CN103738747A - 一种移动料斗式粉床铺粉装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动漏斗式粉床铺粉装置，其主要包括上料装置、移动（落料）漏斗、粉料铺平装置、相关传动机构装置等。计算出每层所需粉料量，利用移动漏斗内料位传感器控制上料装置精确定量上料到移动漏斗内。通过控制落料漏斗左右移动速度、落料口的孔径以及落料口的开合度，以实现快速均匀落料，之后最后通过粉料刮平板的前后移动把落料刮平，完成铺粉过程。本发明落料过程快速均匀，节省粉料使用量，增加快速成型设备加工效率，降低成本。
Description
技术领域
本发明公开了一种移动料斗式粉床铺粉装置,此装置可用于增材制造技术中。
背景技术
增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术又称快速成型技术，是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。目前增材制造技术已经成为快速制造技术的研究热点。根据成型原理和实现方式不用，目前的增材制造技术主要分为以下几种方法：选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）、选择性激光融化（Selective Laser Melting,SLM）、轮廓失效法(Profile Invalidation Laser RapidPrototyping，PIRP)、立体光刻法（Stereo lithography Apparatus，简称SLA法）、分层实体制造法（Laminated Object Manufacturing，LOM）和熔融沉积制造法（Fused Deposition Manufacturing，FDM）。
其中SLS、SLM、PIRP、LOM等增材制造领域中常用的工艺方法大都基于粉床（成型缸体）工艺制造。基于粉床的增材制造工艺具有成型精度高、零件结构稳定度高、可成型结构复杂等突出优点。作为快速成型技术工艺中的重要的模块，铺粉装置的稳定性、精确性与连续性对快速成型的速度与质量有着重要的影响，铺粉的方式与铺粉速度也对成型效率和原料的利用率有着巨大的影响。综上，铺粉装置是快速成型设备中的关键部分。现存的铺粉方式有平行料斗铺粉、辊式铺粉、小车式铺粉、料缸式铺粉。目前的快速成型机构的铺粉装置大都为以上方式。
现有技术的主要问题是：
（1）平行料斗、小车等铺粉方式中，送粉均匀性无法精确保证。
上述铺粉方式的实现过程中粉料先落入成型设备两侧的料斗中。在进行加工前，具有一定容积平行小车通过程序控制移动到料斗下面，之后料斗卸落大致量的粉料。最后小车沿一定方向掠过成型缸体加工幅面。小车下面具有下料口，在小车移动的过程中完成铺粉。为了铺粉的稳定性，每次料斗下料量都多于这一层的铺沙实用量。此过程中由于料斗卸料过程中无法做到精确控制，使得部分粉料被浪费，且由于小车的下料口面积大，无法做到个个方位的落料量相同。
（2）中间料斗结构的设计使得设备机构复杂性增加，加工工艺复杂性及不稳定性增加。
现存的送料系统中，大都包括粉料箱、平行于成型设备的中间漏斗（平行料缸），铺粉用料缸（小车）。送料过程也是中间料斗设备的装备增加了加工工艺的复杂性，但是并没有加强适用性，由于工艺过程数量的增加，使得快速成型过程中的不稳定性增大。
（3）增加了原料粘结的概率，不利于加工过程的稳定性、连续性。
在加工时候，中间料斗会存储大量粉料。由于收到加工环境条件的影响，粉料在存储过程中会存在粘结在一起的概率。在加工过程中，粉料若粘结在一起，加工无法正常连续运行，影响加工效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现存有的技术问题存在的不足而提供的一种能够实现稳定精确铺粉过程的装置，铺粉装置结构简单，便于拆卸，可移植性强；采用本装置铺粉，铺粉快速，可靠性高，能减少铺粉时间并大大减少粉末用量，从而提高成型效率与材料利用率。
本发明提供了一种移动料斗式粉床铺粉装置，该装置包括储料箱、上料装置、柔性管道、料斗、运动传动机构和刚性刮板。
储料箱，用于存放混合好的原材料，储料箱底部有出料口，通过出料口的阀门控制其开度，出料口连接柔性管道，用于传输粉料。
上料装置，放置于设备的上端，上料装置的进料口通过柔性管道同储料箱的出料口相连接，上料装置可以把储料箱里面存放的粉料输送到设备顶端。
料斗，料斗的内壁固定上料位传感器和下两个料位传感器，两个料位传感器的轴线可以重叠设置，使上下料位传感器在同一轴线上，当然也可以分开设置，使用二者轴线平行。两个料位传感器的上下位置可调，作为粉料量上限位和下限位的定位点。料斗的底部有孔，作为卸料口，该卸料口通过固定在上面的电磁阀控制开合度。
运动传动机构，料斗固定在运动滑台上，在电机的带动下实现左右方向的变速运动。
刚性刮板，用于把料斗落下的料刮平铺满整个加工面。刮板通过运动传动机构进行连接固定，可以进行前后移动。
在加工过程中，当料斗的物料高度低于下料位传感器时，下料位传感器发出信号，控制上料装置开始工作，把储料箱的粉料运输到上料装置里面并通过其下面的卸料口直接落入料斗中。上料装置持续工作，直到料斗中的粉料高度高于上料位传感器的高度。上料装置停止工作，料斗开始从一段向另一端做变速运动。运动过程中，料斗底部的卸料口通过电磁阀控制其开度的变化。通过移动料斗速度的变化以及料斗上卸料口开度的变化实现快速均匀送粉，再通过刚性刮板前后运动实现粉料铺平。
