CN214867250U - 一种连续梯度材料粉末层制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及粉末制备梯度材料领域，提供了一种连续梯度材料粉末层制备装置。所述装置包括可整体横向移动的出粉漏斗及梯度粉仓，出粉漏斗包括漏斗外壁、竖向分隔板、开合板、水平隔板；漏斗外壁、开合板及水平隔板将出粉漏斗分为储粉区和落粉区；落粉区整体为漏斗状；竖向分隔板将储粉区分隔为两个分区；水平隔板为可滑动板，调节两种粉料出粉比例；开合板控制出粉开始及结束。与现有制造梯度材料粉层技术相比，本实用新型可高效提供用于粉末冶金以及增材制造制备连续梯度材料的高质量粉层；尤其对现有下送粉增材制造系统，可直接对储粉缸进行梯度粉层填充，无需改造现有设备，且操作简便。

Description

一种连续梯度材料粉末层制备装置

技术领域

本实用新型涉及粉末制备梯度材料领域，特别涉及一种连续梯度材料粉末层制备装置，可用于粉末冶金及增材制造。

背景技术

随着时代的发展与社会的进步，人们对于材料的需求越来越苛刻，从而一般的单一材料或者普通的复合材料无法满足要求。梯度材料是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料。两种或多种材料之间无界面的逐渐过渡，从而可以更好的利用两种或多种材料的特性，同时不会因界面而产生破坏。其目前在航空航天、生物医学、能源工程、机械工程、电磁和核工程等诸多领域，都有着较高的使用价值和较为广阔的应用前景。同时，梯度材料的制备也是国际上的前沿技术。

目前主流的梯度材料制备技术有：离心铸造法、电沉积法、气相沉积法、粉末冶金法、自蔓延高温合成法、激光熔覆法和等离子喷涂法等，另外新兴的增材制造技术由于天然的特性也极适合制备梯度材料。

上述的方法中，粉末冶金法和增材制造两种方法都利用粉末来制备梯度材料，成本低、操作简单。然而，传统的粉末冶金法具有难以制备连续梯度材料的缺点；增材制造技术中，同轴送粉技术制备的梯度材料一般质量较差，上送粉式(比如专利201810292599.9公开的技术较为复杂)制备梯度粉末床技术以及下送粉式的制备梯度粉末床技术均需要对于现有设备进行修改。

实用新型内容

本实用新型的目的就是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种连续梯度材料粉末层制备装置，可用于粉末冶金以及不同增材制造设备的连续梯度材料粉末层制备，该技术可直接用于传统的粉末冶金以及增材制造设备，无需对原有设备进行改造，使得制备梯度材料更加简单、可靠。

本实用新型通过一个可调节出粉比例的漏斗出粉，通过混粉器混粉后将粉末堆积在下方的梯度粉仓中，再通过漏斗与梯度粉仓之间的相对运动以及出粉比例的控制，形成材料的连续梯度，最后可选择通过梯度粉仓的振动实现粉末层的进一步调整，从而粉末层更均匀、质量更佳。

本实用新型采用如下技术方案：

一种连续梯度材料粉末层制备装置，包括出粉漏斗，设置在所述出粉漏斗下方的梯度粉仓及控制单元；

所述出粉漏斗为一整体机构，包括漏斗外壁、竖向分隔板、开合板、水平隔板；所述漏斗外壁、开合板及水平隔板将所述出粉漏斗分割成上部的储粉区和下部的落粉区；所述落粉区整体为漏斗状；所述竖向分隔板将所述储粉区分隔为两个分区，用于分别储存两种不同粉料；所述水平隔板为可滑动板，所述水平隔板用于调节两种粉料的出粉比例；所述开合板用于控制出粉的开始及结束；

所述梯度粉仓能上下移动；所述出粉漏斗能自所述梯度粉仓的一端到另一端往复横向移动；

所述出粉漏斗的横向移动、所述梯度粉仓的上下移动均由所述控制单元控制。

进一步的，所述落料区下部设置混粉器；粉料从储粉区落入落粉区，经混粉器混匀后通过出粉口进入所述梯度粉仓。

进一步的，所述混粉器为圆柱形，呈水平放置，所述出粉口设置在所述混粉器下方。

进一步的，所述梯度粉仓的底部连接丝杠，上下移动由丝杠传动；所述丝杠与所述梯度粉仓可拆卸连接；所述丝杠与所述控制单元电连接；

进一步的，所述丝杠设置有第一振动单元，能带动所述梯度粉仓振动。

进一步的，所述水平隔板为π形板，所述开合板设置在所述π形板的一侧；当所述开合板插入时，所述开合板与所述π形板一起形成储料区的底板，此时不出粉；当所述开合板抽出后，所述π形板能在水平方向移动，控制两种粉料的出粉比例；所述开合板的插入与抽出均由所述控制单元控制。

