二混料模块。
优选地，第二混料模块包括：
第二转盘，设置在第二混料模块下端，用于带动第一分立式混粉筒和第二分立式混粉筒顺时针和/或逆时针旋转，其中，转盘在顺时针或逆时针旋转时，第一气管和第二气管不提供第一气流和第二气流，当停止旋转时，连通第一气管和第二气管提供第一气流和第二气流；当转盘在顺时针和逆时针旋转，且旋转半径不超过气管长度时，连通第一气管和第二气管，在旋转时提供第一气流和第二气流；
混料单元，用于通过第一气流和第二气流，将第一混粉和第二混粉，制备成颗粒度相同的第二混合金属粉，其中，混料单元设置在第一打印模块的上端。
优选地，控制模块还用于控制第一转盘、第二转盘、第一气管、第二气管，通过获取金属粉末的颗粒度，控制第一混料模块和第二混料模块，生成第二混合金属粉。
优选地，高通量3D打印系统还包括：
超细粉混粉筒，用于对第二混合金属粉减压并加工成超细粉；
超声振动模块，设置在超细粉混粉筒的外部，用于辅助加工超细粉；
第二打印模块，用于将超细粉生成小尺寸样品；
蜂窝包套，具有若干蜂窝孔，用于通过蜂窝孔承载超细粉形成小尺寸样品。
优选地，控制模块还用于控制超细粉混粉筒、超声振动模块、第二打印模块、蜂窝包套，其中，控制模块根据小尺寸样品的材料颗粒度和粉体材料用量体积，控制超细粉混粉筒和超声振动模块，将第二混合金属粉粉碎成具有材料颗粒度的金属混合粉后，通过第二打印模块和蜂窝包套，生成小尺寸样品。
优选地，控制模块还用于将第二混合金属粉粉碎成具有相同颗粒度的金属混合粉，并依据第二打印模块的位置，控制蜂窝包套制备出小尺寸样品。
优选地，控制模块还用于将第二混合金属粉粉碎成具有不同颗粒度的金属混合粉，并控制第二打印模块和蜂窝包套制备出小尺寸样品。
本发明公开了以下技术效果：
本发明设计的设备为桌面台式设备，不仅体积小，用粉量少，而且适于科研实验室内制备多组分小尺寸样品；
本发明采用步进式配粉(非连续式送粉)，无中间组分比例不固定且动态变化的混粉，减少原料浪费，提升制备效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1是本发明所述的系统设计示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，包括：
原料提供模块，用于提供打印小尺寸样品的多种金属粉；
第一混料模块，用于获取原料提供模块的金属粉进行一次混合，生成第一混合金属粉；
第二混料模块，用于将第一混合金属粉进行二次混合，生成用于打印小尺寸样品的第二混合金属粉；
第一打印模块，用于将第二混合化金属粉打印成小尺寸样品；
控制模块，用于根据小尺寸样品的材料组成以及打印路径，控制原料提供模块依次为第一混料模块提供金属粉，控制第一混料模块将金属粉混合成第一混合金属粉后，将第一混料金属粉提供到第二混料模块，混合成第二混料金属粉，并获取第二混合金属粉的混合程度，将符合混合标准的第二混合金属粉，通过打印模块生成小尺寸样品。
进一步优选地，本发明提供的高通量3D打印系统为桌面台式系统，具有体积小、占地空间小，携带组装方便的优点，有效克服了传统高通量3D打印设备体积大的问题。
进一步优选地，本发明提到的原料提供模块由若干组材料存储单元组成，每组材料存储单元用于存储不同的或相同的金属粉，其中，当存储单元存储相同的金属粉时，金属粉在每组材料存储单元的颗粒度不同；当存储单元存储不同的金属粉时，金属粉在每组材料存储单元的颗粒度相同或不同。
