具有粉料回收功能的循环供料设备
阅读说明：本技术 具有粉料回收功能的循环供料设备 (circulation feeding equipment with powder recovery function ) 是由 江姣龙 廖彬 黄华锋 樊子均 于 2019-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有粉料回收功能的循环供料设备,该设备包括空气粉料分离装置、落粉装置、打印运动装置和铺粉装置；所述脉冲反吹件置于空气粉料分离装置内,所述空气粉料分离装置位于落粉装置上方,所述落粉装置和铺粉装置由上至下依次位于打印运动装置上方,且所述打印运动装置下方设置有多余粉料收集装置；所述多余粉料收集装置下方设置有用于储存粉料及收集多余粉料的储料斗；所述储料斗内的粉料及空气通过第一风管吸入空气粉料分离装置,并通过分离后在空气粉料分离装置的容器底部集中粉料；该粉料通过卸料落入落粉装置的容料槽内。(The invention discloses a circulating feeding device with a powder recovery function, which comprises an air powder separating device, a powder falling device, a printing moving device and a powder spreading device, wherein the air powder separating device is connected with the powder falling device; the pulse back-blowing piece is arranged in the air powder separating device, the air powder separating device is positioned above the powder falling device, the powder falling device and the powder spreading device are sequentially positioned above the printing moving device from top to bottom, and the redundant powder collecting device is arranged below the printing moving device; a storage hopper for storing powder and collecting redundant powder is arranged below the redundant powder collecting device; powder and air in the storage hopper are sucked into the air powder separation device through the first air pipe, and the powder is concentrated at the bottom of a container of the air powder separation device after being separated; the powder falls into a material containing groove of a powder falling device through discharging.)
技术领域
本发明涉及3D打印供粉技术领域，尤其涉及一种具有粉料回收功能的循环供料设备。
背景技术
