本發(fā)明涉及粉體、顆粒的灌裝設(shè)備，更具體地說(shuō)，涉及一種粉體、顆粒材料的微量給料器。

背景技術(shù)：

全球制造業(yè)正致力于通過(guò)不斷開(kāi)發(fā)和引入基于各類材料的新型產(chǎn)品來(lái)滿足社會(huì)對(duì)物質(zhì)生活品質(zhì)的不斷升級(jí)。其中，粉體與顆粒材料作為原材料大量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)藥、化工、生物材料、食品、冶金、陶瓷等。然而在本技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)粉體與顆粒材料相關(guān)的操作技術(shù)與工藝遠(yuǎn)不如流體技術(shù)那么成熟，這是由不同材料顆粒流動(dòng)行為的復(fù)雜性造成的。在高成本原材料行業(yè)中控制粉體與顆粒材料在運(yùn)輸、分配、給料環(huán)節(jié)的浪費(fèi)和提高精確度和操作效率是整個(gè)行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。在以粉體顆粒為原材料的3D打印技術(shù)中，傳統(tǒng)方法需要在粉床上逐層將材料選擇性成型，這中間將大量浪費(fèi)原材料。這并不適用原材料成本高的行業(yè)。為了在研發(fā)與生產(chǎn)中將粉體材料的浪費(fèi)控制到最小化以降低整個(gè)過(guò)程的成本，依需粉體沉積打印可以控制粉體在打印平面內(nèi)的沉積量與沉積路徑，在此基礎(chǔ)上逐層成型。應(yīng)用該技術(shù)需要對(duì)粉體精確地控制粉體的出料速率。

目前，針對(duì)粉體與顆粒材料的給料控制常見(jiàn)的是采用氣動(dòng)技術(shù)和體積法。專利US4350049在1982年介紹了將氣動(dòng)技術(shù)與體積法結(jié)合的顆粒運(yùn)輸與分配給料方法。其中粉體的定量由預(yù)先設(shè)計(jì)好的體積定量槽完成，精確度受粉體顆粒堆積密度的實(shí)時(shí)變化所影響；如需更改分配物料量需要重新設(shè)計(jì)更換定量設(shè)備，這無(wú)疑增大了時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。另外，該設(shè)備設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，對(duì)粉體流動(dòng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較高要求，否則很容易出現(xiàn)粉體堵塞，導(dǎo)致低劑量輸出或過(guò)程停滯。

根據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，由振動(dòng)激勵(lì)并控制的粉體給料技術(shù)對(duì)粉體運(yùn)送并微量化分配給料的操作工藝提供了新的方法以借鑒。使用毛細(xì)管或微型漏斗實(shí)現(xiàn)微量運(yùn)送和分配給料的過(guò)程中，對(duì)粉體流動(dòng)通道施加由脈沖信號(hào)控制的振動(dòng)有助于破壞高粘度粉體的結(jié)塊和拱橋效應(yīng)，引發(fā)粉體自由流動(dòng)。

專利GB2472817公開(kāi)了如圖1a、1b、1c三種不同結(jié)構(gòu)的輸送管，并給出了相應(yīng)參數(shù)：上部垂直部分的內(nèi)徑D(不計(jì)管壁厚度)在水平方向上最小為5毫米；出口孔徑d在水平方向上最大為200微米至3毫米，優(yōu)選地，最大為2毫米，最佳地，最大為1毫米；下部錐體斜面與垂直方向的角度α在5度到45度。

但是，由于上述專利及公開(kāi)文獻(xiàn)對(duì)于粉體與顆粒材料給料控制技術(shù)僅處于一個(gè)初級(jí)的研究階段，其公開(kāi)的設(shè)計(jì)參數(shù)也僅是一個(gè)大概、寬泛的范圍，僅適于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，且未能夠進(jìn)一步深入的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種粉體、顆粒材料的微量給料器，基于振動(dòng)激勵(lì)控制的自動(dòng)給料原理，能夠應(yīng)用于粉體與顆粒材料微量給料，特別適用于流動(dòng)性不佳的顆粒及高粘度粉末，通過(guò)微量化給料操作實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)選擇性沉積，如基于依需粉體沉積的3D打印。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

