[发明专利]一种基于时间调控的粉体与颗粒材料依需给料方法

说明书

本发明公开了一种基于时间调控的粉体与颗粒材料依需给料方法，包括物料储给料管和安装在给料管上的物料机械振动源，物料储给料管包括漏斗形入口流道、圆直管形流道和圆锥形出口流道，漏斗形入口流道上端的入口内径设计为15～45毫米，半锥角设计为10～15°；圆直管形流道内径设计为10～30毫米；圆锥形出口流道下端的出口内径设计为1～10毫米，半锥角设计为6～20°；圆直管形流道和圆锥形出口流道的总高度大于圆直管形流道高度20毫米以上。本发明通过优化整个物料储给料管中的关键参数及具体的参数范围，能够广泛适用于每秒数十毫克到每秒数十克，由直径为数十微米到若干毫米颗粒组成的物料给料，特别适用于依需定量与精确控制的粉料分配与平面内选择性沉积。

技术领域

本发明涉及粉体、颗粒的灌装方法，更具体地说，涉及一种基于时间调控的粉体与颗粒材料依需给料方法。

背景技术

全球制造业正致力于通过不断开发和引入基于各类材料的新型产品来满足社会对物质生活品质的不断升级。其中，粉体与颗粒材料作为原材料大量应用于各个领域，如医药、化工、生物材料、食品、冶金、陶瓷等。然而在本技术领域，对粉体与颗粒材料相关的操作技术与工艺远不如流体技术那么成熟，这是由不同材料颗粒流动行为的复杂性造成的。在高成本原材料行业中控制粉体与颗粒材料在运输、分配、给料环节的浪费和提高精确度和操作效率是整个行业面临的一大挑战。在以粉体颗粒为原材料的3D打印技术中，传统方法需要在粉床上逐层将材料选择性成型，这中间将大量浪费原材料。这并不适用原材料成本高的行业。为了在研发与生产中将粉体材料的浪费控制到最小化以降低整个过程的成本，依需粉体沉积打印可以控制粉体在打印平面内的沉积量与沉积路径，在此基础上逐层成型。应用该技术需要对粉体精确地控制粉体的出料速率。

目前，针对粉体与颗粒材料的给料控制常见的是采用气动技术和体积法。专利US4350049在1982年介绍了将气动技术与体积法结合的颗粒运输与分配给料方法。其中粉体的定量由预先设计好的体积定量槽完成，精确度受粉体颗粒堆积密度的实时变化所影响；如需更改分配物料量需要重新设计更换定量设备，这无疑增大了时间与经济成本。另外，该设备设计较为复杂，对粉体流动的内部结构有较高要求，否则很容易出现粉体堵塞，导致低剂量输出或过程停滞。

根据最新研究发现，由振动激励并控制的粉体给料技术对粉体运送并微量化分配给料的操作工艺提供了新的方法以借鉴。使用毛细管或微型漏斗实现微量运送和分配给料的过程中，对粉体流动通道施加由脉冲信号控制的振动有助于破坏高粘度粉体的结块和拱桥效应，引发粉体自由流动。专利GB2472817、EP2467681、US2012145806、WO2011020862、GB2014050122、WO2014111718及公开文献Advanced Powder Technology，6(4)(1995)p283-293；Advanced Powder Technology，7(2)(1996)p141-151；Journal of Physics D-Applied Physics，39(11)(2006)p2444-2453；Powder Technol，175(2)(2007)p63-72；NanoLife，2(2012)p1250001-1250011；International Journal of Pharmaceutics，433(1-2)(2012)p34-41等介绍了振动在粉体材料微量给料上的应用。

专利GB2472817、EP2467681、US2012145806、WO2011020862、GB2014050122、WO2014111718中就公开了如图1a、1b、1c三种不同结构的输送管，并给出了相应参数：上部垂直部分的内径D(不计管壁厚度)在水平方向上最小为5毫米；出口孔径d在水平方向上最大为200微米至3毫米，优选地，最大为2毫米，最佳地，最大为1毫米；下部锥体斜面与垂直方向的角度α在5度到45度。

但是，由于上述专利及公开文献对于粉体与颗粒材料给料控制技术仅处于一个初级的研究阶段，其公开的设计参数也仅是一个大概、宽泛的范围，仅适于实验室试验，且未能够进一步深入的研究。

发明内容