[发明专利]一种用于金属3D打印的多组分实时控制精密送粉系统

说明书

技术领域

本发明属于送粉器技术领域。特别涉及金属3D打印多组分实时控制的精密送粉技术。

背景技术

随着中国经济的发展，作为中国支柱产业的制造业面临着激烈的竞争并经历着一场深刻的技术变革，用高新技术改造提升传统制造业成为必然的趋势。金属3D打印，在金属零件、构件的快速近净制造及大型设备的精密修复技术领域，有着无可比拟的优势。金属3D打印以粉末为材料，在具有零件、构件原型的CAD/CAM软件支持下，CNC(计算机数控)控制能量束（激光束、电子束）、送粉头和机床按指定空间轨迹运动，快速、自动生成与原型零件、构件相近似（通过少量后续的机加工来保证尺寸精度）或相同的金属块体材料。与传统“去除型”制造相比，不需要原胚和模具，直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成指定形状的物体，节省原材料用料只有原来的1/3~1/2，制造速度却快3～4倍；大大简化制造程序，缩短新品研制周期，降低开发成本和风险。金属3D打印在重大工程装备精密修复中，具有修复速度快（数控修复）、效率高（特殊材质、特殊区域）、修复尺寸精确后加工量小（特殊形状）特点。金属3D打印技术成品质量直接依赖于能量束和金属粉末两者能够准确、适时、适量地向指定微区传递，粉末颗粒联接紧密以满足其机械强度。粉末的传送与能量束工作轨迹必须密切配合，即使非常微小的送粉偏差也会导致几何形状、厚度、表面光滑度的重大改变，因此在金属3D打印技术中，送粉的设计就显得尤为重要。随着金属3D打印技术在梯度功能材料研发、超微构件制作中的应用日益增多，对送粉系统提出了多组分实时控制、能适用于多粒径范围（特别是超细粉末）的供给要求。

基于不同原理设计，国内外推出若干的送粉设备，如：基于气体压力差的送粉原理，如雾化式送粉器（Anon.热喷涂技术，1996，(2):47）；基于孔盘冲压的送粉原理，如微细粉送粉器（沈文，李言祥，激光熔覆陶瓷送粉器的研制，新技术新工艺，1996）；基于气体动力学的送粉原理，如刮板式送粉器（崔海涛，李强，等.激光快速成型送粉器极其特性，北京工业大学学报，2002,9:341）；基于机械力学的送粉原理，如螺旋式送粉器（Anno. 氧化错的空气等离子喷涂性能和距离对沉积效率及孔隙率的影响，第1届国际热喷涂会议论文集.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.）；基于转动粉轮的送粉原理，如鼓轮式送粉器(Wu C Y, Wantnao S, Dave R N, Mangetically enhanced Power discharged from storage under high consolidation. Powder Handling and poreessing, 1998,10:357)。但这些送粉系统往往是针对某些特定的粉末进行开发设计的，不完全适应金属粉末，且普遍存在对于细粉末输送能力差（对输送小于1um的超细粉末无能为力）、固定粉体组分不能根据要求实时改变输送粉体组分的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于金属3D打印的多组分实时控制精密送粉系统，可适应多粒径范围（特别是超细粉末）供给要求。

本发明是基于转动粉轮的送粉原理，通过以下技术方案实现。

本发明所述的一种用于金属3D打印的多组分实时控制精密送粉系统，包括送粉机械系统、气路系统、电路系统、装置柜。

本发明所述的送粉机械系统包括并联式4个送粉器、混粉器、送粉管、四路分粉器、送粉头、流量监测器。各送粉器送出粉末，进入混粉器，在气流的作用下均匀混合，经送粉管送入四路分粉器，粉流分成四路送入送粉头，送粉头将粉流汇聚后送入加工区域完成送粉。送粉头前配有流量监测器实时监测总送粉量。

所述的送粉器采用载气式鼓轮式送粉结构。粉斗内粉末，在自重和压缩空气作用下，由漏粉口流进粉轮圆周上均匀分布的小槽；随着粉轮转动流入粉轮腔；经压缩气体携带，自粉轮腔下端的出粉口流出。通过调节粉轮转速、漏粉口与粉轮间距、粉斗和粉轮腔压力差、粉轮腔气压大小，可实时控制送粉量；各送粉器都配有流量监测器实时监测送粉量。