一種不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置及其方法，本發(fā)明中漏斗固定在透明箱體的頂部，透明箱體頂部靠近溫度傳感器的位置處各安裝有一個(gè)電加熱器，粉體攪拌器與電機(jī)I相連，漏斗下方設(shè)置有一塊擋板，擋板與電機(jī)II相連，電加熱器、溫度傳感器、電機(jī)I、電機(jī)II分別與微控器相連。測(cè)量方法為：向漏斗注入一定體積V的粉體，通過(guò)微控器設(shè)置溫度并啟動(dòng)電加熱器和粉體攪拌器；當(dāng)粉體的溫度與設(shè)置的溫度相同或者相差3℃內(nèi)時(shí)，擋板移開(kāi)，粉體流出，電子計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；記錄時(shí)間T和粉體的直徑D和高度H，利用公式tanθ＝2H/D和ν＝V/T算出休止角θ和流出速度ν。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便，可以在不同溫度下測(cè)出粉體流動(dòng)性的表征參數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置及測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉體測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印又稱增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。近年來(lái)，該行業(yè)得到飛速發(fā)展。常見(jiàn)的3D打印技術(shù)方法主要包括光固化(SLA)、分層實(shí)體制造(LOM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融沉積成型(FDM)、熔絲制造(FFF)以及電子書(shū)熔化成型(EBM)等，所打印材料包括樹(shù)脂、金屬、陶瓷以及鈦合金等。以選擇性激光燒結(jié)為例，在零件成型過(guò)程中，粉末材料需要經(jīng)過(guò)送粉機(jī)構(gòu)和鋪粉機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。工作時(shí)，成形缸逐層下降，兩邊的送粉缸上升進(jìn)給供粉，然后鋪粉輥鋪平粉末；鋪粉輥在支架帶動(dòng)平移的同時(shí)且自轉(zhuǎn)，使得鋪粉分層更加精密；鋪好的粉末通過(guò)選擇性燒結(jié)而形成平面圖形，通過(guò)層與層之間的燒結(jié)形成一個(gè)三維實(shí)體。此過(guò)程中粉體是否被鋪平以及鋪平質(zhì)量與粉體的流動(dòng)性有很大關(guān)系，也間接影響了 3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0003]影響粉體流動(dòng)性的因素很多，這些因素使得粉體的流動(dòng)性變得難以預(yù)測(cè)。Prescott表明粉體的流動(dòng)性是物料的物性與處理或存儲(chǔ)物料的設(shè)備共同影響的結(jié)果。而表征粉體流動(dòng)性的方法有休止角法、流出速度法、Hausner指數(shù)法、Carr流動(dòng)性指數(shù)法、剪切法等。其中，對(duì)于休止角法和流出速度法，最早用于表示粉體的流動(dòng)性，由于其測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單，快速，常作為表征流動(dòng)性的參數(shù)。休止角越小，顆粒間摩擦力越小，表示粉體的流動(dòng)性越好。流出時(shí)間法是一種較為直觀的方法，它是通過(guò)測(cè)量一定條件下粉體的流動(dòng)速率或流出時(shí)間來(lái)表征粉體的流動(dòng)性。流出速度越大，粉體流動(dòng)性越好。
[0004]現(xiàn)有的測(cè)量粉體流動(dòng)性的裝置都是在室溫或者一個(gè)穩(wěn)定的溫度下進(jìn)行測(cè)量，并未對(duì)不同溫度粉體的流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)定。比如，在選擇性激光燒結(jié)過(guò)程中，對(duì)于不同粉體材料，比如工程塑料粉末、金屬材料粉末、陶瓷粉末等，由于各種粉末材料熔點(diǎn)不相同，使得相應(yīng)的激光燒結(jié)溫度就會(huì)不同，從而造成裝置內(nèi)的環(huán)境溫度就會(huì)不同。然而，現(xiàn)有公開(kāi)技術(shù)資料或文獻(xiàn)并未考慮溫度對(duì)粉體流動(dòng)性的影響，也無(wú)相應(yīng)裝置來(lái)測(cè)量不同溫度下粉體的流動(dòng)性情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、能對(duì)不同溫度下粉體的流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置，及使用該裝置進(jìn)行測(cè)量的方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:包括漏斗、擋板，以及電加熱器、溫度傳感器、微控器、粉體攪拌器、電機(jī)1、電機(jī)I1、帶刻度的圓盤(pán)、透明箱體、玻璃盒，側(cè)壁安裝有一個(gè)粉體攪拌器和兩個(gè)溫度傳感器的漏斗固定在透明箱體的頂部，所述透明箱體的頂部有一個(gè)可向漏斗中注入粉體的孔，所述透明箱體頂部靠近溫度傳感器的位置處各安裝有一個(gè)電加熱器，所述粉體攪拌器與電機(jī)I相連，所述漏斗下方設(shè)置有一塊擋板，所述擋板與電機(jī)II相連，所述透明箱體底部與漏斗相對(duì)的位置設(shè)置有一個(gè)帶刻度的圓盤(pán)，所述電加熱器、溫度傳感器、電機(jī)1、電機(jī)II分別與微控器相連，所述透明箱體底部放置有玻璃盒所述可向漏斗中注入粉體的孔有一個(gè)配套的孔塞，使所述漏斗及透明箱體呈相對(duì)密閉狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)更可靠。
