用于对3D打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置及方法与流程

本发明涉及金属粉末筛分技术领域，更具体的说是涉及一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置及方法。

背景技术：

随着金属3d打印技术(slm、ebsm)增材制造的快速发展，采用该方式制备梯度材料受到广泛科研学者及企事业单位的青睐。通常梯度材料制备完成后其周围及粉末回收装置中异种金属混合金属粉末较多，但混合金属粉末再分离难度较大。

目前通常采用传统磁性分离法和物理筛粉法对混合金属粉末进行分离，但是无法分离同是磁性或非磁性及粒径相近的金属混合金属粉末。

因此，如何提供一种能够对同是磁性或非磁性及粒径相近的金属混合金属粉末进行高精度分离的分离装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置及方法，能够将粒径相近，且同为磁性或非磁性的金属混合金属粉末进行高精度分离。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置，包括：沿着混合金属粉末的降落方向依次布置的进料口、流体力学装置和至少两个集料箱；

所述流体力学装置具有多个纵向排布的出风口；所述出风口用于为经所述进料口流出的混合金属粉末提供恒定的水平推力；

所述进料口和所述集料箱均位于所述流体力学装置的同一侧；

所述进料口的出料端靠近所述流体力学装置的顶部出风口设置；

所述集料箱靠近所述流体力学装置的底部出风口设置，且沿所述水平推力的方向间隔布置，分别用于盛装不同种类的粉末。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明将混合金属粉末通过进料口流出，流体力学装置为混合金属粉末提供的稳定的水平推力，混合金属粉末在做自由落体的过程中同时沿水平方向做加速度运动，由于混合金属粉末从同一高度落下，最后落入同一水平面上，因此其下落的时间相同。又由于异种金属的密度不同，粒径相近，其质量必然不同，因此在相同的水平推力作用下，其水平加速度不同，因此，其水平运动的位移必然不同。本发明能够将不同种类、粒径相近的金属粉末分别落入不同的集料箱内，最终实现了混合金属粉末的高精度分离。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，所述流体力学装置上设置有用于调节风力大小的调节旋钮。本发明可以根据待筛分的混合金属粉末的密度，对风力进行调节，继而调节水平推力，使待筛分的金属粉末在自由落体的过程中水平位移不发生改变，因此，即使筛分不同组分的混合金属粉末时，也无需重新调整集料箱相对于出料口的水平距离。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，还包括底板，所述底板可拆卸地安装在各个集料箱之间，用于盛接未落入所述集料箱中的剩余粉末。本发明通过设置底板，便于清理金属粉末筛分现场，也便于回收未落入集料箱中的金属粉末，节约资源。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，还包括粉末分离箱；所述粉末分离箱内部具有分离腔；所述进料口、所述流体力学装置的出风口和所述集料箱的开口端均与所述分离腔连通。本发明通过设置粉末分离箱，使整个分离装置的一体化程度更高，便于移动。同时，还能够避免粉末飞溅，污染空气。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，所述进料口安装在所述粉末分离箱的顶部，且靠近所述粉末分离箱的一侧设置；所述流体力学装置和所述集料箱均位于所述分离腔中；所述流力力学装置可拆卸地安装在所述粉末分离箱的一侧壁上；所述集料箱可拆卸地安装在所述粉末分离箱的底壁上。

本发明流体力学装置和集料箱与粉末分离箱可拆卸的连接方式，能够便于对流体力学装置进行维修和清洁，也便于对集料箱回收的粉末进行转移。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，所述粉末分离箱的材质为透明材质。本发明通过选择透明材质作为粉末分离箱的材质，既避免了粉末飞溅，还便于观察粉末筛分的全过程。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置中，任意两个所述集料箱之间的间距可调。

本发明通过将集料箱彼此之间的间距设置为可调，在流体力学装置的风力不变的前提下，通过调整集料箱距出料口的水平距离，便能够实现筛分不同组分的混合金属粉末。

本发明还公开一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的方法，适用于一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置，包括以下步骤：

步骤s1、依次调节各个所述集料箱相对于所述进料口的出料端的水平距离；

步骤s2、根据各集料箱的位置关系以及待筛分的混合金属粉末的粒径区间范围，将待筛分的混合金属粉末按照梯度划分为多个子粒径区间；

步骤s3、开启流体力学装置，并调节各出风口的水平推力，使水平推力朝向待筛分的金属粉末的方向；

步骤s4、将各子粒径区间范围的混合金属粉末逐次添加至所述进料口，依次对不同的子粒径区间的混合金属粉末进行分离，使混合金属粉末按照其所含金属粉末的密度大小分别落入指定的所述集料箱中。

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的方法中，步骤s2中的混合金属粉末为两种，其密度分别为ρa和ρb，且ρa＜ρb；各子粒径区间为ai≤ri≤bi，且满足：

优选的，在上述一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的方法中，步骤s3中的水平推力与待筛分的混合金属粉末中的大密度金属粉末的重力成比例关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的装置，包括：沿着混合金属粉末的降落方向依次布置的进料口1、流体力学装置2和至少两个集料箱3；