3DP(3D Print)是目前3D打印中已商品化的快速成形方法。其工作方法是：首先在工作台上均匀铺上一层很薄的粉末，打印喷头在计算机控制下按照零件分层图案粘结，从而使粉末粘结成截面形状，一层完成后工作台下降一个层厚，铺粉机构在上一层再铺上一层粉末，再根据这层对应图案喷粘结将粉末粘结。这个过程重复进行直到制造出整个三维模型。全部粘结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理后便获得需要的零件。3DP可以使用多种粉末材料，如金属粉末，石膏粉末，陶瓷材料，高分子材料以及它们的复合粉末等。
目前传统3DP工艺3d打印通常采用单独的粉末供料装置和单独的预料回收装置。特别对于大幅面缸体，粉末回收一般都是在缸体的四面增加额外的装置，这样结构复杂，且多余粉末还需要额外的处理装置，粉末容易扬尘，污染环境，且有些不能及时使用的话，粉末品质会降低甚至彻底废弃。这些问题都急需解决。
本发明为了解决这些问题，设计了一种循环供料装置，可以做到自动循环供料，粉料回收能及时再次使用，减少被污染的机会，减少浪费。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种自动化程度高、经济可靠及供料可循行高的具有粉料回收功能的循环供料设备。
为实现上述目的，本发明提供一种具有粉料回收功能的循环供料设备，包括空气粉料分离装置、落粉装置、打印运动装置和铺粉装置；所述脉冲反吹件置于空气粉料分离装置内，所述空气粉料分离装置位于落粉装置上方，所述落粉装置和铺粉装置由上至下依次位于打印运动装置上方，且所述打印运动装置下方设置有多余粉料收集装置；所述多余粉料收集装置下方设置有用于储存粉料及收集多余粉料的储料斗；所述储料斗内的粉料及空气通过第一风管吸入空气粉料分离装置，并通过分离后在空气粉料分离装置的容器底部集中粉料；该粉料通过卸料落入落粉装置的容料槽内；容量槽内的粉料通过导料板落入铺粉装置；所述铺粉装置运动后在粉床上铺平粉料，多余的粉料落入多余粉料回收装置进行回收，且打印运动装置按照铺粉层对应切片喷粘结剂，将预定区域粉末粘结固化。
其中，该设备还包括用于吹落粘附在空气粉料分离装置内滤芯上的粉料的脉冲反吹件；且所述脉冲反吹件安装在空气粉料分离装置的侧边且与空气粉料分离装置内侧相通。
其中，所述空气粉料分离装置包括主体上圆柱和与其固定连接且位于其下方的主体下圆锥，所述主体下圆锥设置有卸料阀，且所述滤芯设置在该主体上圆柱的内腔内，所述脉冲反吹件设置在主体上圆柱的外壁上，所述主体上圆柱还设置有沿着其内壁切向设置的进风口，且该主体上圆柱的顶端还设置有第一出风口。
其中，该设备还包括风机，所述空气粉料分离装置通过第二风管与风机的进风口相通，且所述风机上还设置有第二出风口；所述风机旋转，第二风管产生真空负压，所述主体上圆柱及主体下圆锥内产生真空负压，卸料阀关闭；从而第一风管产生真空负压将储料斗里的粉末连同空气通过第一风管一起吸入粉末分离装置内；受主体上圆柱内壁的限制和气体综合作用，向下做螺旋运动，一部分粉尘颗粒被抛向主体上圆柱内壁，与空气分离；另外一部从风机进风口进入，通过风机，最终从出风口排出；粉料在主体下圆锥内底部聚集，到达定量时，风机停止工作，卸料阀打开，物料落入落粉装置；且脉冲反吹件朝滤芯内壁吹气，在气流的震动下，粘附在滤芯上的少部分粉尘分离，从而不会聚集最终堵塞滤芯。
其中，该设备还包括置于打印运动装置下方的垂直运动装置，所述垂直运动装置包括缸体、置于缸体内的第一丝杆、位于第一丝杆上方的第一活塞和与第一丝杆驱动连接的第一电机；所述活塞的四周设置有用于防止粉末从活塞与缸体内壁之间的间隙漏下的密封毛毡；在所述第一电机的驱动下，活塞沿着缸体进行上下运动。
其中，所述多余粉料收集装置包括位于打印运动装置与缸体之间的围合板，所述围合板沿着缸体的四周分布，且围合板的尺寸大于缸体的尺寸，且在围合板内壁与缸体之间设置有呈斜面分布的斜面密封板，且所述围合板的底部设置有与储料斗相通的出料口；当缸体内的粉料从四周落下时，沿着斜面密封板汇集到底部，且通过底部的出料口进入储料斗内。
