一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统及粉末供应方法

摘要

本发明涉及一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统及粉末供应方法，包括流量控制模块、送粉模块、粉末混合模块、粉末均分模块和供粉切换模块，流量控制模块和送粉模块均至少设置两个，且两者一一对应；流量控制模块输出端连接至送粉模块输入端，送粉模块输出端连接至粉末混合模块输入端，粉末混合模块输出端连接至粉末均分模块；流量控制模块用于提供载粉气；送粉模块用于粉末供应；供粉切换模块用于在各送粉模块之间进行供粉切换；粉末混合模块用于对各送粉模块输出的粉末流进行切换、混合；粉末均分模块用于将混合好的粉末流进行均匀分流并输送至熔覆头喷嘴末端，完成整个粉末供应。本发明实现了金属粉末的精准供应、无缝添料、在线混合、加工端均分。

权利要求

1.一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，其特征在于：包括流量控制模块、送粉模块、粉末混合模块、粉末均分模块和供粉切换模块，所述流量控制模块和送粉模块均至少设置两个，且流量控制模块和送粉模块两者一一对应；所述流量控制模块的输出端通过气管连接至送粉模块的输入端，所述送粉模块的输出端通过气管连接至粉末混合模块的输入端，所述粉末混合模块的输出端通过气管连接至粉末均分模块；

所述流量控制模块用于为整个系统提供载粉气供应；

所述送粉模块用于粉末的供应，粉末在送粉模块出气口由载粉气带走，完成粉末供应；

所述送粉模块由智能化单筒送粉器构成；供粉切换模块用于在各个送粉模块之间进行供粉切换；

所述粉末混合模块用于对各个送粉模块输出的粉末流进行混合；所述粉末混合模块为带螺旋内流道的多进一出结构，粉末混合模块的多个进口分别一一对应连接各个送粉模块的输出端；靠近所述粉末混合模块输入端的螺旋内流道为与各个进口对应的各自单独的管螺旋扭曲缠绕在一起的结构，靠近所述粉末混合模块输出端的螺旋内流道为合并成一根管的螺旋结构；各自单独的管、及合并成一根管的管内壁均带有平滑螺旋凸起；

所述粉末均分模块用于将混合好的粉末流进行均匀分流并输送至熔覆头喷嘴末端，完成整个粉末的供应；所述粉末均分模块为带内流道的一进多出结构，粉末均分模块的出口数量与熔覆头喷嘴上的喷粉孔数量对应，实现粉末的均匀分流；

用于激光熔覆的在线式粉末供应系统进行粉末供应的方法，包括粉末无缝添加、粉末在线式混合、粉末变比例混合中的至少一种；

所述粉末无缝添加：当一个智能化单筒送粉器工作时，若工作的储粉筒内粉量较少需要进行加粉，操作人员在工作的储粉筒A内粉末即将耗尽的时候，直接向任一待命的储粉筒B中加粉，加粉完毕后执行供粉切换操作，供粉切换模块在时间T内匀速减小储粉筒A的转速Va及供应流量La，同时等差额的在时间T内均匀的增加储粉筒B的转速Vb及供应流量Lb，直到储粉筒A完全停止工作的同时，储粉筒B完成粉末供应的接管，整个切换过程Va+Vb始终保持恒定，同样的La+Lb也始终保持恒定，实现粉末的无缝添加；

所述粉末在线式混合：当有混粉需求时，在主料筒A中加入打印基体粉末，在辅料筒B中加入添加粉末，开始加工后主料筒A、辅料筒B以工艺所需的混合比例进行旋转供料，主料筒A、辅料筒B送出的金属粉末同时进入粉末混合模块，在螺旋式内流道的作用下两股粉末流充分旋转、混合，实现比例精准的粉末在线式混合；

所述粉末变比例混合：当需要变比例粉末混合，通过调整各个工作储粉筒的供料转速曲线实现任意配比的粉末在线式混合。

2.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，其特征在于，所述流量控制模块由流量控制器构成。

3.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，其特征在于，所述智能化单筒送粉器包括储粉筒和送粉盘，所述储粉筒的粉末出口和送粉盘的粉末入口连接，所述送粉盘的进气口和流量控制模块的输出端连接，所述送粉盘的出气口和粉末混合模块的输入端连接。