[0007]一種使用上述裝置對(duì)不同溫度下粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的方法，具體步驟如下:
[0008](I)從透明箱體頂部的孔向漏斗注入一定體積V的粉體，注入完畢后，通過(guò)微控器設(shè)置要達(dá)到的溫度C，啟動(dòng)電加熱器，同時(shí)通過(guò)電機(jī)I帶動(dòng)粉體攪拌器開(kāi)始攪拌；
[0009](2)當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到粉體的溫度與微控器設(shè)置的溫度C相同或者兩溫度之差不超過(guò)3°C時(shí)，電機(jī)I和電加熱器停止工作，并通過(guò)電機(jī)II移開(kāi)擋板，同時(shí)電子計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)粉體全部流出時(shí)，電子計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)停止、擋板復(fù)位；
[0010](3)讀取電子計(jì)時(shí)器上的時(shí)間T和帶刻度的圓盤(pán)上粉體的直徑D，并測(cè)量粉體的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出當(dāng)前溫度C下休止角Θ和流出速度V。
[0011]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便，可以在不同溫度下測(cè)出粉體流動(dòng)性的表征參數(shù)，為研宄選擇性激光燒結(jié)過(guò)程中溫度對(duì)鋪粉效果的研宄奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明裝置的剖視圖；
[0013]圖2為本發(fā)明裝置操作面板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，1-透明箱體，2-轉(zhuǎn)動(dòng)臂，3-電加熱器，4-溫度傳感器，5-粉體攪拌器，6_擋板，7-電機(jī)I，8-孔塞，9-漏斗，10-漏斗支架，11-帶刻度的圓盤(pán)，12-玻璃盒，13-圓盤(pán)支撐架，14-電機(jī)支撐架，15-電機(jī)II，16-電機(jī)啟動(dòng)關(guān)閉鍵I，17-電機(jī)啟動(dòng)關(guān)閉鍵II，18-電加熱器啟動(dòng)按鍵，19-電子計(jì)時(shí)器，20-微控器，21-數(shù)字輸入鍵，22-溫度顯示屏

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過(guò)具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所不，透明箱體I是一個(gè)一面為兩扇對(duì)開(kāi)門(mén)、其它五面為耐高溫石英玻璃形成的密閉箱體，兩面門(mén)可以打開(kāi)，方便取出粉體。取出孔塞8，將一定量的粉體通過(guò)孔注入到漏斗9中，其中漏斗9和帶刻度的圓盤(pán)11(直徑為D)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)(參照GB 11986-89)，且在漏斗9下方設(shè)置一個(gè)擋板6，用來(lái)控制粉體流出。漏斗9由漏斗支架10固定，帶刻度的圓盤(pán)11由支撐架13支撐。
[0017]透明箱體I上面的兩邊分別設(shè)置一個(gè)電加熱器3，用來(lái)改變粉體溫度，在漏斗9兩側(cè)放置兩個(gè)溫度傳感器4，用來(lái)測(cè)量不同位置的粉體溫度；攪拌器5與電機(jī)I 7相連，擋板6與電機(jī)II 15相連，且電機(jī)17放置在已固定箱體內(nèi)，電機(jī)II 15用電機(jī)支撐架14支撐；電機(jī)I 7、電機(jī)II 15、溫度傳感器4、電加熱器3分別通過(guò)微控器20的接口相連接，其中電加熱器4與微控器20上的電加熱器啟動(dòng)閉合接口 18相連接，兩溫度傳感器4與微控器20上溫度顯示屏22的接口相連接，透明箱體底部放置有玻璃盒12，用來(lái)回收從帶刻度的圓盤(pán)周圍溢出的粉體。