其中，所述铺粉装置包括粉床上的铺粉槽、驱动铺粉槽在粉床的纵向位置前后运动的铺粉驱动机构；所述铺粉槽内设置有让粉料均匀落下的落料斜面，且所述铺粉槽的底部设置有用于保证粉末铺平的铺粉刮刀；所述铺粉驱动机构包括铺粉电机、设置在粉床两侧的铺粉导轨，所述铺粉槽的两末端固定有底部安装在铺粉导轨上的滑块，所述铺粉电机通过铺粉丝杆与滑块驱动连接，所述滑块带动铺粉槽在铺粉导轨上进行前后运动。
其中，所述打印运动装置还包括设置在粉床的横向位置的横梁、安装在横梁上的打印喷头和驱动打印喷头在横梁上进行横向前后移动的打印驱动机构；所述打印驱动机构与打印喷头驱动连接。
其中，所述落粉装置包括储料机构、落料机构和落料驱动机构，所述储料机构固定安装在落料机构上方，所述落料机构与落料驱动机构驱动连接；所述落料机构包括落料筒和安装在落料筒内且与落料驱动机构驱动连接的落料辊，所述落料辊外表面均匀固定有多条呈轴向分布的扇叶，落料辊位于相邻两条扇叶之间的外表面区域与每相邻的两条扇叶三者之间形成一落料辊旋转时起拨料作用的容料槽；
所述落料辊安装在落料筒内后，每条扇叶与落料筒内壁之间形成落料间隙；所述落料筒的上侧开有一与储料机构相通的且呈条状的入料口，所述落料筒的下侧开设有一也呈条状的出料口；所述落料辊静止不动时，该出料口的最低点A点高于落料筒内壁的最低点B，所述落料间隙最大可为2mm；
落料辊静止不动时，储料机构内的物料在重力的作用下充满落料辊内形成的容料槽后，再沿着落料间隙继续下落；在落料筒内壁的最低点B填满后，该落料辊与落料筒之间形成自我密封，由于出料口的最低点A高于落料筒内壁的最低点B，物料不会流到出料口的最低点A，落料机构不会漏料；
当需要卸料时，落料驱动机构驱动落料辊进行旋转，旋转后扇叶将落料筒内壁的最低点B处的物料带至出料口的最低点A处并进行卸料；出料口的最低点A处出来的物料在重力作用下，沿着导料板导料到铺粉槽的位置。
其中，该落粉装置还包括一与出料口形状大小相适配的导料管，所述导料管的一端套接在落料筒内，且所述导料管的另一端延伸出落料筒外后向下折弯并形成引料部；所述导料板位于引料部下方；所述导料板的后端向导料管的方向折弯后形成可防止物料向后飞溅的挡板；且导料板的两末端均设置有挂耳，所述挂耳通过活动件连接在引料部上，可通过挂耳调整导料板与引料部之间的夹角来改变物料的出料位置。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的具有粉料回收功能的循环供料设备，具有如下优势：
1)多余粉料收集装置下方设置储料斗；该储料斗将存储物料和收集物料二合一功能，简化了结构，降低了成本；
2)在该设备上设置有多余粉料收集装置，且该装置带有斜面密封板，每层铺粉后的多余粉末可以沿着斜面密封板汇集到底部从出料口最终落入储料斗，改善了传统分离式多余物料回收装置的结构复杂，成本高的问题；且当活塞垂直往上运动时，缸体里的粉末溢出，可以连续沿着多余粉料收集装置内壁汇集到储料斗，从而解决了大量的粉末清理收集的难题；
3)本结构中设计有空气粉料分离装置，通过该分离装置，使得在负压吸料和正压吹料时，气体粉末分离，避免大量的空气和粉末一起导致粉末肯定无法积聚而漫天飞舞；另外，脉冲反吹件的设计，脉冲反吹件朝滤芯内壁吹气，在气流的震动下，粘附在滤芯上的少部分粉尘分离，从而不会聚集最终堵塞滤；
4)传统的供料装置，由于没有做循环供料设计，其单次落粉铺粉的量需要精确控制，从而避免余料过多，回收装置溢出，本发明是循环供料，落粉铺粉的冗余量可以比较大，从而简化了精确计量装置，降低了成本。
5)本发明自动化程度高，粉末运动的过程闭环控制，保证了打印的稳定性。
附图说明
图1为本发明的具有粉料回收功能的循环供料设备的结构图；
图2为本发明中空气粉料分离装置的结构图；