说明书

一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统及粉末供应方法

技术领域

[0001] 本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统及粉末供应方法。

背景技术

[0002] 现有的激光熔覆工艺为了实现更好的打印质量，喷嘴末端多为3至5个喷粉孔，因此粉末供应系统需要将送粉模块输出的粉末流均分成相应数量的数条均匀粉末流，末端粉
末流的均匀程度将直接影响激光熔覆的加工质量。但是现有激光熔覆粉末供应系统大多由
送粉模块及流量控制模块构成，无法实现粉末的在线式混合、分离功能，同时现有激光熔覆粉末供应系统的流量控制模块多为转子流量计，需要手动控制，无法为后期的智能化需求
提供硬件支持。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统及粉末供应方法，该粉末供应系统在加工过程中能实现金属粉末的精准供应、金属粉末
的无缝添料、金属粉末的加工端均分等基础功能，同时还能实现梯度粉末材料的在线混合，精准、可靠、比例可调，大大缩减了梯度材料打印试验的准备时间。解决了现有的激光熔覆粉末供应系统智能化程度差、功能单一、可改造空间小等缺点。

[0004] 本发明是这样实现的，一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，包括流量控制模块、送粉模块、粉末混合模块、粉末均分模块和供粉切换模块，所述流量控制模块和送粉模块均至少设置两个，且流量控制模块和送粉模块两者一一对应；所述流量控制模块的输
出端通过气管连接至送粉模块的输入端，所述送粉模块的输出端通过气管连接至粉末混合
模块的输入端，所述粉末混合模块的输出端通过气管连接至粉末均分模块；

[0005] 所述流量控制模块用于为整个系统提供载粉气供应；

[0006] 所述送粉模块由智能化单筒送粉器构成，用于粉末的供应，粉末在送粉模块出气口由载粉气带走，完成粉末供应；

[0007] 供粉切换模块用于在各个送粉模块之间进行供粉切换；

[0008] 所述粉末混合模块用于对各个智能化单筒送粉器输出的粉末流进行切换、混合；

[0009] 所述粉末均分模块用于将混合好的粉末流进行均匀分流并输送至熔覆头喷嘴末端，完成整个粉末的供应。

[0010] 在上述技术方案中，优选的，所述流量控制模块由流量控制器构成。

[0011] 在上述技术方案中，优选的，所述智能化单筒送粉器包括储粉筒和送粉盘，所述储粉筒的粉末出口和送粉盘的粉末入口连接，所述送粉盘的进气口和流量控制模块的输出端连接，所述送粉盘的出气口和粉末混合模块的输入端连接。

[0012] 在上述技术方案中，优选的，所述粉末混合模块为带螺旋内流道的多进一出结构，粉末混合模块的多个进口分别一一对应连接各个智能化单筒送粉器的输出端。

[0013] 在上述技术方案中，进一步优选的，靠近所述粉末混合模块输入端的螺旋内流道为与各个进口对应的各自单独的管螺旋扭曲缠绕在一起的结构，靠近所述粉末混合模块输
出端的螺旋内流道为合并成一根管的螺旋结构。

[0014] 在上述技术方案中，更进一步优选的，各自单独的管、及合并成一根管的管内壁均带有平滑螺旋凸起。

[0015] 在上述技术方案中，优选的，所述粉末均分模块为带内流道的一进多出结构，粉末均分模块的出口数量与熔覆头喷嘴上的喷粉孔数量对应，实现粉末的均匀分流。

[0016] 采用上述用于激光熔覆的在线式粉末供应系统进行粉末供应的方法，包括粉末无缝添加、粉末在线式混合、粉末变比例混合中的至少一种；

[0017] 所述粉末无缝添加：当一个智能化单筒送粉器工作时，若工作的储粉筒内粉量较少需要进行加粉，操作人员在工作的储粉筒A内粉末即将耗尽的时候，直接向任一待命的储粉筒B中加粉，加粉完毕后执行供粉切换操作，供粉切换模块在时间T内匀速减小储粉筒A的转速Va及供应流量La，同时等差额的在时间T内均匀的增加储粉筒B的转速Vb及供应流量
Lb，直到储粉筒A完全停止工作的同时，储粉筒B完成粉末供应的接管，整个切换过程Va+Vb始终保持恒定，同样的La+Lb也始终保持恒定，实现粉末的无缝添加；

