[發明專利]一種用于金屬3D打印的多組分實時控制精密送粉系統

有效

• 申請號: 201610323445.2
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN105965013B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 羅嵐;劉勇;王雨;郭銳;丁巖
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B22F3/00
• 分類號: B22F3/00;B33Y50/02;B33Y30/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于送粉器技術領域。特別涉及金屬3D打印多組分實時控制的精密送粉技術。

背景技術

隨著中國經濟的發展，作為中國支柱產業的制造業面臨著激烈的競爭并經歷著一場深刻的技術變革，用高新技術改造提升傳統制造業成為必然的趨勢。金屬3D打印，在金屬零件、構件的快速近凈制造及大型設備的精密修復技術領域，有著無可比擬的優勢。金屬3D打印以粉末為材料，在具有零件、構件原型的CAD/CAM軟件支持下，CNC(計算機數控)控制能量束（激光束、電子束）、送粉頭和機床按指定空間軌跡運動，快速、自動生成與原型零件、構件相近似（通過少量后續的機加工來保證尺寸精度）或相同的金屬塊體材料。與傳統“去除型”制造相比，不需要原胚和模具，直接根據計算機圖形數據，通過增加材料的方法生成指定形狀的物體，節省原材料用料只有原來的1/3~1/2，制造速度卻快3～4倍；大大簡化制造程序，縮短新品研制周期，降低開發成本和風險。金屬3D打印在重大工程裝備精密修復中，具有修復速度快（數控修復）、效率高（特殊材質、特殊區域）、修復尺寸精確后加工量小（特殊形狀）特點。金屬3D打印技術成品質量直接依賴于能量束和金屬粉末兩者能夠準確、適時、適量地向指定微區傳遞，粉末顆粒聯接緊密以滿足其機械強度。粉末的傳送與能量束工作軌跡必須密切配合，即使非常微小的送粉偏差也會導致幾何形狀、厚度、表面光滑度的重大改變，因此在金屬3D打印技術中，送粉的設計就顯得尤為重要。隨著金屬3D打印技術在梯度功能材料研發、超微構件制作中的應用日益增多，對送粉系統提出了多組分實時控制、能適用于多粒徑范圍（特別是超細粉末）的供給要求。

基于不同原理設計，國內外推出若干的送粉設備，如：基于氣體壓力差的送粉原理，如霧化式送粉器（Anon.熱噴涂技術，1996，(2):47）；基于孔盤沖壓的送粉原理，如微細粉送粉器（沈文，李言祥，激光熔覆陶瓷送粉器的研制，新技術新工藝，1996）；基于氣體動力學的送粉原理，如刮板式送粉器（崔海濤，李強，等.激光快速成型送粉器極其特性，北京工業大學學報，2002,9:341）；基于機械力學的送粉原理，如螺旋式送粉器（Anno. 氧化錯的空氣等離子噴涂性能和距離對沉積效率及孔隙率的影響，第1屆國際熱噴涂會議論文集.1992:218）；基于粉末自重的送粉原理，如自重式送粉器（Kurt Leschonshi, Benrd Benker, et al. Dry mechanical dispersion of submicronparticles, Part.Syst.Charact,1995, 12:295.）；基于轉動粉輪的送粉原理，如鼓輪式送粉器(Wu C Y, Wantnao S, Dave R N, Mangetically enhanced Power discharged from storage under high consolidation. Powder Handling and poreessing, 1998,10:357)。但這些送粉系統往往是針對某些特定的粉末進行開發設計的，不完全適應金屬粉末，且普遍存在對于細粉末輸送能力差（對輸送小于1um的超細粉末無能為力）、固定粉體組分不能根據要求實時改變輸送粉體組分的問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于金屬3D打印的多組分實時控制精密送粉系統，可適應多粒徑范圍（特別是超細粉末）供給要求。

本發明是基于轉動粉輪的送粉原理，通過以下技術方案實現。

本發明所述的一種用于金屬3D打印的多組分實時控制精密送粉系統，包括送粉機械系統、氣路系統、電路系統、裝置柜。

本發明所述的送粉機械系統包括并聯式4個送粉器、混粉器、送粉管、四路分粉器、送粉頭、流量監測器。各送粉器送出粉末，進入混粉器，在氣流的作用下均勻混合，經送粉管送入四路分粉器，粉流分成四路送入送粉頭，送粉頭將粉流匯聚后送入加工區域完成送粉。送粉頭前配有流量監測器實時監測總送粉量。

所述的送粉器采用載氣式鼓輪式送粉結構。粉斗內粉末，在自重和壓縮空氣作用下，由漏粉口流進粉輪圓周上均勻分布的小槽；隨著粉輪轉動流入粉輪腔；經壓縮氣體攜帶，自粉輪腔下端的出粉口流出。通過調節粉輪轉速、漏粉口與粉輪間距、粉斗和粉輪腔壓力差、粉輪腔氣壓大小，可實時控制送粉量；各送粉器都配有流量監測器實時監測送粉量。