本发明与现有技术相比具有以下特点：
1.送粉机构工艺性稳定，此装备的送粉机构无中间料斗，减少了物料传输的时间及过程，增加了连续加工工艺的稳定性；
2.送粉料斗的上下可调料位传感器装置可使漏斗里面的粉料量可以根据不同工艺条件进行动态调整，料斗里面的物料含量可以正好等于该层的加工幅面的粉料量。既节省了送粉时间，又有效地提高了原材料的使用效率。
3.送分过程由于效率高、时间短，可有效地减小粉体由于环境温度而引起粘结的概率，可使快速成型设备在加工时候连续稳定，提高了生产效率。
4.这种类型的送分装置结构简单，可随时拆卸替换使用，增加了此送粉装置的实用性。
附图说明
图1a移动铺粉结构总框图。
图1b移动铺粉结构俯视图。
图2a移动的料斗外壁结构图。
图2b移动的料斗内腔结构图。
图3a上料送粉时料斗位置示意图。
图3b上料前料斗内料位示意图。
图3c上料后料斗内料位示意图。
图4为移动的料斗铺粉过程示意图。
图5为刚性刮板刮平工作面过程示意图。
图中：1储料箱；2柔性管道；3上料装置；4料斗；5加工平面；6刮板；7上料位传感器；8下料位传感器；9电磁阀开关；10料斗的卸料口。
具体实施方式
现结技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例，对本发明进行进一步说明。
本实施例，结合快速成型设备来叙述，本发明的保护不仅仅限于此。
1、快速成型设备运行前，由零件CAD图形、加工成型缸体横截面积以及层厚确定每一层粉体的体积值。用以指导料斗内料位传感器位置、控制移动料斗的运动速度以及料斗底部出料口的开合度。调整料斗内上下料位传感器的高度，使得下料位传感器以下部分容积大于等于单层粉料需求量，上下料位传感器之间的距离不宜过大，防止积粉粘结。
2、初始时，料斗位于原点Ａ位置，A位置为上料装置3卸料口的正下方，出料口10处于封闭状态。若料斗内的粉料高度低于下料位传感器8位置H1（如图3ｂ），则传感器8会发给控制系统信号，控制系统控制上料装置3开始运行工作。把储料箱的粉料通过运输管道2运输到上料装置内腔，通过卸料口落料到移动料斗4中。上料装置3持续工作，直到料斗内粉料高度超过上料位传感器7的位置H2（如图3c）。
3、上料位传感器7会向控系统发出信号，控制系统停止上料装置3工作。移动料斗4开始由A向B做变速运动，同时电磁阀9控制移动料斗底部出料口10开启一定角度（如图4所示）。粉料被卸落到加工平面。通过计算得到移动料缸的运动速度同料缸内粉料高度的关系，用以控制移动料斗4的运动速度以及出料口10的开合度，使得铺粉足量均匀。
4、料斗可以选择进行单行程铺粉或往复铺粉，即料斗4可以在从A到B时完成整个加工面的铺粉任务，到B点后，电磁阀9完全关闭，此时落料口10的开合度为0。之后移动料斗返回A点，途中并不铺粉。亦可以在Ａ—Ｂ—Ａ的过程中，落料口的开合度始终大于0，在整个过程中都进行落料。
5、移动的料斗4回到Ａ点后，刮板6沿Ｃ－Ｄ方向运动，刮板底面会将料斗4卸落的粉料铺平到等个加工平面5，完成铺沙过程。
6、如果料斗4里面的粉料量不低于下料位传感器位置，则在下一次铺粉前，不进行上料过程，否则将按步骤2进行上料。
Claims (5)
1.一种移动料斗式粉床铺粉装置，其特征在于，该移动料斗式粉床铺粉装置包括：
储料箱，用于存放混合好的原材料，储料箱底部有出料口，通过出料口的阀门控制其开度，出料口连接柔性管道，用于传输粉料；
上料装置，设置于设备的上端，上料装置的进料口通过柔性管道同储料箱的出料口相连接，上料装置把储料箱里面存放的粉料输送到设备顶端；
料斗，料斗的内壁固定两个料位传感器：两个料位传感器的上下位置可调，作为粉料量上限位和下限位的定位点；料斗的底部有孔，作为卸料口，该卸料口通过固定在上面的电磁阀控制开合度；
运动传动机构，料斗固定在运动滑台上，在电机的带动下实现左右方向的变速运动；
刚性刮板，用于把料斗落下的料刮平铺满整个加工面；刮板通过运动传动机构进行连接固定，可以进行前后移动。
2.根据权利要求1所述的一种移动料斗式粉床铺粉装置，其特征在于，所述的上料位传感器和下料位传感器的轴线重叠设置，使上下料位传感器在同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的一种移动料斗式粉床铺粉装置，其特征在于，所述的上料位传感器和下料位传感器的分开设置，二者轴线平行。
4.使用权利要求1、2或3所述一种移动料斗式粉床铺粉装置的方法，其特征在于以下步骤：
A、加工前，通过CAD图以及原材料的种类确定单层铺粉厚度，确定料位传感器位置；
B、在加工过程中，当料斗的粉料高度低于下料位传感器时，下料位传感器发出信号，控制程序控制上料机开始工作，把储料箱的粉料运输到上料装置里面并通过其下面的卸料口直接落入料斗中；
C、上料装置持续工作，直到料斗中的粉料高度高于上料位传感器的高度；上料装置停止工作；
D、料斗开始从一端向另一端做变速运动；运动过程中，料斗底部的卸料口通过电磁阀控制其开度的变化；通过移动料斗速度的变化以及料斗底部卸料口开度的变化实现快速均匀送粉；
E、刚性刮板垂直于料斗运动方向运动实现粉料铺平。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，移动料斗的卸料口开度随着料斗内粉料高度以及运动速度可动态调节，实现均匀铺粉。
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