[发明专利]用于分配粉末的设备和方法

说明书

提供了用于数控粉末沉积的设备和相关方法。该设备包括构造成将粉末的贮存器保持在流化状态的供给室，以及一个或多个分配器元件。供给室还构造成将流化粉末的流从贮存器引导到孔口，从而从孔口分配流化粉末的流。

背景技术

粉末运输和输送在工业中是普遍需要的，并且存在使用各种来源的能量输送粉末的成熟方法。示例是超声筛分技术、振动输送机和气流流化技术。这些方法在工业加工中通常以大千克规模应用。

例如在粉末涂覆或激光印刷系统(静电印刷)中，粉末也被静电沉积。这使得能够使用电荷在多个位置之间转移粉末而将微米厚度的粉末层沉积到多种基底上。

粉末也可使用Auger螺旋粉末输送系统计量。

在制药工业中，在片剂和胶囊的制造中，粉末也以毫克至克的规模分配。有许多众所周知的技术用于高精度和高生产量的胶囊填充和压片。

然而，以微克至毫克规模分配粉末明显更有挑战性。关键的工业示例是呼吸吸入器的使用，其中使用气流将小毫克级的粉末量分配到肺部。然而，用于呼吸定量给料的粉末定量给料技术不太可能适用于将粉末沉积到用于工业应用如装饰和功能性涂层的基底上。

发明内容

本发明在这种情况下出现，并且结合了电控粉末定量给料元件阵列，当一起操作时，所述电控粉末定量给料元件阵列包括粉末印刷头。多个定量给料元件能够实现从装饰性成像到药物剂量分配的一系列新的工业应用。

本发明的粉末印刷头设计可包括几个关键元件：

1.流化粉末供应物

2.与分配元件接触的腔室，在该腔室中，粉末在控制的能量下被流化

3.使用由压电致动器给予的附加能量来定量给料粉末的数控分配器元件

4.将图像或图案转换成离散信号以激励压电致动器分配元件阵列的软件控制系统

粉末分配印刷头设计成通过图案化层或粉末的沉积来分配数字限定的2D图像。

粉末分配印刷头还设计成能够精确控制用粉末填充腔室，例如填充药物胶囊或泡罩包装。

粉末是许多功能性和装饰性涂层的功能性元素。然而，粉末的直接印刷在技术上具有挑战性，并且通常，印刷粉末依赖于载体流体以能够将材料输送至基底。尽管激光印刷(静电印刷)已经建立了微粉化粉末的静电沉积的原则，但是该技术对粉末性质提出了严格的要求，这意味着非常少的粉末能够使用该技术印刷。我们通过开发一种按需定量给料粉末的印刷头解决了这个问题，该印刷头利用数控的压电致动以通过离散的分配器元件将粉末从流化粉末容器输送到基底。

我们先前已经公开了使用单元件压电分配器的按需粉末分配的原理，然而，由于供给系统中的粉末“锁定”和压实，不可能将这些系统构造为印刷头或分配器阵列。此外，这些单元件分配器没有充分小型化以形成每英寸至少十个元件的密集阵列。印刷头的目的是在延长的时间段内输送沉积致动的二维阵列，这适用于制造。在本申请中，我们公开了一种用于粉末的数字按需沉积的新颖的印刷头设计，其使用粉末流化技术来供给多个压电分配器元件，以输送二维粉末印刷或分配。

本申请中的创造性步骤是将能量控制的流化或搅动的粉末供给系统连接到压电分配器以产生集成的粉末印刷头。已经确定，通过控制流化和/或搅动粉末的能量(其供给一系列不同的压电致动分配器元件)，可以使用分配器元件来计量粉末剂量以延长时间段。