[0018] 所述粉末在线式混合：当有混粉需求时，在主料筒A中加入打印基体粉末，在辅料筒B中加入添加粉末，开始加工后主料筒A、辅料筒B以工艺所需的混合比例进行旋转供料，主料筒A、辅料筒B送出的金属粉末同时进入粉末混合模块，在螺旋式内流道的作用下两股
粉末流充分旋转、混合，实现比例精准的粉末在线式混合；

[0019] 所述粉末变比例混合：当需要变比例粉末混合，通过调整各个工作储粉筒的供料转速曲线实现任意配比的粉末在线式混合。

[0020] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0021] 1、本发明提供了一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，利用流量控制模块、送粉模块、粉末混合模块、粉末均分模块等实现了粉末的智能化、定制化供应，解决了传统方案无法实现的多种问题；本发明方案结构简单设计合理，使用方便，具有很好的实用价
值。

[0022] 2、本发明的粉末供应系统在加工过程中能实现金属粉末的精准供应、金属粉末的无缝添料、金属粉末的加工端均分等基础功能，同时还能实现梯度粉末材料的在线混合，精准、可靠、比例可调，大大缩减了梯度材料打印试验的准备时间。解决了现有的激光熔覆粉末供应系统智能化程度差、功能单一、可改造空间小等缺点。

[0023] 3、本发明的粉末供应系统能更好的保证试验不受其它变量的干扰，极大的缩短了工艺人员对于新工艺探索所需要耗费的时间，大大提高了设备使用效率。

附图说明

[0024] 图1是本发明实施例提供的用于激光熔覆的在线式粉末管理系统的结构示意图；

[0025] 图2是本发明实施例提供的智能化单筒送粉器的结构示意图；

[0026] 图3是本发明实施例提供的智能化单筒送粉器的爆炸图。

[0027] 图中：1、流量控制模块；2、送粉模块；21、储粉筒；22、送粉盘；221、送粉盘的粉末入口；222、送粉盘的进气口；223、送粉盘的出气口；224、铺粉块；225、送粉刮盘；226、凹槽；227、吸粉块；3、粉末混合模块；4、粉末均分模块。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设
置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明中明确提出了其中某些
或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。
同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保
护范围的理解。

[0029] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0031] 请参阅图1～3，本实施例提供一种用于激光熔覆的在线式粉末供应系统，包括流量控制模块1、送粉模块2、粉末混合模块3、粉末均分模块4和供粉切换模块，所述流量控制模块1和送粉模块2均至少设置两个，且流量控制模块1和送粉模块2两者一一对应；所述流
量控制模块1的输出端通过气管连接至送粉模块2的输入端，所述送粉模块2的输出端通过
气管连接至粉末混合模块3的输入端，所述粉末混合模块3的输出端通过气管连接至粉末均
分模块4；

[0032] 所述流量控制模块1用于为整个系统提供载粉气供应；

[0033] 所述送粉模块2由智能化单筒送粉器构成，用于粉末的供应，粉末在送粉模块2出气口由载粉气带走，完成粉末供应；

[0034] 供粉切换模块用于在各个送粉模块之间进行供粉切换；

[0035] 所述粉末混合模块3用于对各个智能化单筒送粉器输出的粉末流进行切换、混合；

[0036] 所述粉末均分模块4用于将混合好的粉末流进行均匀分流并输送至熔覆头喷嘴末端，完成整个粉末的供应。

[0037] 优选的，所述流量控制模块1由小型流量控制器构成，其具有流量实时可调、流量实时监控、流量异常报警等功能，可实现送粉流量的精准自动化控制，同时当发生堵粉等异常状况时，流量控制器可在极短的响应时间内触发报警信号，为整个系统的自动化全闭环
控制提供硬件支持。

[0038] 优选的，所述智能化单筒送粉器包括储粉筒21和送粉盘22，所述储粉筒21的粉末出口和送粉盘的粉末入口221连接，所述送粉盘的进气口222和流量控制模块1的输出端连
接，所述送粉盘的出气口223和粉末混合模块3的输入端连接。工作时，储粉筒21内装有金属粉末，金属粉末通过重力作用经由送粉盘的铺粉块224被均匀的铺在送粉刮盘225的凹槽
226内，送粉刮盘225顺时针转动将凹槽226内的粉末运送至吸粉块227；载粉气通过送粉盘
的进气口222进入送粉模块2，气流从送粉盘的出气口223流出送粉模块2时会带走送粉盘的
出气口223底部吸粉块227下方凹槽226内的粉末，送至粉末混合模块3，从而完成整个送粉
过程。粉末经由粉末混合模块3的螺旋内流道连接至粉末均分模块4，经过粉末均分模块4的内流道被均分为若干股粉末流，最终连接至熔覆头喷嘴末端，完成整个激光熔覆加工的粉
末供应。