[0018]所要求的指定溫度由微控器20上的數(shù)字輸入鍵21輸入。兩溫度傳感器反饋到溫度顯示屏22的溫度都達(dá)到指定溫度時(shí)或相差在3°C以內(nèi)時(shí)，通過(guò)微控器20上的電機(jī)啟動(dòng)閉合按鍵II 17啟動(dòng)電機(jī)II 15，并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)臂2移開(kāi)擋板6，擋板6移開(kāi)后，電機(jī)II 15自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，粉體開(kāi)始自重流動(dòng)，同時(shí)電子計(jì)時(shí)器19開(kāi)始工作。當(dāng)粉體全部流完，按下電機(jī)開(kāi)關(guān)閉合按鍵II 17，擋板關(guān)閉，計(jì)時(shí)停止；打開(kāi)裝置，讀取電子計(jì)時(shí)器上的時(shí)間T和帶刻度的圓盤(pán)上粉體的直徑D，并用測(cè)量工具測(cè)量粉體的高度H，即可通過(guò)公式tan Θ =2H/D和v= V/T算出當(dāng)前溫度下休止角Θ和流出速度V。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若粉體從帶刻度的圓盤(pán)周圍溢出，則采用玻璃盒12進(jìn)行回收。
[0019]下面對(duì)使用本發(fā)明進(jìn)行粉體流動(dòng)性測(cè)量的具體步驟進(jìn)行具體介紹。
[0020](I)將實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置準(zhǔn)備就續(xù)，打開(kāi)孔塞8，將粉體從孔向漏斗8注入一定體積V的粉體，注入完畢后，用孔塞塞好，通過(guò)微控器20上的數(shù)字輸入鍵21輸入要達(dá)到的溫度C，然后通過(guò)電加熱器按鍵18啟動(dòng)電加熱器3，同時(shí)通過(guò)電機(jī)啟動(dòng)關(guān)閉鍵I 16，啟動(dòng)電機(jī)I，開(kāi)始攪拌；
[0021](2)當(dāng)兩溫度顯示屏22顯示的溫度同時(shí)達(dá)到指定溫度或者兩溫度之差不超過(guò)3°C時(shí)，電機(jī)I和電加熱器自動(dòng)停止工作，通過(guò)電機(jī)啟動(dòng)關(guān)閉鍵II 17控制電機(jī)II移開(kāi)擋板6和并啟動(dòng)電子計(jì)時(shí)器19，計(jì)時(shí)開(kāi)始。當(dāng)粉體全部流出，按電機(jī)啟動(dòng)關(guān)閉鍵II 17，關(guān)閉擋板6和停止計(jì)時(shí)；
[0022](3)讀取電子計(jì)時(shí)器上的時(shí)間T和帶刻度的圓盤(pán)上粉體的直徑D，并測(cè)量粉體的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出當(dāng)前溫度C下休止角Θ和流出速度V。
[0023]根據(jù)以上步驟，設(shè)定不同的溫度，就可以測(cè)量不同溫度下的粉體的流動(dòng)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置，包括漏斗、擋板，其特征在于，還包括電加熱器、溫度傳感器、微控器、粉體攪拌器、電機(jī)1、電機(jī)I1、帶刻度的圓盤(pán)、透明箱體、玻璃盒，側(cè)壁安裝有一個(gè)粉體攪拌器和兩個(gè)溫度傳感器的漏斗固定在透明箱體的頂部，所述透明箱體的頂部有一個(gè)可向漏斗中注入粉體的孔，所述透明箱體頂部靠近溫度傳感器的位置處各安裝有一個(gè)電加熱器，所述粉體攪拌器與電機(jī)I相連，所述漏斗下方設(shè)置有一塊擋板，所述擋板與電機(jī)II相連，所述透明箱體底部與漏斗相對(duì)的位置設(shè)置有一個(gè)帶刻度的圓盤(pán)，所述電加熱器、溫度傳感器、電機(jī)1、電機(jī)II分別與微控器相連，所述透明箱體底部放置有玻璃盒。
2.一種如權(quán)利要求1所述的不同溫度下對(duì)粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的裝置，其特征在于，所述可向漏斗中注入粉體的孔有一個(gè)配套的孔塞。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述的裝置對(duì)不同溫度下粉體流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)從透明箱體頂部的孔向漏斗注入一定體積V的粉體，注入完畢后，通過(guò)微控器設(shè)置要達(dá)到的溫度C，啟動(dòng)電加熱器，同時(shí)通過(guò)電機(jī)I帶動(dòng)粉體攪拌器開(kāi)始攪拌； (2)當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到粉體的溫度與微控器設(shè)置的溫度C相同或者兩溫度之差不超過(guò):TC時(shí)，電機(jī)I和電加熱器停止工作，并通過(guò)電機(jī)II移開(kāi)擋板，同時(shí)電子計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)粉體全部流出時(shí)，電子計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)停止、擋板復(fù)位； (3)讀取電子計(jì)時(shí)器上的時(shí)間T和帶刻度的圓盤(pán)上粉體的直徑D，并測(cè)量粉體的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出當(dāng)前溫度C下休止角Θ和流出速度V。
【文檔編號(hào)】G01N11/06GK104483236SQ201410843433
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng), 譚磁安, 譚援強(qiáng), 高偉, 陽(yáng)恩勇 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)