本發(fā)明涉及粉體、顆粒的灌裝設(shè)備，更具體地說，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)正致力于通過不斷開發(fā)和引入基于各類材料的新型產(chǎn)品來滿足社會對物質(zhì)生活品質(zhì)的不斷升級。其中，粉體與顆粒材料作為原材料大量應用于各個領(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，對粉體與顆粒材料相關(guān)的操作技術(shù)與工藝遠不如流體技術(shù)那么成熟，這是由不同材料顆粒流動行為的復雜性造成的。在高成本原材料行業(yè)中控制粉體與顆粒材料在運輸、分配、給料環(huán)節(jié)的浪費和提高精確度和操作效率是整個行業(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控制到最小化以降低整個過程的成本，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。應用該技術(shù)需要對粉體精確地控制粉體的出料速率。

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

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

專利GB2472817公開了如圖1a、1b、1c三種不同結(jié)構(gòu)的輸送管，并給出了相應參數(shù)：上部垂直部分的內(nèi)徑D(不計管壁厚度)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文獻對于粉體與顆粒材料給料控制技術(shù)僅處于一個初級的研究階段，其公開的設(shè)計參數(shù)也僅是一個大概、寬泛的范圍，僅適于實驗室試驗，且未能夠進一步深入的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種粉體、顆粒材料的微量給料器，基于振動激勵控制的自動給料原理，能夠應用于粉體與顆粒材料微量給料，特別適用于流動性不佳的顆粒及高粘度粉末，通過微量化給料操作實現(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，包括物料儲給料管、機械振動源，物料儲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)計為15～45毫米，半錐角設(shè)計為10～15°；圓直管形流道內(nèi)徑設(shè)計為10～30毫米；圓錐形出口流道下端的出口內(nèi)徑設(shè)計為1～10毫米，半錐角設(shè)計為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，所述的機械振動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。

所述的物料儲給料管采用質(zhì)量輕、低振動阻尼的材質(zhì)制作。

所述的物料儲給料管采用硼硅玻璃制作。

所述的機械振動源通過振動源固定部件固設(shè)于圓錐形出口流道的外壁上，振動源固定部件包括固定套及機械振動源固定夾，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，機械振動源固定夾具有三個，呈間隔120°的圓周排列連接在圓錐形套的外壁上。

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

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優(yōu)點：

1、優(yōu)化了整個物料儲給料管中的關(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、有助于在復雜的粉體材料操作環(huán)節(jié)提高粉料用量精度，減少浪費。

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

附圖說明

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)明的物料儲給料管與振動源固定部件的組裝示意圖；

圖4是本發(fā)明的物料儲給料管的剖視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(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，主要包括物料儲給料管1、機械振動源2，物料儲給料管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)明通過深入的研究以及多次反復計算、試驗獲得，所述的漏斗形入口流道11上端的入口內(nèi)徑D’設(shè)計為15～45毫米，半錐角α’設(shè)計為10～15°；圓直管形流道12內(nèi)徑D設(shè)計為10～30毫米；圓錐形出口流道13下端的出口內(nèi)徑D_o設(shè)計為1～10毫米，半錐角α設(shè)計為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)的細粉、粉末、顆粒材料的運輸與給料。所述的機械振動源2通過振動源固定部件3固設(shè)于圓錐形出口流道13的外壁上。

作為一個實施例，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)計為連續(xù)的一弧面，該弧面的曲率半徑R越大，粉體流動阻力越小，質(zhì)量流動越穩(wěn)定，因此通過實驗最終確定，將該弧面的曲率半徑R設(shè)計為大于1.5倍的圓直管形流道12內(nèi)徑D。通過上述弧面過渡，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給料管1的材質(zhì)選用需遵循以下幾點：質(zhì)量輕、低振動阻尼。

作為一個實施例，所述的物料儲給料管1可采用硼硅玻璃等材質(zhì)制作。

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

所述的振動源固定部件3包括固定套及機械振動源固定夾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，而機械振動源固定夾31具有三個，呈間隔120°的圓周排列連接在圓錐形套33的外壁上。所述的機械振動源2可采用振動馬達，數(shù)量與機械振動源固定夾31具相同，并分別安裝在機械振動源固定夾31具上，通過螺栓夾緊固定，通過控制振動馬達的振動和停止，以實現(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所公開的輸送管相比，具有以下多個優(yōu)點：

1、進一步的深入研究，改進了流道設(shè)計，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)，使得整個流道結(jié)構(gòu)參數(shù)更為優(yōu)化，并通過多次反復試驗和計算，重新設(shè)計了各參數(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、有助于在復雜的粉體材料操作環(huán)節(jié)提高粉料用量精度，減少浪費。

3、提出了對流道材質(zhì)的選用要求，從而使得流道對振動傳播效率高，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記有相應的體積刻度，方便讀取流道內(nèi)的粉料余量。

5、設(shè)計了一種三個機械振動源2與物料儲給料管1的組裝結(jié)構(gòu)，使微量灌裝設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實。

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。