一种不同温度下对粉体流动性进行测量的装置及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种不同温度下对粉体流动性进行测量的装置及其方法，本发明中漏斗固定在透明箱体的顶部，透明箱体顶部靠近温度传感器的位置处各安装有一个电加热器，粉体搅拌器与电机I相连，漏斗下方设置有一块挡板，挡板与电机II相连，电加热器、温度传感器、电机I、电机II分别与微控器相连。测量方法为：向漏斗注入一定体积V的粉体，通过微控器设置温度并启动电加热器和粉体搅拌器；当粉体的温度与设置的温度相同或者相差3℃内时，挡板移开，粉体流出，电子计时器开始计时；记录时间T和粉体的直径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。本发明结构简单、成本低、操作简便，可以在不同温度下测出粉体流动性的表征参数。
【专利说明】一种不同温度下对粉体流动性进行测量的装置及测量方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及粉体测量领域，具体涉及一种不同温度下对粉体流动性进行测量的装置及其方法。

【背景技术】
[0002]3D打印又称增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。近年来，该行业得到飞速发展。常见的3D打印技术方法主要包括光固化(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)、熔丝制造(FFF)以及电子书熔化成型(EBM)等，所打印材料包括树脂、金属、陶瓷以及钛合金等。以选择性激光烧结为例，在零件成型过程中，粉末材料需要经过送粉机构和铺粉机构的协调运动来完成。工作时，成形缸逐层下降，两边的送粉缸上升进给供粉，然后铺粉辊铺平粉末；铺粉辊在支架带动平移的同时且自转，使得铺粉分层更加精密；铺好的粉末通过选择性烧结而形成平面图形，通过层与层之间的烧结形成一个三维实体。此过程中粉体是否被铺平以及铺平质量与粉体的流动性有很大关系，也间接影响了 3D打印产品的质量。
[0003]影响粉体流动性的因素很多，这些因素使得粉体的流动性变得难以预测。Prescott表明粉体的流动性是物料的物性与处理或存储物料的设备共同影响的结果。而表征粉体流动性的方法有休止角法、流出速度法、Hausner指数法、Carr流动性指数法、剪切法等。其中，对于休止角法和流出速度法，最早用于表示粉体的流动性，由于其测试过程简单，快速，常作为表征流动性的参数。休止角越小，颗粒间摩擦力越小，表示粉体的流动性越好。流出时间法是一种较为直观的方法，它是通过测量一定条件下粉体的流动速率或流出时间来表征粉体的流动性。流出速度越大，粉体流动性越好。
[0004]现有的测量粉体流动性的装置都是在室温或者一个稳定的温度下进行测量，并未对不同温度粉体的流动性进行测定。比如，在选择性激光烧结过程中，对于不同粉体材料，比如工程塑料粉末、金属材料粉末、陶瓷粉末等，由于各种粉末材料熔点不相同，使得相应的激光烧结温度就会不同，从而造成装置内的环境温度就会不同。然而，现有公开技术资料或文献并未考虑温度对粉体流动性的影响，也无相应装置来测量不同温度下粉体的流动性情况。


【发明内容】

[0005]针对现有技术存在的上述技术问题，本发明是提供一种结构简单、操作简便、能对不同温度下粉体的流动性进行测量的装置，及使用该装置进行测量的方法。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案是:包括漏斗、挡板，以及电加热器、温度传感器、微控器、粉体搅拌器、电机1、电机I1、带刻度的圆盘、透明箱体、玻璃盒，侧壁安装有一个粉体搅拌器和两个温度传感器的漏斗固定在透明箱体的顶部，所述透明箱体的顶部有一个可向漏斗中注入粉体的孔，所述透明箱体顶部靠近温度传感器的位置处各安装有一个电加热器，所述粉体搅拌器与电机I相连，所述漏斗下方设置有一块挡板，所述挡板与电机II相连，所述透明箱体底部与漏斗相对的位置设置有一个带刻度的圆盘，所述电加热器、温度传感器、电机1、电机II分别与微控器相连，所述透明箱体底部放置有玻璃盒所述可向漏斗中注入粉体的孔有一个配套的孔塞，使所述漏斗及透明箱体呈相对密闭状态，测量数据更可靠。
[0007]一种使用上述装置对不同温度下粉体流动性进行测量的方法，具体步骤如下:
[0008](I)从透明箱体顶部的孔向漏斗注入一定体积V的粉体，注入完毕后，通过微控器设置要达到的温度C，启动电加热器，同时通过电机I带动粉体搅拌器开始搅拌；
[0009](2)当温度传感器检测到粉体的温度与微控器设置的温度C相同或者两温度之差不超过3°C时，电机I和电加热器停止工作，并通过电机II移开挡板，同时电子计时器开始计时；当粉体全部流出时，电子计时器计时停止、挡板复位；
[0010](3)读取电子计时器上的时间T和带刻度的圆盘上粉体的直径D，并测量粉体的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出当前温度C下休止角Θ和流出速度V。
[0011]本发明结构简单、成本低、操作简便，可以在不同温度下测出粉体流动性的表征参数，为研宄选择性激光烧结过程中温度对铺粉效果的研宄奠定实验基础。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1为本发明装置的剖视图；
[0013]图2为本发明装置操作面板的结构示意图。
[0014]图中，1-透明箱体，2-转动臂，3-电加热器，4-温度传感器，5-粉体搅拌器，6_挡板，7-电机I，8-孔塞，9-漏斗，10-漏斗支架，11-带刻度的圆盘，12-玻璃盒，13-圆盘支撑架，14-电机支撑架，15-电机II，16-电机启动关闭键I，17-电机启动关闭键II，18-电加热器启动按键，19-电子计时器，20-微控器，21-数字输入键，22-温度显示屏