对于上述原料提供模块的设计，可以理解的是，存储单元在图1 中表示的为原料粉罐1-5，虽然图1中给出了5个并排连接的构造，但是在实际使用时，可以根据最终制备的样品构成情况，添加或减少原料粉罐的数量，并且原料粉罐的连接方式可以为多种方式，如并排连接、形成某种特定形状的连接，以及将几个原料粉罐合并后组成的粉罐组，并将每个粉罐组分别设置在于第一混料模块对应的位置即可。
进一步优选地，本发明提到的第一混料模块包括：
第一分立式混粉筒，用于将至少两种金属粉通过气流混合方式生成用于混合成第二混合金属粉的第一混粉，其中，用于生成第一混粉的金属粉的颗粒度相同；
第二分立式混粉筒，用于将至少两种金属粉通过气流混合方式生成用于混合成第二混合金属粉的第二混粉，其中，用于生成第二混粉的金属粉的颗粒度相同；
第一混合粉与第二混合粉用于表示颗粒度不同的第一混合金属粉；
第一气管，与第一分立式混粉筒或第二分立式混粉筒连通，用于为第一分立式混粉筒或第二分立式混粉筒提供第一气流；
第二气管，与第二分立式混粉筒或第一分立式混粉筒连通，用于为第二分立式混粉筒或第一分立式混粉筒提供第二气流，其中，第一气管与第二气管不与同一分立式混粉筒连通；
第一转盘，设置在分立式混粉筒的下端与气管贯通连接，用于通过控制旋转角度将不同体积的第一混合金属粉添加到第二混料模块。
本发明提到的第一混料模块的设计中，提到的第一分立式混粉筒和第二分立式混粉筒中的第一、第二，并非数量的限制，只是为了表示第一分立式混粉筒和第二分立式混粉筒为不同的分立式混粉筒，在本发明的设计中，分立式混粉筒的数量至少为2个；当一个混料筒混料结束后，将混好的金属粉输入到第二混料模块后，可以重新添加新的需要混粉的金属粉继续混合，新加入的金属粉可以与最开始的金属粉的颗粒度相同或不同，控制模块根据每种金属粉末的不同颗粒度的需求依次控制上述混粉过程，其中，气管的设置用于为第一混料模块和第二混料模块提供气流。
进一步优选地，本发明提到的第二混料模块，包括：
第二转盘，设置在所述第二混料模块下端，用于带动所述第一分立式混粉筒和所述第二分立式混粉筒顺时针和/或逆时针旋转，其中，所述转盘在顺时针或逆时针旋转时，所述第一气管和所述第二气管不提供所述第一气流和所述第二气流，当停止旋转时，连通所述第一气管和所述第二气管提供所述第一气流和所述第二气流；当所述转盘在顺时针和逆时针旋转，且旋转半径不超过气管长度时，连通所述第一气管和所述第二气管，在旋转时提供所述第一气流和所述第二气流；
混料单元，用于通过第一气流和第二气流，将第一混粉和第二混粉，制备成颗粒度相同的第二混合金属粉，其中，混料单元设置在第一打印模块的上端。
在使用混料单元时，应确保第一混料模块工作完毕后，根据入料的颗粒度情况控制气管打开数量，为第二混料模块提供气流，进而制备出混合均匀的第二混合金属粉，即根据第二转盘的运动规律，设置气流的进入形式，可以是小幅度边摆动边充气，也可以是旋转后再充气。
进一步优选地，本发明提到的控制模块还用于控制第一转盘、第二转盘、第一气管、第二气管，通过获取金属粉末的颗粒度，控制第一混料模块和第二混料模块，生成第二混合金属粉。
进一步优选地，本发明提到的高通量3D打印系统还包括：
超细粉混粉筒，用于对第二混合金属粉减压并加工成超细粉；
超声振动模块，设置在超细粉混粉筒的外部，用于辅助加工超细粉；
第二打印模块，用于将超细粉生成小尺寸样品；
蜂窝包套，具有若干蜂窝孔，用于通过蜂窝孔承载超细粉形成小尺寸样品。
进一步优选地，本发明提到的控制模块还用于控制超细粉混粉筒、超声振动模块、第二打印模块、蜂窝包套，其中，控制模块根据小尺寸样品的材料颗粒度和粉体材料用量体积，控制超细粉混粉筒和超声振动模块，将第二混合金属粉粉碎成具有材料颗粒度的金属混合粉后，通过第二打印模块和蜂窝包套，生成小尺寸样品。