进一步的，所述水平隔板的移动，所述开合板的插入与抽出，均由控制系统自动控制。

进一步的，所述出粉漏斗整体为长方形或正方形的漏斗，所述梯度粉仓为一个开口向上的长方形或正方形容器。

进一步的，所述梯度粉仓的侧壁与底部为可拆卸连接。

进一步的，所述梯度粉仓的底部设置沟槽，所述梯度粉仓的侧壁设置有与所述沟槽相应的凸起，通过所述沟槽与凸起实现所述梯度粉仓底部与侧壁的可拆卸连接。

进一步的，所述出粉漏斗上可设置第二振动单元，通过振动使出粉更均匀顺畅。

进一步的，所述控制单元可选择控制器或计算机，所述控制单元设置在漏斗外壁之外。

使用本实用新型的连续梯度材料粉末层制备方法，所述方法包括：

储粉：将两种不同种类的粉末分别放置在由竖向分隔板隔开的储料区不同分区内；

出粉：将出粉漏斗底部出粉口置于梯度粉仓的一端，抽出开合板，粉末经过混粉器混合后从底部落入梯度粉仓中；出粉漏斗从梯度粉仓的一端移动到另一端的过程中，通过控制水平隔板的移动来控制两种粉末的比例变化；或者，在单层铺粉过程中，水平隔板保持在设定位置不动以保证在该层铺粉时粉末比例不变，在不同层间改变水平隔板的位置以得到上下方向的梯度粉末；

多层铺放：出粉漏斗到达梯度粉仓一端完成本层铺粉后，丝杠带动梯度粉仓下降一个粉层厚度，出粉漏斗向梯度粉仓另一端运动，进行下一层粉末铺放；出粉漏斗循环往复运动，直至完成多层铺放。

进一步的，当所述方法用于下送粉增材制造时，增加如下步骤：

梯度粉仓放置：将梯度粉仓与丝杠脱离，随后将梯度粉仓置于增材制造的打印设备料缸活塞上；

梯度粉仓侧壁去除：料缸活塞降下后，将梯度粉仓的可拆卸侧壁去除，梯度粉仓中粉末由打印设备料缸壁包围保持梯度状态。

进一步的，在出粉及多层铺粉过程中，丝杠通过第二振动单元使梯度粉仓振动，改善粉层质量。

本实用新型方法还可以应用于粉末冶金，此时将梯度粉仓替换为粉末冶金模具，具体方法如下：

储粉：将两种不同种类的粉末分别放置在由竖向分隔板隔开的储料区不同分区内；

出粉：将出粉漏斗底部出粉口置于粉末冶金模具的一端，抽出开合板，粉末经过混粉器混合后从底部落入粉末冶金模具中；出粉漏斗从粉末冶金模具的一端移动到另一端的过程中，通过控制水平隔板的移动来控制两种粉末的比例变化；或者，在单层铺粉过程中，水平隔板保持在设定位置不动以保证在该层铺粉时粉末比例不变，在不同层间改变水平隔板的位置以得到上下方向的梯度粉末

多层铺放：出粉漏斗到达粉末冶金模具一端完成本层铺粉后，丝杠带动粉末冶金模具下降一个粉层厚度，出粉漏斗向粉末冶金模具另一端运动，进行下一层粉末铺放；出粉漏斗循环往复运动，实现多层铺放；

压制：每铺放设定厚度粉层后，插入开合板，移走出粉漏斗，将铺粉粉层压制成形，随后重复铺放与压制过程，直至完成多层铺放与压制；

烧结：将经过多层铺放与压制的粉末烧结。

本实用新型的有益效果为：本实用新型制备的梯度粉末可用于粉末冶金连续梯度材料制备，克服了粉末冶金现有技术中梯度材料非连续的缺陷；同时，本实用新型制备的梯度粉末可用于增材制备，无需对于现有设备进行改造，且操作简便；本实用新型制得的粉层可适用于不同宽度的梯度；本实用新型制得的粉末层由于振动的存在，而使得粉末层表面平滑，质量更好；本实用新型可通过一个可分离的梯度粉仓将粉末状态保持在料缸中；本实用新型装置设计巧妙，合理，简单的结构即可实现粉末梯度的多样化调整；本实用新型制备效率极高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例一种连续梯度材料粉末层制备装置(储粉阶段)的结构示意图。