【具体实施方式】
[0015]下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0016]本发明的结构如图1所不，透明箱体I是一个一面为两扇对开门、其它五面为耐高温石英玻璃形成的密闭箱体，两面门可以打开，方便取出粉体。取出孔塞8，将一定量的粉体通过孔注入到漏斗9中，其中漏斗9和带刻度的圆盘11(直径为D)按国家标准设计(参照GB 11986-89)，且在漏斗9下方设置一个挡板6，用来控制粉体流出。漏斗9由漏斗支架10固定，带刻度的圆盘11由支撑架13支撑。
[0017]透明箱体I上面的两边分别设置一个电加热器3，用来改变粉体温度，在漏斗9两侧放置两个温度传感器4，用来测量不同位置的粉体温度；搅拌器5与电机I 7相连，挡板6与电机II 15相连，且电机17放置在已固定箱体内，电机II 15用电机支撑架14支撑；电机I 7、电机II 15、温度传感器4、电加热器3分别通过微控器20的接口相连接，其中电加热器4与微控器20上的电加热器启动闭合接口 18相连接，两温度传感器4与微控器20上温度显示屏22的接口相连接，透明箱体底部放置有玻璃盒12，用来回收从带刻度的圆盘周围溢出的粉体。
[0018]所要求的指定温度由微控器20上的数字输入键21输入。两温度传感器反馈到温度显示屏22的温度都达到指定温度时或相差在3°C以内时，通过微控器20上的电机启动闭合按键II 17启动电机II 15，并通过转动臂2移开挡板6，挡板6移开后，电机II 15自动停止转动，粉体开始自重流动，同时电子计时器19开始工作。当粉体全部流完，按下电机开关闭合按键II 17，挡板关闭，计时停止；打开装置，读取电子计时器上的时间T和带刻度的圆盘上粉体的直径D，并用测量工具测量粉体的高度H，即可通过公式tan Θ =2H/D和v= V/T算出当前温度下休止角Θ和流出速度V。实验过程中，若粉体从带刻度的圆盘周围溢出，则采用玻璃盒12进行回收。
[0019]下面对使用本发明进行粉体流动性测量的具体步骤进行具体介绍。
[0020](I)将实验测量装置准备就续，打开孔塞8，将粉体从孔向漏斗8注入一定体积V的粉体，注入完毕后，用孔塞塞好，通过微控器20上的数字输入键21输入要达到的温度C，然后通过电加热器按键18启动电加热器3，同时通过电机启动关闭键I 16，启动电机I，开始搅拌；
[0021](2)当两温度显示屏22显示的温度同时达到指定温度或者两温度之差不超过3°C时，电机I和电加热器自动停止工作，通过电机启动关闭键II 17控制电机II移开挡板6和并启动电子计时器19，计时开始。当粉体全部流出，按电机启动关闭键II 17，关闭挡板6和停止计时；
[0022](3)读取电子计时器上的时间T和带刻度的圆盘上粉体的直径D，并测量粉体的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出当前温度C下休止角Θ和流出速度V。
[0023]根据以上步骤，设定不同的温度，就可以测量不同温度下的粉体的流动性能。
【权利要求】
1.一种不同温度下对粉体流动性进行测量的装置，包括漏斗、挡板，其特征在于，还包括电加热器、温度传感器、微控器、粉体搅拌器、电机1、电机I1、带刻度的圆盘、透明箱体、玻璃盒，侧壁安装有一个粉体搅拌器和两个温度传感器的漏斗固定在透明箱体的顶部，所述透明箱体的顶部有一个可向漏斗中注入粉体的孔，所述透明箱体顶部靠近温度传感器的位置处各安装有一个电加热器，所述粉体搅拌器与电机I相连，所述漏斗下方设置有一块挡板，所述挡板与电机II相连，所述透明箱体底部与漏斗相对的位置设置有一个带刻度的圆盘，所述电加热器、温度传感器、电机1、电机II分别与微控器相连，所述透明箱体底部放置有玻璃盒。
2.一种如权利要求1所述的不同温度下对粉体流动性进行测量的装置，其特征在于，所述可向漏斗中注入粉体的孔有一个配套的孔塞。
3.一种使用如权利要求1所述的装置对不同温度下粉体流动性进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)从透明箱体顶部的孔向漏斗注入一定体积V的粉体，注入完毕后，通过微控器设置要达到的温度C，启动电加热器，同时通过电机I带动粉体搅拌器开始搅拌； (2)当温度传感器检测到粉体的温度与微控器设置的温度C相同或者两温度之差不超过:TC时，电机I和电加热器停止工作，并通过电机II移开挡板，同时电子计时器开始计时；当粉体全部流出时，电子计时器计时停止、挡板复位； (3)读取电子计时器上的时间T和带刻度的圆盘上粉体的直径D，并测量粉体的高度H，利用公式tan Θ =2H/D和v = V/T算出当前温度C下休止角Θ和流出速度V。
【文档编号】G01N11/06GK104483236SQ201410843433
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】姜胜强, 谭磁安, 谭援强, 高伟, 阳恩勇 申请人:湘潭大学