CN213481988U - 一种金属粉末铺展性检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种金属粉末铺展性检测装置，包括主升降台、千分尺升降台和铺粉工具，千分尺升降台上设有基板；主升降台上设有动力装置，动力装置包括滑动装置和控制器，滑动装置的一端滑动连接有滑块，滑块上固定连接有卡板；铺粉工具包括刮刀；卡板与刮刀的一端固定连接；刮刀下沿设有刮刀间隙；刮刀的一侧表面固定连接有相机连接块，相机连接块的下端固定连接有微型相机；刮刀的另一侧表面固定连接有应力传感器和数据采集传输模块，应力传感器的底端与刮刀间隙上端齐平。本实用新型利用动力装置驱动刮刀来进行铺粉实验，可在大型增材制造生产前，使用少量粉末迅速、准确地测出粉末的铺展性。
Description
技术领域
本实用新型涉及增材制造领域，特别是一种金属粉末铺展性检测装置。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)由于能够直接从计算机辅助设计(3DCAD) 输出中快速制造复杂形状，在广泛的应用领域受到越来越多的关注。其中一种制造方法是基于粉末加工，即形成一个薄层，在此薄层上应用能量束来烧结和熔化粉末。这种方法的一个主要瓶颈是与粉末的扩散有关，因为它的动力学对粉末特性、机器设计和操作条件(如扩散速度)很敏感。作为制造过程中的重要中间环节，铺粉质量的好坏直接影响到成形件的质量。对于部分金属粉末，在铺粉过程中容易出现空斑、粉层厚度不均等问题，进而导致熔融成型之后的零件表面质量、整体刚度较差，这种粉末被定义为铺展性能较差的增材制造粉末。然而，用于衡量铺粉能力的铺展性一直以来缺乏精确定义和明确的测量方法。随着时代的发展，部分领域如航空航天、汽车等领域对增材制造产品精度的精度要求不断提高，缺乏装置和方法在增材制造加工之前测量和表征粉末的铺展性，严重阻碍了增材制造产品的发展。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种金属粉末铺展性检测装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种金属粉末铺展性检测装置，包括主升降台、千分尺升降台和铺粉工具，其特征在于，所述千分尺升降台上设有基板；所述主升降台上设有动力装置，所述动力装置包括滑动装置和控制器，所述滑动装置的一端滑动连接有滑块，所述滑块上固定连接有卡板；所述铺粉工具包括刮刀；所述卡板与刮刀的一端固定连接；所述刮刀下沿设有刮刀间隙；刮刀的一侧表面固定连接有相机连接块，所述相机连接块的下端固定连接有微型相机；所述刮刀的另一侧表面固定连接有应力传感器和数据采集传输模块，所述应力传感器的底端与刮刀间隙上端齐平。
主升降台和千分尺升降台可分别调节刮刀和基板的位置，使刮刀下沿和基板完全平齐，保证刮刀的刮刀间隙不受影响。控制器可以设定滑动装置的速度和运动方向，从而实现刮刀在滑动装置的带动下在基板上进行速度、距离精确的铺粉运动。应力传感器测量铺粉过程中刮刀的应力参数，数据采集传输模块采集应力参数并传输至PC端，有利于铺粉过程数据的实时分析和处理，同时刮刀上方固定的相机随着刮刀运动拍下铺粉后的粉末层图像，进而与应力参数变化情况综合表征粉末铺展性。
本实用新型中，所述滑动装置包括伺服电机和直线模组。
本实用新型中，所述滑动装置还可以是直线电机。
本实用新型中，所述刮刀间隙的高度为H，H的取值范围为20～100微米。刮刀间隙可在铺粉过程中保证铺粉间隙的大小并且不受影响，保障测量结果的精确性。
本实用新型中，所述基板上放置有铺粉板，所述铺粉板用夹子固定于基板上方。通过在铺粉板上铺粉，便于将铺有金属粉末的铺粉板移动到其他设备上进行再次研究。
本实用新型中，所述基板中部设有沉头孔，在沉头孔中旋入螺钉与千分尺升降台连接，防止螺钉头部与基板上方的铺粉板干涉；
基板一端设有对铺粉板限位的定位板，所述定位板的高度与铺粉板的高度相同，安装铺粉板时，将铺粉板与定位板对齐以定位，然后使用架子夹紧；
基板另一端设有回收孔，基板两侧设有第一回收槽和第二回收槽，铺粉过程中会有部分金属粉末落入第一回收槽和第二回收槽中，铺粉后将粉末从第一回收槽和第二回收槽中刷至回收孔中，回收孔下方自备容器收集多余粉末(旧粉)，旧粉可用作进一步研究。
本实用新型中，所述卡板有两个，分别与刮刀一端的两侧表面固定连接，使动力装置和刮刀连接更稳固。
本实用新型中，所述刮刀的刮刀间隙上方设有第一螺纹孔和第二螺纹孔，所述铺粉工具还包括可拆卸的刀片，所述可拆卸的刀片通过第一螺纹孔和第二螺纹孔与刮刀螺纹连接；所述可拆卸的刀片下边沿介于刮刀间隙的上端和下端之间。通过在刮刀上连接可拆卸的刀片能够调整铺粉间隙以满足不同的铺粉精度要求。