图2所示为本实用新型实施例一种连续梯度材料粉末层制备装置的出粉第一状态示意图。

图3所示为本实用新型实施例一种连续梯度材料粉末层制备装置出粉第二状态示意图。

图4所示为本实用新型实施例一种连续梯度材料粉末层制备装置出粉结尾状态示意图。

图5所示为本实用新型实施例用于下送粉增材制造时梯度粉仓的放置过程示意图。

图6所示为本实用新型实施例用于下送粉增材制造时梯度粉仓的放置过程中活塞下降后状态示意图。

图7所示为下送粉增材制造时梯度粉仓侧壁去除过程示意图。

图8所示为下送粉增材制造时梯度粉仓侧壁去除后状态示意图。

图中：1-漏斗外壁，2-竖向分隔板，3-开合板，4-π形板，5-混粉器，6-梯度粉仓，7-丝杠，6_1-固定螺栓，6_2-梯度粉仓侧壁，6_3-梯度粉仓底部。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1所示，本实用新型实施例一种连续梯度材料粉末层制备装置，可应用于粉末冶金以及增材制造的连续梯度材料粉末层制备，包括可整体横向移动的出粉漏斗，以及梯度粉仓6。

所述出粉漏斗为一整体机构，包括一体化的漏斗外壁1、以及内部的自上而下依次设置的竖向分隔板2、开合板3、π形板4以及混粉器5。粉末开始由竖向分隔板2分隔、由开合板3控制出粉的开始与结束，并由一体化的漏斗外壁1、竖向分隔板2、开合板3组成的一个双储粉缸进行储粉，由π形板4控制粉末出粉的比例，最后通过混粉器5进行粉末混合后通过下方的出粉口流出。

所述梯度粉仓6设置于出粉漏斗的下方，上下运动由丝杠7传动，梯度粉仓底部6_3与侧壁6_2可分离。需要说明的是，丝杠7仅为优选设置，可使用其他的传动方式。

优选的，所述出粉漏斗整体为长方形的漏斗，所述出粉漏斗可以在水平方向进行移动，且在从一端向另一端移动时，可以由π形板4同时控制出粉的比例，所述混粉器5为圆柱形，呈水平放置，所述出粉漏斗从而可以流出成分连续变化的粉末。

优选的，所述梯度粉仓6为一个开口向上的方形容器，所述丝杠7可拆卸于梯度粉仓6，并可固定于其他地方，所述丝杠可带动梯度粉仓6振动以及进行上下运动，所述梯度粉仓底部6_3可设置沟槽，侧壁6_2可通过凸起连接于底部6_3，侧壁6_2也可通过螺栓6_1固定于梯度粉仓底部6_3。

作为一个优选实施例，所述丝杠7设置有第一振动单元，能带动所述梯度粉仓振动。

作为一个优选实施例，所述出粉漏斗上可设置第二振动单元，通过振动使出粉更均匀顺畅。

使用上述连续梯度材料粉末层制备装置的连续梯度材料粉末层制备方法，所述方法具体包括：

储粉：将两种不同种类的粉末分别放置在由竖向分隔板2隔开的储料区不同分区内；

出粉：将出粉漏斗底部出粉口置于梯度粉仓6的一端，抽出开合板3，粉末经过混粉器5混合后从底部落入梯度粉仓中；出粉漏斗从梯度粉仓6的一端移动到另一端的过程中，通过控制π形板4的移动来控制两种粉末的比例变化；或者，在单层铺粉过程中，π形板4保持在设定位置不动以保证在该层铺粉时粉末比例不变，在不同层间改变π形板4的位置以得到上下方向的梯度粉末；图2-图4示出了一个具体实例：图2为开合板3抽出后，仅左侧粉末流出，而右侧粉末无流出的情况，同时出粉漏斗在梯度粉仓6的左端(起始端)，此时为第一状态；图3为左侧粉末和右侧粉末均流出的情况，此时为第二状态，两种粉末的比例通过π形板4的位置控制；图4为仅右侧粉末流出，而左侧粉末无流出的情况，此时为本层的结尾状态，同时出粉漏斗在梯度粉仓6的右端(本层粉末的终端)。

多层铺放：出粉漏斗到达梯度粉仓6一端完成本层铺粉后，丝杠7带动梯度粉仓6下降一个粉层厚度，出粉漏斗向梯度粉仓6另一端运动，进行下一层粉末铺放；出粉漏斗循环往复运动，直至完成多层铺放。