該粉體、顆粒材料的微量給料器，包括物料儲(chǔ)給料管、機(jī)械振動(dòng)源，物料儲(chǔ)給料管包括漏斗形入口流道、圓直管形流道和圓錐形出口流道，漏斗形入口流道下端連通于圓直管形流道上端，且漏斗形入口流道下端內(nèi)徑與圓直管形流道內(nèi)徑相同，圓直管形流道下端連通于圓錐形出口流道上端，且圓錐形出口流道上端內(nèi)徑與圓直管形流道內(nèi)徑相同且大于圓錐形出口流道下端的出口內(nèi)徑，所述的漏斗形入口流道上端的入口內(nèi)徑設(shè)計(jì)為15～45毫米，半錐角設(shè)計(jì)為10～15°；圓直管形流道內(nèi)徑設(shè)計(jì)為10～30毫米；圓錐形出口流道下端的出口內(nèi)徑設(shè)計(jì)為1～10毫米，半錐角設(shè)計(jì)為6～20°；圓直管形流道和圓錐形出口流道的總高度大于圓直管形流道高度20毫米以上，所述的機(jī)械振動(dòng)源安裝于圓錐形出口流道上。

所述的圓直管形流道下端與圓錐形出口流道上端連通處的內(nèi)壁表面為連續(xù)的一弧面。

所述的弧面的曲率半徑大于1.5倍的圓直管形流道內(nèi)徑。

所述的物料儲(chǔ)給料管采用質(zhì)量輕、低振動(dòng)阻尼的材質(zhì)制作。

所述的物料儲(chǔ)給料管采用硼硅玻璃制作。

所述的機(jī)械振動(dòng)源通過(guò)振動(dòng)源固定部件固設(shè)于圓錐形出口流道的外壁上，振動(dòng)源固定部件包括固定套及機(jī)械振動(dòng)源固定夾，固定套由分別與圓直管形流道、圓錐形出口流道相匹配的圓直管形套和圓錐形套連接構(gòu)成，并套設(shè)于圓直管形流道、圓錐形出口流道上，機(jī)械振動(dòng)源固定夾具有三個(gè)，呈間隔120°的圓周排列連接在圓錐形套的外壁上。

所述的機(jī)械振動(dòng)源為振動(dòng)馬達(dá)，數(shù)量與機(jī)械振動(dòng)源固定夾具相同，并分別安裝在機(jī)械振動(dòng)源固定夾具上。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的粉體、顆粒材料的微量給料器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、優(yōu)化了整個(gè)物料儲(chǔ)給料管中的關(guān)鍵參數(shù)及具體的參數(shù)范圍，能夠廣泛適用于每秒數(shù)十毫克到每秒數(shù)十克，由直徑為數(shù)十微米到若干毫米顆粒組成的物料給料，特別適用于依需定量與精確控制的粉料分配與平面內(nèi)選擇性沉積。

2、有助于在復(fù)雜的粉體材料操作環(huán)節(jié)提高粉料用量精度，減少浪費(fèi)。

3、提出了對(duì)流道材質(zhì)的選用要求，從而使得流道對(duì)振動(dòng)傳播效率高；透明材質(zhì)的硼硅玻璃流道可以方便通過(guò)表面體積刻度讀取流道內(nèi)的粉料余量。

附圖說(shuō)明

圖1a～圖1c分別是現(xiàn)有技術(shù)的三種輸送管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的粉體、顆粒材料的微量給料器的分解示意圖；

圖3是本發(fā)明的物料儲(chǔ)給料管與振動(dòng)源固定部件的組裝示意圖；

圖4是本發(fā)明的物料儲(chǔ)給料管的剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明的粉體、顆粒材料的微量給料器如圖2～圖4所示，主要包括物料儲(chǔ)給料管1、機(jī)械振動(dòng)源2，物料儲(chǔ)給料管1包括從上至下依次連接的漏斗形入口流道11、圓直管形流道12和圓錐形出口流道13，漏斗形入口流道11下端連通于圓直管形流道12上端，且漏斗形入口流道11下端內(nèi)徑與圓直管形流道12內(nèi)徑相同，圓直管形流道12下端連通于圓錐形出口流道13上端，且圓錐形出口流道13上端內(nèi)徑與圓直管形流道12內(nèi)徑相同且大于圓錐形出口流道13下端的出口內(nèi)徑，本發(fā)明通過(guò)深入的研究以及多次反復(fù)計(jì)算、試驗(yàn)獲得，所述的漏斗形入口流道11上端的入口內(nèi)徑D’設(shè)計(jì)為15～45毫米，半錐角α’設(shè)計(jì)為10～15°；圓直管形流道12內(nèi)徑D設(shè)計(jì)為10～30毫米；圓錐形出口流道13下端的出口內(nèi)徑D_o設(shè)計(jì)為1～10毫米，半錐角α設(shè)計(jì)為6～20°；圓直管形流道12和圓錐形出口流道13的總高度H大于圓直管形流道12高度h二十毫米以上，可有效適用于顆粒粒徑在10微米到3毫米范圍內(nèi)的細(xì)粉、粉末、顆粒材料的運(yùn)輸與給料。所述的機(jī)械振動(dòng)源2通過(guò)振動(dòng)源固定部件3固設(shè)于圓錐形出口流道13的外壁上。