本实用新型中，还包括双料漏斗，所述双料漏斗包括二分漏斗和方筒，所述方筒为上下两端开口的方筒状结构，所述方筒内相对的两侧壁依次交替设置有折型挡板。二分漏斗可以用于分别放入不同的粉末，用于测量混合粉末铺展性的预处理，下方的折型挡板用于充分打散粉末，使粉末随机分布，减小操作人员的随机操作误差，增加实验的准确性和可重复性。
有益效果：
1、本实用新型采用的应力传感器位于粉末和刮刀的接触处，便于测量铺粉过程中刮刀的应力参数，数据采集传输模块采集应力参数并传输到PC端，有利于铺粉过程数据的实时分析和处理，同时刮刀上方固定的相机随着刮刀运动拍下铺粉后的粉末层图像，进而与应力参数变化情况综合表征粉末铺展性。
2、在增材制造铺粉过程中，铺粉间隙是一个非常重要的影响参数。同样的粉末在不同间隙下，铺粉之后的粉层质量会有较大的差别。本发明使用的刮刀自带刮刀间隙，可以在铺粉过程中保证铺粉间隙不受影响，保障铺粉结果的精确性。
3、本实用新型中使用双料漏斗将金属粉末送至铺粉板上，可以减小操作人员的随机操作误差，增加实验的准确性和可重复性，双料漏斗还可以放入两种不同的粉末以测量混合粉末的铺展性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本实用新型的一种金属粉末铺展性检测装置示意图；
图2是本实用新型的刮刀正视图；
图3是本实用新型的刮刀右视图；
图4是本实用新型的基板示意图；
图5是本实用新型的铺粉板工作示意图；
图6是本实用新型的刮刀上连接刀片的示意图；
图7是本实用新型的双料漏斗示意图。
具体实施方式
本实用新型公开了一种金属粉末铺展性检测装置，如图1、图2和图3所示，包括主升降台1、千分尺升降台2和铺粉工具，所述千分尺升降台2上设有基板3；所述主升降台1上设有动力装置7，所述动力装置7包括滑动装置和控制器，所述滑动装置的一端滑动连接有滑块71，所述滑块71上固定连接有卡板6；所述铺粉工具包括刮刀5；所述卡板6与刮刀5的一端固定连接；所述刮刀5下沿设有刮刀间隙51；刮刀5的一侧表面固定连接有相机连接块81，所述相机连接块81的下端固定连接有微型相机8；所述刮刀5的另一侧表面固定连接有应力传感器9和数据采集传输模块10，所述应力传感器9的底端与刮刀间隙51上端齐平。其中，控制器可以使用台达伺服ASDA-B系列；应力传感器9可以使用测量范围在2g-1.5kg的压电薄膜传感器；数据采集传输模块10集成了基于51单片机的数采系统和无线传输模块，单片机芯片优选CC2530；微型相机8优选EC130M。
本实施例中，滑动装置可以使用伺服电机和直线模组的组合，伺服电机优选ECMA系列，直线模组优选AMB45；也可以直接使用直线电机，优选SGLFW系列。
本实施例中，刮刀间隙51的高度为H，H的取值范围为20～100微米，例如可以根据实际情况选取刮刀间隙51的高度H为20微米、45微米等的刮刀。
本实施例中，如图1和图5所示，所述基板3上放置有铺粉板4，所述铺粉板4 用夹子41固定于基板3上方。铺粉板具有多种粗糙度且每种粗糙度具有多个，优选粗糙度为Ra3.2到Ra50的铺粉板。
本实施例中，如图4和图5所示，所述基板3中部设有沉头孔31，在沉头孔31 中旋入螺钉与千分尺升降台2连接；基板3一端设有对铺粉板4限位的定位板32，所述定位板32的高度与铺粉板4的高度相同；基板3另一端设有回收孔34，基板3两侧设有第一回收槽331和第二回收槽332。
本实施例中，如图1所示，所述卡板6有两个，分别与刮刀5一端的两侧表面固定连接。
本实施例中，如图1、图2和图6所示，所述刮刀5的刮刀间隙51上方设有第一螺纹孔521和第二螺纹孔522，所述铺粉工具还包括可拆卸的刀片53，所述可拆卸的刀片53通过第一螺纹孔521和第二螺纹孔522与刮刀5螺纹连接；所述可拆卸的刀片 53下边沿介于刮刀间隙51的上端和下端之间。
本实施例中，如图7所示，还包括双料漏斗，所述双料漏斗包括二分漏斗121和方筒122，所述方筒122为上下两端开口的方筒状结构，所述方筒122内相对的两侧壁依次交替设置有折型挡板123。
工作过程：
1、将铺粉板4置于基板3上并用夹子41固定。
2、通过调节主升降台1调整刮刀5置于铺粉板4上方；
3、通过千分尺升降台2调节铺粉板4，使铺粉板4与刮刀5下沿平齐；
4、将固定质量的金属粉末通过图7所示的双料漏斗送至铺粉板上指定位置。金属粉末可以选择15-53微米的不锈钢316L粉末。
5、通过动力装置7中的控制器设定滑动装置的速度、行程、往复次数和方向。
6、开启滑动装置，滑块71带动刮刀5在铺粉板4上进行速度、距离精确的铺粉运动，应力传感器9测量铺粉过程中刮刀5的应力参数，数据采集传输模块10采集应力参数并传输至PC端，同时刮刀5上方固定的微型相机8随着刮刀5运动拍下铺粉后的粉末层图像。