图3为图2的剖视图；
图4为本发明中空气粉料分离装置的结构图；
图5为本发明落粉装置的结构图；
图6为图4的主视图；
图7为图6的C-C向剖视图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1，本发明提供的具有粉料回收功能的循环供料设备，包括空气粉料分离装置1、落粉装置2、打印运动装置3和铺粉装置4；所述空气粉料分离装置位于落粉装置上方，所述落粉装置和铺粉装置由上至下依次位于打印运动装置上方，且所述打印运动装置下方设置有多余粉料收集装置5；所述多余粉料收集装置下方设置有用于储存粉料及收集多余粉料的储料斗6；储料斗的下方设置有手动卸料阀61；所述储料斗内的粉料及空气通过第一风管7 吸入空气粉料分离装置，并通过分离后在空气粉料分离装置的容器底部集中粉料；该粉料通过卸料落入落粉装置的容料槽内；容量槽内的粉料通过导料板落入铺粉装置4；所述铺粉装置运动后在粉床上铺平粉料，多余的粉料落入多余粉料回收装置进行回收，且打印运动装置按照铺粉层对应切片喷粘结剂，将预定区域粉末粘结固化。
在本实施例中，该设备还包括用于吹落粘附在空气粉料分离装置内滤芯上的粉料的脉冲反吹件8；且所述脉冲反吹件安装在空气粉料分离装置的侧边且与空气粉料分离装置内侧相通。
请参阅图2-3，所述空气粉料分离装置1包括主体上圆柱11和与其固定连接且位于其下方的主体下圆锥12，所述主体下圆锥设置有卸料阀13，且所述滤芯14设置在该主体上圆柱的内腔内，所述脉冲反吹件设置在主体上圆柱的外壁上，所述主体上圆柱还设置有沿着其内壁切向设置的进风口15，且该主体上圆柱的顶端还设置有第一出风口16。
在本实施例中，该设备还包括风机9，所述空气粉料分离装置通过第二风管10与风机的进风口92相通，且所述风机上还设置有第二出风口91；所述风机旋转，第二风管产生真空负压，所述主体上圆柱及主体下圆锥内产生真空负压，卸料阀关闭；从而第一风管产生真空负压将储料斗里的粉末连同空气通过第一风管一起吸入粉末分离装置内；受主体上圆柱内壁的限制和气体综合作用，向下做螺旋运动，一部分粉尘颗粒被抛向主体上圆柱内壁，与空气分离；另外一部从风机进风口进入，通过风机，最终从出风口排出；粉料在主体下圆锥内底部聚集，到达定量时，风机停止工作，卸料阀打开，物料落入落粉装置；且脉冲反吹件朝滤芯内壁吹气，在气流的震动下，粘附在滤芯上的少部分粉尘分离，从而不会聚集最终堵塞滤芯。
在本实施例中，该设备还包括置于打印运动装置下方的垂直运动装置0，所述垂直运动装置包括缸体01、置于缸体内的第一丝杆02、位于第一丝杆上方的第一活塞03和与第一丝杆驱动连接的第一电机；所述活塞的四周设置有用于防止粉末从活塞与缸体内壁之间的间隙漏下的密封毛毡(图未示意)；在所述第一电机的驱动下，活塞沿着缸体进行上下运动。
在本实施例中，所述多余粉料收集装置5包括位于打印运动装置与缸体01 之间的围合板51，所述围合板沿着缸体的四周分布，且围合板的尺寸大于缸体的尺寸，且在围合板内壁与缸体之间设置有呈斜面分布的斜面密封板52，且所述围合板的底部设置有与储料斗相通的出料口；当缸体内的粉料从四周落下时，沿着斜面密封板汇集到底部，且通过底部的出料口进入储料斗内。
在本实施例中，所述铺粉装置4包括粉床上的铺粉槽41、驱动铺粉槽在粉床的纵向位置前后运动的铺粉驱动机构；所述铺粉槽内设置有让粉料均匀落下的落料斜面42，且所述铺粉槽的底部设置有用于保证粉末铺平的铺粉刮刀 43；所述铺粉驱动机构包括铺粉电机、设置在粉床两侧的铺粉导轨44，所述铺粉槽的两末端固定有底部安装在铺粉导轨上的滑块45，所述铺粉电机通过铺粉丝杆与滑块驱动连接，所述滑块带动铺粉槽在铺粉导轨上进行前后运动。本发明并不局限于铺粉驱动机构的具体结构，该驱动结构是市面上的常规结构，因此没有对其结构进行详细分析。