所述方法用于下送粉增材制造时，增加如下步骤：

梯度粉仓6放置：将梯度粉仓6与丝杠7脱离，随后将梯度粉仓6置于增材制造的打印设备料缸活塞上；如图5-图6所示；

梯度粉仓6侧壁去除：料缸活塞降下后，将梯度粉仓6的可拆卸侧壁6_2去除，如图7所示，梯度粉仓6中粉末由打印设备料缸壁包围保持梯度状态，如图7、图8所示。

用于粉末冶金时，可将梯度粉仓6替换为粉末冶金模具，将重复的铺粉过程中间加入压制工艺，并最终烧结。

利用实施例1中装置制备适用于粉末冶金连续梯度粉层的方法具体如下：

储粉：将不同种类的粉末分别放置在由竖向分隔板2分开的双储粉缸中。

出粉：将出粉漏斗底部出粉口置于粉末冶金模具的一端，抽出开合板3，随后粉末经过混粉器5混合后从底部落入粉末冶金模具中。在一边移动的过程中一边通过移动π形板4控制粉末比例变化。或者，在单次铺粉的时候保持π形板4不动，在层间再改变，从而可得到上下方向的梯度粉末；

多层铺放：出粉漏斗到达一端后，出粉漏斗上升一个粉层厚度，出粉漏斗向另一方向运动，π形板4对应向另一方向运动，直到所需粉层厚度。

压制：每铺放一定厚度粉层，插入开合板3，移走出粉漏斗，将上述铺放的粉层压制成形，随后重复铺放与压制过程。

烧结：将上述粉末烧结。

传统的粉末冶金方法是只能制备非连续的梯度材料，而利用本实用新型装置，可以制备连续梯度材料的粉末层。传统的粉末床增材制造制备梯度材料仍旧需要对设备进行修改，本实用新型无须对现有的下送粉式的增材制造设备上进行改造，就可使得其可以制备连续梯度材料。本实用新型制备的粉末层可适用于不同的下送粉设备。本实用新型通过一个可分离的梯度粉仓将粉末状态保持在料缸中。本实用新型制备的效率极高，还可通过振动提高粉末质量，增加了粉末表面均匀度。

本文虽然已经给出了本实用新型的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述装置包括出粉漏斗、设置在所述出粉漏斗下方的梯度粉仓及控制单元；

所述出粉漏斗为一整体机构，包括漏斗外壁、竖向分隔板、开合板、水平隔板；所述漏斗外壁、开合板及水平隔板将所述出粉漏斗切分成上部的储粉区和下部的落粉区；所述落粉区整体为漏斗状；所述竖向分隔板将所述储粉区分隔为两个分区，用于分别储存两种不同粉料；所述水平隔板为可滑动板，所述水平隔板用于调节两种粉料的出粉比例；所述开合板用于控制出粉的开始及结束；

所述梯度粉仓能上下移动；所述出粉漏斗能自所述梯度粉仓的一端到另一端往复横向移动；

所述出粉漏斗的横向移动、所述梯度粉仓的上下移动均由所述控制单元控制。

2.如权利要求1所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述落粉区下部设置混粉器；粉料从储粉区落入落粉区，经混粉器混匀后通过出粉口进入所述梯度粉仓。

3.如权利要求2所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述混粉器为圆柱形，呈水平放置，所述出粉口设置在所述混粉器下方。

4.如权利要求1所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述梯度粉仓的底部连接丝杠，所述梯度粉仓的上下移动由丝杠传动；所述丝杠与所述梯度粉仓可拆卸连接；所述丝杠与所述控制单元电连接。

5.如权利要求4所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述丝杠设置有第一振动单元，能带动所述梯度粉仓振动。

6.如权利要求1-5任一项所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述水平隔板为π形板，所述开合板设置在所述π形板的一侧；当所述开合板插入时，所述开合板与所述π形板一起形成储料区的底板，此时不出粉；当所述开合板抽出后，所述π形板能在水平方向移动，控制两种粉料的出粉比例；所述开合板的插入与抽出均由所述控制单元控制。

7.如权利要求1所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述出粉漏斗整体为长方形或正方形的漏斗，所述梯度粉仓为一个开口向上的长方形或正方形容器。

8.如权利要求7所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述梯度粉仓的侧壁与底部为可拆卸连接。

9.如权利要求8所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述梯度粉仓的底部设置沟槽，所述梯度粉仓的侧壁设置有与所述沟槽相应的凸起，通过所述沟槽与凸起的配合实现所述梯度粉仓的底部与侧壁的可拆卸连接。

10.如权利要求1所述的连续梯度材料粉末层制备装置，其特征在于，所述控制单元为控制器或计算机，所述控制单元设置在所述漏斗外壁之外。

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