进一步优选地，本发明提到的控制模块还用于将第二混合金属粉粉碎成具有相同颗粒度的金属混合粉，并依据第二打印模块的位置，控制蜂窝包套制备出小尺寸样品；在此过程中，本发明将第二打印模块固定，通过控制蜂窝包套制备出不同形状和需求的小尺寸样品。
进一步优选地，本发明提到的控制模块还用于将第二混合金属粉粉碎成具有不同颗粒度的金属混合粉，并控制第二打印模块和蜂窝包套制备出小尺寸样品，在此过程中，本发明根据不同颗粒度的需求，同时控制第二打印模块和蜂窝包套，根据打印路径以及该路径上不同的金属颗粒度需求，进行小尺寸样品打印，可以理解的是第二打印模块主要用于生成不同颗粒度的混合金属粉，而通过控制蜂窝包套实现打印路径的需求。
实施例1：如图1所示，图中1-5表示原料粉罐1-5，6-7表示分立式混粉筒6-7，8表示喷嘴，9表示加装了超声振动模块的超细粉混分筒,10表示具有若干蜂窝孔的蜂窝，也可以称之为蜂窝包套，从原料粉罐1-5中分别称取一定质量的金属粉做为第一种组分配比的混合粉送入分立式混粉筒6中，再称取第二种组分配比的混合粉送入分立式混粉筒7中，分立式混粉筒6和分立式混粉筒7都能采取气流混合方式对其中的混粉进行均匀混合，当分立式混粉筒6中混合均匀后通过转盘和气路将粉输出至喷嘴8，粉从喷嘴8中出来可直接3D 打印，或送入超细粉混粉筒9中泄压排气后填装至蜂巢10的孔洞中。
当分立式混粉筒6中粉全部输出后，切换至分立式混粉筒7开始输出第二种组分均匀混合粉至喷嘴8，此时开始向分立式混粉筒6中称取第三种组分混粉并混合，以此类推循环实现配制上百种组分混粉。
超细粉混粉筒9为可拆卸装置，拆掉超细粉混粉筒9可实现混粉的3D打印，加装超细粉混粉筒9可实现混粉对蜂巢包套10的自动填充，超细粉混粉筒9包括超声振动模块，用于避免超细粉的团聚并提高混合均匀性。
本发明是参照本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于，包括：
原料提供模块，用于提供打印小尺寸样品的多种金属粉；
第一混料模块，用于获取所述原料提供模块的所述金属粉进行一次混合，生成第一混合金属粉；
第二混料模块，用于将所述第一混合金属粉进行二次混合，生成用于打印所述小尺寸样品的第二混合金属粉；
第一打印模块，用于将所述第二混合金属粉打印成所述小尺寸样品；
控制模块，用于根据所述小尺寸样品的材料组成以及打印路径，控制所述原料提供模块依次为所述第一混料模块提供所述金属粉，控制所述第一混料模块将所述金属粉混合成所述第一混合金属粉后，将所述第一混合金属粉提供到所述第二混料模块，混合成所述第二混合金属粉，并获取所述第二混合金属粉的混合程度，将符合混合标准的所述第二混合金属粉，通过打印模块生成所述小尺寸样品；
所述第一混料模块包括：
第一分立式混粉筒，用于将至少两种所述金属粉通过气流混合方式生成用于混合成所述第二混合金属粉的第一混粉，其中，用于生成所述第一混粉的所述金属粉的颗粒度相同；
第二分立式混粉筒，用于将至少两种所述金属粉通过气流混合方式生成用于混合成所述第二混合金属粉的第二混粉，其中，用于生成所述第二混粉的所述金属粉的颗粒度相同；
所述第一混粉与所述第二混粉用于表示颗粒度不同的所述第一混合金属粉；
第一气管，与所述第一分立式混粉筒或所述第二分立式混粉筒连通，用于为所述第一分立式混粉筒或所述第二分立式混粉筒提供第一气流；
第二气管，与所述第二分立式混粉筒或所述第一分立式混粉筒连通，用于为所述第二分立式混粉筒或所述第一分立式混粉筒提供第二气流；其中，所述第一气管与所述第二气管不与同一分立式混粉筒连通；