在本实施例中，所述打印运动装置3还包括设置在粉床的横向位置的横梁 31、安装在横梁上的打印喷头32和驱动打印喷头在横梁上进行横向前后移动的打印驱动机构；所述打印驱动机构与打印喷头驱动连接。这里的打印驱动机构跟上述的铺粉驱动机构的结构是一样的，主要是包括电机、导轨、丝杆等，因此没有再进行详细分析。本发明并不局限于打印驱动机构的具体结构，该驱动结构是市面上的常规结构，因此没有对其结构进行详细分析。
请进一步参阅图4-6，所述落粉装置2包括储料机构21、落料机构22和落料驱动机构23，所述储料机构固定安装在落料机构上方，所述落料机构与落料驱动机构驱动连接；所述落料机构22包括落料筒221和安装在落料筒内且与落料驱动机构驱动连接的落料辊222，所述落料辊外表面均匀固定有多条呈轴向分布的扇叶223，落料辊位于相邻两条扇叶之间的外表面区域与每相邻的两条扇叶三者之间形成落料辊旋转时起拨料作用的该容料槽224；
所述落料辊安装在落料筒内后，每条扇叶与落料筒内壁之间形成落料间隙L；所述落料筒的上侧开有一与储料机构相通的且呈条状的入料口2211，所述落料筒的下侧开设有一也呈条状的出料口2212；所述落料辊静止不动时，该出料口的最低点A点高于落料筒内壁的最低点B，所述落料间隙L最大可为 2mm；
落料辊静止不动时，储料机构内的物料在重力的作用下充满落料辊内形成的容料槽后，再沿着落料间隙继续下落；在落料筒内壁的最低点B填满后，该落料辊与落料筒之间形成自我密封，由于出料口的最低点A高于落料筒内壁的最低点B，物料不会流到出料口的最低点A，落料机构不会漏料；
当需要卸料时，驱动机构驱动落料辊进行旋转，旋转后扇叶将落料筒内壁的最低点B处的物料带至出料口的最低点A处并进行卸料；出料口的最低点A处出来的物料在重力作用下，沿着导料板226导料到需要物料的位置。
在本实施例中，该落粉装置还包括一与出料口形状大小相适配的导料管 225，所述导料管的一端套接在落料筒内，且所述导料管的另一端延伸出落料筒外后向下折弯并形成引料部2251；所述导料板位于引料部下方。所述导料板的后端向导料管的方向折弯后形成可防止物料向后飞溅的挡板2252；且导料板的两末端均设置有可防止物料飞溅的挂耳2241，挂耳还能起到加强导料板结构的作用，所述挂耳通过连接在引料部上，可通过挂耳调整导料板与引料部之间的夹角来改变粉料的出料位置。本结构中导料管是作为固定出料的部分，导料管可直接焊接在落料筒上，也可以通过其他方式固定；导料板是作为活动出料的部分，通过移动挂耳改变导料板与导料管之间的夹角，进而改变出料的位置；而通过挡板的作用不仅加强了导料板的强度，而且可防止物料飞溅。
本发明的储料机构21主要为储料斗。落料驱动机构23可以包括小带轮、通过落料电机安装板安装在小带轮上的电机231和大带轮232，小带轮通过同步带233与大带轮驱动连接后带动落料辊旋转。本案中驱动机构的具体结构并不局限于此，可根据实际需要进行改变。
本发明的具体工作流程为：
1、手动卸料阀61关闭，储料斗里预先装一定量粉末，
2、风机旋转，第二风管产生真空负压，从而空气粉末分离装置容器产生真空负压，其底部卸料阀关闭；
3、从而第一风管产生真空负压，从而将储料斗里的粉末连同空气通过第一风管一起吸入粉末分离装置；
4、此时空气可以通过滤芯，继续沿着第二风管运动，而粉末不能通过滤芯，由于重力和气流复合作用，沿着粉末分离装置容器内壁集中到底部；
5、当底部的粉末集中一定量后，风机停止旋转，粉末分离装置容器内真空消失，容器底部卸料阀在重力作用下打开，容器内粉末在重力作用下通过卸料阀进入落粉装置料斗。
6、此时粉末分离装置滤芯上粘有一定粉末，脉冲反吹装置作用，一定的压缩空气吹向过滤网，从而将粘附的粉末吹落。
7、垂直运动装置在电机带动下，由下往上带动活塞沿着缸体运动到容料槽最下端；
8、然后垂直运动装置在电机带动下，由上往下带动活塞沿着缸体下降一个层厚距离；
9、重复2，3，4，5，6步骤，落粉装置料斗粉末慢慢增多，当集有一定量粉末后，进入落粉供料准备状态。