[0039] 优选的，所述粉末混合模块3为带螺旋内流道的多进一出结构，粉末混合模块3的多个进口分别一一对应连接各个智能化单筒送粉器的输出端。

[0040] 进一步优选的，靠近所述粉末混合模块3输入端的螺旋内流道中上部为与各个进口对应的各自单独的管螺旋扭曲缠绕在一起的结构，靠近所述粉末混合模块3输出端的螺
旋内流道中下部为合并成一根管的螺旋结构。

[0041] 本实施例中，粉末混合模块3包含两个进气口和一个出气口，在粉末混合模块3中上部的螺旋内流道是两根管螺旋扭曲着拧成一根，两股待混合的粉末流从各自的进气口进
入各自的螺旋内流道，在各自的螺旋内流道的作用下由直接流动变为带自旋的流动。两根
各自的螺旋内流道在粉末混合模块3中下部再以螺旋结构合并为一根管，充分保证了粉末
混合的均匀度。

[0042] 更进一步优选的，各自单独的管、及合并成一根管的管内壁均带有平滑螺旋凸起。使得里面的粉末在合并前合并后都是带着自旋的，合并后自旋更大。

[0043] 优选的，所述粉末均分模块4为带内流道的一进多出结构，粉末均分模块4的出口数量与熔覆头喷嘴上的喷粉孔数量对应，实现粉末的均匀分流。此外，还可以通过调整粉末均分模块4的内流道结构形式来适配不同规格的熔覆头，具有普适性。

[0044] 本实施例中，流量控制模块1和送粉模块2为两组，实际工作时可选择任一智能化单筒送粉器工作，另一智能化单筒送粉器待命；或者两个智能化单筒送粉器同时工作。基于该工作模式本发明的粉末供应系统可轻松完成粉末无缝添加、粉末在线式混合、粉末变比
例混合等工作。

[0045] 采用上述用于激光熔覆的在线式粉末供应系统进行粉末供应的方法，包括粉末无缝添加、粉末在线式混合、粉末变比例混合中的至少一种；

[0046] 所述粉末无缝添加：当一个智能化单筒送粉器工作时，若工作的储粉筒内粉量较少需要进行加粉，传统操作方法是暂停当前打印工作，操作人员打开储粉筒进行加粉，完毕后再继续进行打印工作。而本发明的改进之处在于，操作人员在工作的储粉筒(记作筒A)内粉末即将耗尽的时候，可直接向任一待命的储粉筒(记作筒B)中加粉(若系统有三个及以上
数量的智能化单筒送粉器时，会有多个待命的储粉筒，操作人员任选其一即可)，加粉完毕后执行供粉切换操作，供粉切换模块会在时间T内匀速减小筒A的转速Va及筒A的供应流量
La，同时等差额的在时间T内均匀的增加筒B的转速Vb及筒B的供应流量Lb，直到筒A完全停
止工作的同时，筒B完成粉末供应的接管，整个切换过程Va+Vb始终保持恒定，同样的La+Lb也始终保持恒定，从而实现粉末的无缝添加。

[0047] 所述粉末在线式混合：当有混粉需求时，可在主料筒(记作筒A)中加入打印基体粉末，在辅料筒(记作筒B)中加入添加粉末，开始加工后筒A、B以工艺所需的混合比例进行旋转供料，筒A、B送出的金属粉末同时进入粉末混合模块3，在螺旋式内流道的作用下两股粉末流充分旋转、混合，从而实现比例精准的粉末在线式混合。

[0048] 所述粉末变比例混合：当需要变比例粉末混合，只需要通过调整工作储粉筒的供料转速曲线即可实现任意配比的粉末在线式混合。

[0049] 原本需要不断预混粉、不断换粉的试验组现在可一次性轻松完成，同时这种连续供应模式也能更好的保证试验不受其它变量的干扰，极大的缩短了工艺人员对于新工艺探
索所需要耗费的时间，大大提高了设备使用效率。

[0050] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同
替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范
围。