7、采用喷嘴对铺粉后的粉末层喷射水雾状的低密度液体胶水，使粉末固定在铺粉板4上且不破坏粉末层形貌，取下铺粉板和微型相机8拍摄的图像一起进行图像处理，通过图像处理得出粉层空斑的分布特征。将PC端的应力参数进行数据处理得出无量纲应力变化情况，综合粉层空斑的分布特征和无量纲应力变化情况来测量和表征粉末的铺展性，其中无量纲应力为应力与粉末重力的比值。
处理图像过程中，可在基板上装上其余铺粉板进行重复实验或新实验。基板和铺粉板的配合不仅提高了测量效率，还可利用旧粉进行进一步研究。
采用喷嘴对铺粉后的粉末层喷射水雾状的低密度液体胶水，在不破坏粉层形貌的前提下，对粉末层表面进行一系列图像处理，确保了测量过程的可行性和结果的准确性。
本实用新型提供了一种金属粉末铺展性检测装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种金属粉末铺展性检测装置，包括主升降台(1)、千分尺升降台(2)和铺粉工具，其特征在于，所述千分尺升降台(2)上设有基板(3)；所述主升降台(1)上设有动力装置(7)，所述动力装置(7)包括滑动装置和控制器，所述滑动装置的一端滑动连接有滑块(71)，所述滑块(71)上固定连接有卡板(6)；所述铺粉工具包括刮刀(5)；所述卡板(6)与刮刀(5)的一端固定连接；所述刮刀(5)下沿设有刮刀间隙(51)；刮刀(5)的一侧表面固定连接有相机连接块(81)，所述相机连接块(81)的下端固定连接有微型相机(8)；所述刮刀(5)的另一侧表面固定连接有应力传感器(9)和数据采集传输模块(10)，所述应力传感器(9)的底端与刮刀间隙(51)上端齐平。
2.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述滑动装置包括伺服电机和直线模组。
3.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述滑动装置为直线电机。
4.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述刮刀间隙(51)的高度为H，H的取值范围为20～100微米。
5.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述基板(3)上放置有铺粉板(4)，所述铺粉板(4)用夹子(41)固定于基板(3)上方。
6.根据权利要求5所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述基板(3)中部设有沉头孔(31)，在沉头孔(31)中旋入螺钉与千分尺升降台(2)连接；基板(3)一端设有对铺粉板(4)限位的定位板(32)，所述定位板(32)的高度与铺粉板(4)的高度相同；基板(3)另一端设有回收孔(34)，基板(3)两侧设有第一回收槽(331)和第二回收槽(332)。
7.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述卡板(6)有两个，分别与刮刀(5)一端的两侧表面固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，所述刮刀(5)的刮刀间隙(51)上方设有第一螺纹孔(521)和第二螺纹孔(522)，所述铺粉工具还包括可拆卸的刀片(53)，所述可拆卸的刀片(53)通过第一螺纹孔(521)和第二螺纹孔(522)与刮刀(5)螺纹连接；所述可拆卸的刀片(53)下边沿介于刮刀间隙(51)的上端和下端之间。
9.根据权利要求1所述的一种金属粉末铺展性检测装置，其特征在于，还包括双料漏斗，所述双料漏斗包括二分漏斗(121)和方筒(122)，所述方筒(122)为上下两端开口的方筒状结构，所述方筒(122)内相对的两侧壁依次交替设置有折型挡板(123)。
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| CN202022416597.1U CN213481988U (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种金属粉末铺展性检测装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114289739A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 湖南华曙高科技股份有限公司 | 铺粉装置的校准方法、装置及系统 |
| CN116441570A (zh) * | 2023-04-23 | 2023-07-18 | 晶高优材(北京)科技有限公司 | 一种评估増材制造粉末铺粉质量的装置及方法 |
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