第一转盘，设置在分立式混粉筒的下端与气管贯通连接，用于通过控制旋转角度将不同体积的第一混合金属粉添加到所述第二混料模块中；
所述第二混料模块包括：
第二转盘，设置在所述第二混料模块下端，用于带动所述第一分立式混粉筒和所述第二分立式混粉筒顺时针和/或逆时针旋转，其中，当所述第二转盘在顺时针或逆时针旋转时，闭合所述第一气管和所述第二气管不提供所述第一气流和所述第二气流；当所述第二转盘停止旋转时，连通所述第一气管和所述第二气管提供所述第一气流和所述第二气流；当所述第二转盘在顺时针和逆时针交替旋转且旋转半径不超过气管长度时，连通所述第一气管和所述第二气管，在所述第二转盘旋转时提供所述第一气流和所述第二气流；
混料单元，用于通过所述第一气流和第二气流，将所述第一混粉和所述第二混粉混合成颗粒度相同的所述第二混合金属粉；其中，所述混料单元设置在所述第一打印模块的上端。
2.根据权利要求1所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述高通量3D打印系统为桌面台式系统。
3.根据权利要求1所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述原料提供模块由若干组材料存储单元组成，每组所述材料存储单元用于存储不同的或相同的所述金属粉，其中，当存储单元存储相同的所述金属粉时，所述金属粉在每组所述材料存储单元的颗粒度不同；当存储单元存储不同的所述金属粉时，所述金属粉在每组所述材料存储单元的颗粒度相同或不同。
4.根据权利要求1所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述控制模块还用于控制所述第一转盘、所述第二转盘、所述第一气管、所述第二气管，通过获取金属粉末的颗粒度，控制所述第一混料模块和所述第二混料模块，生成所述第二混合金属粉。
5.根据权利要求1所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述高通量3D打印系统还包括：
超细粉混粉筒，用于对所述第二混合金属粉减压并加工成超细粉；
超声振动模块，设置在所述超细粉混粉筒的外部，用于辅助加工所述超细粉；
第二打印模块，用于将所述超细粉生成所述小尺寸样品；
蜂窝包套，具有若干蜂窝孔，用于通过蜂窝孔承载所述超细粉形成所述小尺寸样品。
6.根据权利要求5所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述控制模块还用于控制所述超细粉混粉筒、所述超声振动模块、所述第二打印模块、所述蜂窝包套，其中，所述控制模块根据所述小尺寸样品的材料颗粒度和粉体材料用量体积，控制所述超细粉混粉筒和所述超声振动模块，将所述第二混合金属粉粉碎成具有所述材料颗粒度的金属混合粉后，通过所述第二打印模块和所述蜂窝包套，生成所述小尺寸样品。
7.根据权利要求6所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述控制模块还用于将所述第二混合金属粉粉碎成具有相同颗粒度的金属混合粉，并依据所述第二打印模块的位置，控制所述蜂窝包套制备出所述小尺寸样品。
8.根据权利要求7所述一种用于制备多组分小尺寸样品的高通量3D打印系统，其特征在于：
所述控制模块还用于将所述第二混合金属粉粉碎成具有不同颗粒度的金属混合粉，并控制所述第二打印模块和所述蜂窝包套制备出所述小尺寸样品。
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