流体力学装置2具有多个纵向排布的出风口21；出风口21用于为经进料口1流出的混合金属粉末提供恒定的水平推力；

进料口1和集料箱3均位于流体力学装置2的同一侧；

进料口1的出料端靠近流体力学装置2的顶部出风口设置；

集料箱3靠近流体力学装置2的底部出风口设置，且沿水平推力的方向间隔布置，分别用于盛装不同种类的粉末。

本发明将混合金属粉末通过进料口1流出，流体力学装置2为混合金属粉末提供的稳定的水平推力，混合金属粉末在做自由落体的过程中同时沿水平方向做加速度运动，由于混合金属粉末从同一高度落下，最后落入同一水平面上，因此其下落的时间相同。又由于异种金属的密度不同，粒径相近，其质量必然不同，因此在相同的水平推力作用下，其水平加速度不同，因此，其水平运动的位移必然不同。本发明能够将不同种类、粒径相近的金属粉末分别落入不同的集料箱3内，最终实现了混合金属粉末的高精度分离。

在一个实施例中，流体力学装置2上设置有用于调节风力大小的调节旋钮。本发明可以根据待筛分的混合金属粉末的密度，对流体力学装置2的风力进行调节，继而调节水平推力，使待筛分的金属粉末在自由落体的过程中水平位移不发生改变，因此，即使筛分不同组分的混合金属粉末时，也无需重新调整集料箱3相对于出料口1的水平距离。

在另一个实施例中，还包括底板4，底板4可拆卸地安装在各个集料箱3之间，用于盛接未落入集料箱3中的剩余粉末。本发明通过设置底板4，便于清理金属粉末筛分现场，也便于回收未落入集料箱3中的金属粉末，节约资源。

更有利的，还包括粉末分离箱5；粉末分离箱5内部具有分离腔51；进料口1、流体力学装置2的出风口和集料箱3的开口端均与分离腔51连通。本发明通过设置粉末分离箱5，使整个分离装置的一体化程度更高，便于移动。同时，还能够避免粉末飞溅，污染空气。

在其他实施例中，如图2所示，进料口1安装在粉末分离箱5的顶部，且靠近粉末分离箱5的一侧设置；流体力学装置2和集料箱3均位于分离腔51中；流力力学装置2可拆卸地安装在粉末分离箱5的一侧壁上；集料箱3可拆卸地安装在粉末分离箱5的底壁上。本发明流体力学装置2和集料箱3与粉末分离箱5可拆卸的连接方式，能够便于对流体力学装置2进行维修和清洁，也便于对集料箱3回收的粉末进行转移。

更有利的，粉末分离箱5的材质为透明材质。本发明通过选择透明材质作为粉末分离箱的材质，既避免了粉末飞溅，还便于观察粉末筛分的全过程。

更有利的，任意两个集料箱3之间的间距可调。本发明通过将集料箱3彼此之间的间距设置为可调，在流体力学装置2的风力不变的前提下，通过调整集料箱3距出料口的水平距离，便能够实现筛分不同组分的混合金属粉末。

本发明还提供一种用于对3d打印梯度材料后混合金属粉末分离的方法，包括以下步骤：

步骤s1、依次调节各个集料箱3相对于进料口1的出料端的水平距离；

步骤s2、根据各集料箱3的位置关系以及待筛分的混合金属粉末的粒径区间范围，将待筛分的混合金属粉末按照梯度划分为多个子粒径区间；本实施例中混合金属粉末为两种，其密度分别为ρa和ρb，且ρa＜ρb；各子粒径区间为ai≤ri≤bi，且满足：

步骤s3、开启流体力学装置2，并调节各出风口21的水平推力，使水平推力朝向待筛分的金属粉末的方向；水平推力始终与待筛分的混合金属粉末中的大密度金属粉末的重力成比例关系；

步骤s4、将各子粒径区间范围的混合金属粉末逐次添加至进料口1，依次对不同的子粒径区间的混合金属粉末进行分离，使混合金属粉末按照其所含金属粉末的密度大小分别落入指定的集料箱3中。

下面针对上述分离方法和分离装置对混合金属粉末的分离原理进行详细说明：

假设混合金属粉末为两种，分别为金属粉末a和金属粉末b，流体力学装置2提供的水平推力为f，设进料口1的出料端距两个集料箱2的垂直距离均为h，水平距离分别为h1和h2。

金属粉末a和金属粉末b的的质量ma和mb分别如式1所示：

其中：ρa、ρb和va、vb分别为金属粉末a和金属粉末b的密度和体积，且ρa小于ρb，式1可变形为式2所示；

金属混合金属粉末分离水平位移h1、h2如式3所示：

设每次筛粉粒径范围为a≤r≤b，则满足h2≥h1即可实现分离，现针对两种金属粉末，仅需金属粉末a的最大形态质量小于金属粉末b的最小形态质量，表达式如式4所示：

每次使气体水平方向推力f始终与金属粉末b的重力成比例关系，使b金属粉末全部落在距离进料口水平距离为h1的集料箱3中；

f＝n·mbgn为常数。

现对混合金属粉末的分离过程进行举例说明：

假设待分离的两种金属粉末a和金属粉末b分别为alsi10mg与316l不锈钢；其中，alsi10mg密度：ρa＝0.00271g/mm³，316l不锈钢密度：ρb＝0.0078g/mm³；混合金属粉末的粒径范围为15～53μm(0.015～0.053mm)。

即每次筛粉时将子粒径区间范围设定为

设定h＝30mm，即h2＝30mm。

若粒径区间混合金属粉末a/b趋近0.7030时，h1和h2相差较小，可能导致分离精度低；若a/b趋近1时其需多次分离才可实现最总完全分离。

现假定a/b＝0.83，则分离梯度即可设定：45～53μm；40～46μm；34～41μm；29～35μm；25～29μm；22～25μm；19～23μm；16～20μm；15～17μm。

按照上述各梯度进行分离，分离9次即可实现完全分离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。