10、此时铺粉槽位于右边落粉装置下方，进入接料准备状态；打印装置位于图示左边，进入打印准备状态。
11、落粉装置电机旋转，一定量的粉末按照3d打印的需求(通常是一个层厚的粉末)在落粉辊作用下落入铺粉槽；
12、落粉装置上的电机停止，落粉辊停止旋转，落粉停止；
13、铺粉装置上的电机带动下，沿着导轨从右往左运动，在粉床上铺平一层粉末；
14、铺粉装置继续在电机带动下运动超过缸体左边缘，铺粉槽里多余的粉末落入多余粉末回收装置；
15、粉末继续在重力作用下，沿着多余粉末回收装置内壁汇聚到底部出料口；
16、粉末继续在重力作用下从出料口落入储料斗，完成一个供料循环。
17、铺粉装置电机反转，沿着导轨运动到图示右边落粉装置下方，进入下一次接粉状态。
18、同时的，打印运动装置电机启动，沿着导轨由左向右按照对应层的切片喷粘结剂，将预定区域粉末粘结固化；
19、当层打印完成后，打印运动装置电机反转，沿着导轨运动到图示左边进入下一次打印状态；
20、重复9到19步骤，粘结的粉末一层层叠加，从而完成特定产品的打印制造。
相较于现有技术的情况，本发明提供的具有粉料回收功能的循环供料设备，具有如下优势：
1)多余粉料收集装置下方设置储料斗；该储料斗将存储物料和收集物料二合一功能，简化了结构，降低了成本；
2)在该设备上设置有多余粉料收集装置，且该装置带有斜面密封板，每层铺粉后的多余粉末可以沿着斜面密封板汇集到底部从出料口最终落入储料斗，改善了传统分离式多余物料回收装置的结构复杂，成本高的问题；且当活塞垂直往上运动时，缸体里的粉末溢出，可以连续沿着多余粉料收集装置内壁汇集到储料斗，从而解决了大量的粉末清理收集的难题；
3)本结构中设计有空气粉料分离装置，通过该分离装置，使得在负压吸料和正压吹料时，气体粉末分离，避免大量的空气和粉末一起导致粉末肯定无法积聚而漫天飞舞；另外，脉冲反吹件的设计，脉冲反吹件朝滤芯内壁吹气，在气流的震动下，粘附在滤芯上的少部分粉尘分离，从而不会聚集最终堵塞滤；
4)传统的供料装置，由于没有做循环供料设计，其单次落粉铺粉的量需要精确控制，从而避免余料过多，回收装置溢出，本发明是循环供料，落粉铺粉的冗余量可以比较大，从而简化了精确计量装置，降低了成本；
5)在落料辊外表面均匀固定有多条呈轴向分布的扇叶，落料辊位于相邻两条扇叶之间的外表面区域与每相邻的两条扇叶三者之间形成一落料辊旋转时起拨料作用的容料槽；该扇叶可拆卸设计在落料辊上，且采用柔性材料制成，不仅使得容料效果更好，而且可以根据物料材料性能增减数量和折弯角度；
6)落料辊静止不动时，该出料口的最低点A点高于落料筒内壁的最低点 B，该结构的设计，使得出料口的最低点A比落料筒内壁的最低点B位置高，在最低点B处，物料与落料辊的扇片形成密封，当落料辊不转动时，后续的物料不会继续从出料口流出，当落料辊在外部动力作用下转动时，物料持续从出料口流出，从而均匀持续落料；落料辊和落料筒为圆形，易于与料斗盖配合密封，防止物料泄露；落料筒的出料口位置比落料筒的最低处高，防止物料泄露，进而达到无漏料的现象；
7)落料间隙最大可为2mm，目前市面上一般配合间隙都是零点几或者零点零几毫米，行业里为了配合间隙小，需要做很多工作，成本，比如数控切削加工，表面粗糙度控制，尺寸精度控制，形位公差变形控制，已经装配技巧，装配精度，装配工时，装配夹治具等等，而且越精密维护成本越高，越容易失效；最主要的还有一点就是因为粉料都很细，很小间隙都能进去，要么堵死了要么漏粉，因此间隙小带来了很大的不便性；而本设计间隙可以放大到2mm，这基本上不用切削加工，配合简单可靠，不用维护；而且间隙大，磨损就小，最主要的是2mm的间隙设计完全避免了漏粉的设计。
8)本发明自动化程度高，粉末运动的过程闭环控制，保证了打印的稳定性。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。