作為一個(gè)實(shí)施例，所述的圓直管形流道12下端與圓錐形流道2上端連通處的內(nèi)壁表面設(shè)計(jì)為連續(xù)的一弧面，該弧面的曲率半徑R越大，粉體流動(dòng)阻力越小，質(zhì)量流動(dòng)越穩(wěn)定，因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定，將該弧面的曲率半徑R設(shè)計(jì)為大于1.5倍的圓直管形流道12內(nèi)徑D。通過(guò)上述弧面過(guò)渡，能夠避免物料在此處的聚集現(xiàn)象，保證物料的流速的均一性，有助于精確給料控制。

所述灌裝流道物料儲(chǔ)給料管1的材質(zhì)選用需遵循以下幾點(diǎn)：質(zhì)量輕、低振動(dòng)阻尼。

作為一個(gè)實(shí)施例，所述的物料儲(chǔ)給料管1可采用硼硅玻璃等材質(zhì)制作。

作為一個(gè)實(shí)施例，所述的物料儲(chǔ)給料管1采用硼硅玻璃制作時(shí)，物料儲(chǔ)給料管1外表面設(shè)有如精度為1毫升的體積刻度。

所述的振動(dòng)源固定部件3包括固定套及機(jī)械振動(dòng)源固定夾31，固定套由分別與圓直管形流道12、圓錐形出口流道13相匹配的圓直管形套32和圓錐形套33連接構(gòu)成，并套設(shè)于圓直管形流道12、圓錐形出口流道13上，而機(jī)械振動(dòng)源固定夾31具有三個(gè)，呈間隔120°的圓周排列連接在圓錐形套33的外壁上。所述的機(jī)械振動(dòng)源2可采用振動(dòng)馬達(dá)，數(shù)量與機(jī)械振動(dòng)源固定夾31具相同，并分別安裝在機(jī)械振動(dòng)源固定夾31具上，通過(guò)螺栓夾緊固定，通過(guò)控制振動(dòng)馬達(dá)的振動(dòng)和停止，以實(shí)現(xiàn)控制灌裝噴頭的灌裝(物料落下)和停灌。

綜上所述，采用本發(fā)明的粉體、顆粒材料的微量給料器與專利GB2472817所公開(kāi)的輸送管相比，具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、進(jìn)一步的深入研究，改進(jìn)了流道設(shè)計(jì)，增加了圓直管形流道12與圓錐形流道的內(nèi)徑、高度、半錐角，連通處弧面的半徑等參數(shù)，使得整個(gè)流道結(jié)構(gòu)參數(shù)更為優(yōu)化，并通過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)和計(jì)算，重新設(shè)計(jì)了各參數(shù)更為具體、合適的數(shù)值范圍，能夠廣泛適用于每秒數(shù)十毫克到每秒數(shù)十克，由直徑為數(shù)十微米到若干毫米顆粒組成的物料給料，特別適用于依需定量與精確控制的粉料分配與平面內(nèi)選擇性沉積，如基于依需粉體沉積的3D打印。

2、有助于在復(fù)雜的粉體材料操作環(huán)節(jié)提高粉料用量精度，減少浪費(fèi)。

3、提出了對(duì)流道材質(zhì)的選用要求，從而使得流道對(duì)振動(dòng)傳播效率高，并使得流道能夠更有利于微量灌裝的精確、有效控制，透明材質(zhì)的硼硅玻璃流道可以方便通過(guò)表面體積刻度讀取流道內(nèi)的粉料余量。

4、可在玻璃流道外表面標(biāo)記有相應(yīng)的體積刻度，方便讀取流道內(nèi)的粉料余量。

5、設(shè)計(jì)了一種三個(gè)機(jī)械振動(dòng)源2與物料儲(chǔ)給料管1的組裝結(jié)構(gòu)，使微量灌裝設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。