[發明專利]一種3D打印頭用固體粉末連續輸送裝置

有效

• 申請號: 201710160020.9
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106891004B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 郭志猛;吳成義;張欣悅;舒進峰;徐歡;郭雷辰;蘆博昕;孫海霞;李佩;袁嬌嬌;趙放;吳慶華
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種3D打印頭用固體粉末連續輸送裝置，屬于3D打印技術領域和粉末送料領域。裝置由調速電機、粉料撥叉、粉末儲料室、空心螺旋彈簧、軟管、輔助氣進口和粉末進口構成。粉末儲料室采用下方為漏斗型的結構，儲料室中安裝有粉料撥叉，側壁上部設有輔助氣進口和粉末進口。空心螺旋彈簧上部設計為有足夠長度的長軸，使其與粉料撥叉相接并穿過粉末儲料室上蓋與外部調速電機聯接。本裝置可持續穩定輸送流動性極差的不規則微細粉末；并可實現任何彎曲管道內的送料且不受輸送距離限制，能夠隨著3D打印頭的移動變換任意形狀；可控制粉末的輸送與停止，精密匹配3D打印過程。

技術領域

本發明涉及粉末輸送裝置，屬于3D打印技術領域和粉末送料領域，特別是提供一種3D打印頭用固體粉末連續輸送裝置。

背景技術

3D打印技術是根據零件或物體的三維模型數據，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光或紫外線或熱熔噴嘴等方式將光敏樹脂、塑料、金屬粉末、陶瓷粉末以及細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出三維實體。21世紀隨著激光燒結，特別是直接金屬激光燒結(Direct metal laser sintering，DMLS)技術的發展，金屬材料成為3D打印材料應用上的另一個重要突破。DMLS技術是通過使用高能量的激光束根據3D模型數據來局部熔化金屬基體，同時燒結固化粉末金屬材料并自動地層層堆疊，以生成致密的幾何形狀實體零件。直接金屬激光燒結DMLS技術逐漸發展為激光熔覆、激光噴涂、激光粉末成型和直接金屬沉積等技術，通過選擇不同的燒結材料和調節工藝參數，可以生成性能差異變化很大的零件，并能夠直接制造出幾何形狀任意復雜的零部件，應用領域十分廣泛。在制造分層厚度1mm以上的大型金屬件，DMLS技術通常采用同軸輸送金屬粉末，即激光燒結與粉末的輸送同時進行。金屬粉末的形貌和粒度對其流動性有顯著的影響，一般粒度較大、形狀規則的粉末有較好的流動性，有助于粉末的輸送；而粒度較小、不規則的粉末，由于團聚比較嚴重，因此粉末的輸送比較困難。如何穩定持續輸送金屬粉末，是DMLS技術待解決的一個關鍵難點。

送粉器是儲存粉末和定量輸送粉末的一種裝置，送粉器可以大致分為以下幾類：自重式送粉器、螺旋式送粉器、刮板式送粉器、霧化式送粉器、毛細管式送粉器等。自重式送粉器的原理為：粉末料倉中的粉末依靠自身的重量穿過漏粉孔進入氣流管道中，在氣流管中載氣的帶動下輸送至送粉槍中，其送粉速率主要利用漏粉孔的尺寸大小和載氣流量的大小控制。螺旋式送粉器的基本機構包括：粉末料倉、螺旋桿、振動器、混合器等組成，其工作原理為：料倉中的粉末通過旋轉的螺旋桿螺紋向前推進，粉末輸送到混合器中依靠載氣將粉末送入送粉槍中；在粉末料倉底部的振動器防止粉末在料倉中架空，導致粉末輸送不均勻；其送粉速率主要利用螺旋桿的轉速控制。刮板式送粉器是依靠分盤的轉動來實現粉末的輸送，當料倉中的粉末經過漏粉孔落入分盤時，分盤帶動粉末轉至刮板處，通過刮板將粉末送入料斗中。依靠控制粉盤的轉速，可以很方便的控制粉末的輸送速率，因此刮板式送粉器被廣泛應用于粉末的輸送。霧化式送粉器的工作原理為：通過噴嘴中噴出的高壓氣體使局部產生負壓，粉末在負壓作用下隨載氣進入出粉管道，伸入料倉內的平衡管可以防止粉末架空，有利于粉末的穩定輸送，其送粉速率主要是靠噴嘴出氣體的流量來控制。

目前還沒有專門針對DMLS技術的送粉裝置。現有的送粉器中，依靠氣流載體送粉的裝置，如自重式送粉器、螺旋式送粉器和霧化式送粉器，氣流將粉末輸送至激光燒結熔池，易使熔池溫度迅速降低，并且粉末被氣流帶動得太過松散，激光燒結時體積收縮巨大，嚴重影響DMLS技術燒結過程及燒結產品性能。而刮板式送粉器是通過刮板一波波地將金屬粉末送入，流量不穩定，降低DMLS技術產品的精度。現有的送粉器過于依賴粉末的流動性，強調使用粒度范圍分布窄的球形粉末；對于粒度較小、形狀不規則的粉末，上述送粉器易堵塞、流量不穩定。

在前期有關DMLS技術粉末輸送的大量研究基礎上，我們設計了一款固體粉末連續輸送裝置，在設備功能和結構設計和實際裝備試驗后，驗證了本送粉裝置對于流動性較差的微細粉末，能夠實現粉末穩定、連續、均勻的輸送，完成了本發明的設備研究。