一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置及方法

本发明涉及激光增材制造，具体涉及一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置。

背景技术：

0、技术背景

1、激光熔覆送粉筒作为激光同轴送粉增材的材料供给设备，其核心功能是将金属粉末精确、稳定地输送至激光焦点区域，使粉末在高温激光作用下熔化并成型。送粉过程的稳定性和连续性直接决定了熔覆层的几何形貌、组织性能以及整个制造过程的效率。

2、然而，纳米级或不规则粉末由于比表面积大、颗粒间吸附力强，存在固有的流动性差的问题，在送粉过程中极易出现粉末直接在粉筒底部、特别是粉槽入口处发生团聚甚至堵塞问题，严重破坏送粉的稳定性和均匀性。为解决此问题，通常采用外部施加振动或引入流化气流的辅助方法，但这些方法存在结构复杂、干扰粉末输送等问题。

3、因此，需要一种能够从送粉装置内部结构入手，主动、高效地解决低流动性粉末团聚难题，且无需依赖复杂外部设备的解决方案。为此，本专利提出了一种集成于送粉筒内部的螺旋搅拌装置，旨在从根本上保障低流动性金属粉末在激光熔覆过程中的稳定、连续供给。

技术实现思路

1、本发明针对上述背景中存在的问题，设计了一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置。该装置无需外加驱动电机，而是采用送粉盘带动转轴进行驱动，并通过多级搅拌叶对金属粉末进行搅拌，实现粉末连续、稳定的输出。

2、为达到以上效果，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置，包括送粉盘、粉筒、螺旋搅拌装置，其中送粉盘包括边缘用于输送粉末的粉槽和中心环形齿条以及可拆卸的粉末引导片，中心环形齿条与送粉盘一体加工并以同样角速度转动，转动的同时能够驱动螺旋搅拌装置工作，粉末引导片底部一侧有与粉槽同宽的定位台，出粉方向一侧与送粉盘平齐，粉筒包括筒体与连接筒体底部的盖板，盖板后部有一空心凸台，凸台内有供螺旋搅拌装置传动轴工作的腔室，腔室上方有用于传动轴检修与更换的可拆卸观察窗，传动轴由两组转轴组成，分别为转轴一和转轴二，且转轴一和转轴二通过一对相互啮合的齿轮形成传动副，转轴一底部齿轮与环形齿条啮合，转轴二一侧齿轮与螺旋搅拌装置顶部传动齿轮啮合，螺旋搅拌装置包括顶部传动齿轮、结构支撑架、中心旋转轴以及连接在中心旋转轴上不同空间位置的多级搅拌叶，结构支撑架与筒体连接固定，与转轴二配合作用，对螺旋搅拌装置起限位与固定作用，顶部传动齿轮上方与转轴二啮合，下方与中心旋转轴连接，通过三组互相啮合的齿轮副，送粉盘的动力逐级传递至转轴一、转轴二、中心旋转轴，从而带动多级搅拌叶工作，实现对粉末的搅拌，多级搅拌叶直接或通过连杆与中心旋转轴连接，根据其分布位置共分为三级、分别命名为一级搅拌叶、二级搅拌叶、三级搅拌叶，多级搅拌叶工作时为实现螺旋搅拌的效果，其工作面均为弧形结构。

4、优选地，一级搅拌叶共三片，每片一级搅拌叶通过上下两根支撑杆与中心旋转轴相连，每片呈周向均匀间隔120°分布，且其外缘与筒体底部侧边贴合，将边缘粉末推向中心旋转轴方向。

5、优选地，二级搅拌叶共五组，每组含三片沿中心旋转轴径向延伸的弧形叶片，且五组二级搅拌叶在中心旋转轴轴向上依次交错分布，每组间角度相差60°，各组叶片的弧形工作面在空间上相互配合，形成连续向下的螺旋流道。

6、优选地，三级搅拌叶通过六根底部连杆与中心旋转轴连接，每根底部连杆均沿中心旋转轴轴向固定多个三级搅拌叶，且相邻底部连杆上三级搅拌叶在中心旋转轴轴向的投影相互错开，错开距离为搅拌叶间距的0.5倍，三级搅拌叶底部贴近粉末引导片，将粉末抹平至与送粉盘上表面平齐。

7、本发明还提供了一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌方法，包括以下步骤：

8、s1、将低流动性金属粉末装入所述粉筒内；

9、s2、送粉盘旋转，驱动中心环形齿条转动并啮合底部齿轮，随之带动转轴一、转轴二、顶部传动齿轮转动，进而带动螺旋搅拌装置的中心旋转轴及多级搅拌叶旋转；

10、s3、多级搅拌叶在粉筒内形成复合螺旋流场，一级搅拌叶将边缘粉末推向中心，二级搅拌叶将粉末向下搅动并打破团聚，三级搅拌叶将下方粉末抹平并引导至送粉盘的粉槽中；

11、s4、持续旋转的送粉盘将粉槽内松散的粉末稳定、连续地输送至激光熔覆区域。

12、本发明具有如下有益效果：

13、上述方案中，采用与送粉盘一体的环形齿条、转轴一、转轴二和搅拌装置顶部齿轮结构配合，利用环形齿条带动转轴一和转轴二旋转，最终将动力传递到搅拌装置顶部齿轮上，此设计以送粉盘的旋转作为唯一动力来源，完全避免了附加动力机构的引入，显著简化了装置整体结构与控制复杂度。

14、上述方案中，搅拌装置三个等级的搅拌叶结构能够形成由外向内、自上而下的复合螺旋搅拌流场，既能高效解决粉末团聚与堵塞问题，又能将搅散的粉末稳定输送至下方粉槽中。

15、上述方案中，由于送粉盘与搅拌装置之间采用齿轮刚性传动，其差速比为定值，因此无论送粉速度如何变化，三级搅拌叶均能将充分搅拌后的粉末均匀抹平并填入粉槽中，从而保证送粉盘每转动一周落入粉槽中的粉末量恒定，有效避免了因送粉盘提速而导致的粉料供应不足问题。

1.一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置及方法，包括送粉盘、粉筒、螺旋搅拌装置；

2.根据权利要求1所述的激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置，其特征在于：所述一级搅拌叶(304)共三片，每片一级搅拌叶通过上下两根支撑杆(305)与中心旋转轴(303)相连，每片呈周向均匀间隔120°分布，且其外缘与筒体(201)底部侧边贴合，将边缘粉末推向中心旋转轴(303)方向。

3.根据权利要求1所述的激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置，其特征在于：所述二级搅拌叶(306)共五组，每组含三片沿中心旋转轴(303)径向延伸的弧形叶片，且五组二级搅拌叶(306)在中心旋转轴(303)轴向上依次交错分布，每组间角度相差60°，各组叶片的弧形工作面在空间上相互配合，形成连续向下的螺旋流道。

4.根据权利要求1所述的激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置，其特征在于：所述三级搅拌叶(307)通过六根底部连杆(308)与中心旋转轴(303)连接，每根底部连杆(308)均沿中心旋转轴(303)轴向固定多个三级搅拌叶(307)，且相邻底部连杆(308)上三级搅拌叶(307)在中心旋转轴(303)轴向的投影相互错开，错开距离为搅拌叶间距的0.5倍，三级搅拌叶(307)底部贴近粉末引导片(103)，将粉末抹平至与送粉盘(100)上表面平齐。

5.根据权利要求1-4所述的一种用于激光熔覆低流动性金属粉末的粉筒螺旋搅拌装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：