Напыляющая головка к устройству для нанесения покрытий из порошковых материалов

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для нанесения покрытий из порошковых материалов и может быть использована в различных системах машиностроения, авиастроения, кораблестроения и других отраслях техники.
Известна распылительная головка для 3D печати [CN 107225753, IPC: B22F-003/115, B28B-001/00, B29C-064/112, B29C-064/209, B29C-064/35, B33Y-030/00, опубликовано 26.07.2017]. Изобретение предлагается применять для нанесения покрытий и создания изделий из полимерного материала. Принцип работы головки следующий: материал наносится на поверхность, но некоторые частицы остаются на стенках распылительной головки. И для очистки данного устройства в него подается специальный раствор, который размягчает прилипший порошок, а затем с помощью вакуума, вода вместе с частицами размягченного порошка удаляется из напыляющей головки.
Известно устройство и способ нанесения на подложку пенопластового покрытия посредством конвергентного распыления [RU 2233712, В05B7/14, опубликовано 20.10.2000]. Устройство для нанесения на подложку покрытия посредством конвергентного распыления, содержит распылительную насадку для направления жидкой смолы к подложке, включающую сопло и распыляющее отверстие, смежное указанному соплу для распыления жидкой смолы и образования конвергентного факела распыла, подвод жидкой смолы, линию для соединения указанного подвода жидкой смолы с указанным соплом, внутренний корпус, наружный корпус, коаксиально расположенный вокруг указанного внутреннего корпуса и ограничивающий с ним кольцевой канал, имеющий выпускной конец, смежный указанному соплу, подвод усиливающего наполнителя и трубопровод, соединяющий указанный подвод усиливающего наполнителя с указанным выпускным концом для введения усиливающего наполнителя в указанную распыленную жидкую смолу, при этом оно содержит подвод пенообразователя, средство для введения указанного пенообразователя в указанную жидкую смолу непосредственно перед выходом из указанного сопла, смесительную камеру для смешивания указанной смолы и указанного пенообразователя перед подачей к указанному соплу, соединенную с указанным средством для введения пенообразователя, расходомеры для дозирования указанной смолы и указанного пенообразователя, связанные с соответствующими контейнерами для хранения данных компонентов, гравитационный питатель для регулирования соотношения указанного усиливающего наполнителя и указанных пенообразователя и смолы, программируемый логический контроллер для управления дозированием и транспортировкой материалов и пневматическое управление подачей распыляющего воздуха, профилирующего воздуха и транспортирующего воздуха.
К недостаткам данных двух устройств можно отнести невозможность повторного использования частиц, которые не закрепились на подложке. В данных установках не предусмотрен предварительный нагрев смеси или поверхности нанесения, что ведет к ухудшению адгезии между наносимым покрытием и подложкой.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является способ нанесения покрытий из порошковых материалов и устройство для его осуществления [RU 2213805, МПК С23С 24/04, B05B 7/14, B05D 1/12, опубликовано 10.10.2003]. Устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов содержит источник сжатого воздуха соединенный газопроводом с узлом подогрева, смесительную камеру соединенную с порошковым дозатором-питателем, снабженным бункером для порошка и средством для его дозирования, вход смесительной камеры соединен с промежуточным соплом, а выход с ускоряющим соплом, при этом оно снабжено эжекторной насадкой и вторым ускоряющим соплом, оба ускоряющих сопла соединены между собой и образуют сопловой блок, в котором выходные сечения сопел расположены в одной плоскости, а эжекторная насадка установлена на выходе соплового блока, каждое ускоряющее сопло снабжено форсункой, размещенной с возможностью кругового вращения в докритической части сопла, при этом форсунка первого ускоряющего сопла соединена газопроводом с выходом смесительной камеры, а форсунка второго ускоряющего сопла соединена через узел подогрева с источником сжатого воздуха.
Недостатками устройства являются сложность его изготовления, высокая громкость работы, повышенная энергоемкость, а также невозможность повторно использовать частицы порошка, которые не закрепились на поверхности.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, являются высокие потери наносимого порошкового материала.
Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что напыляющая головка к устройству для нанесения покрытий из порошковых материалов выполнена в виде двух аксиально расположенных воздуховодов, при этом наружный предназначен для соединения с устройством, создающим в нем давление ниже атмосферного, а внутренний предназначен для соединения с резервуаром, содержащим порошковый расходный материал. К наружному воздуховоду с противоположных торцов присоединены хвостовик и сопло, в хвостовике, с возможностью перемещения вдоль своей оси, аксиально к наружному воздуховоду закреплен внутренний воздуховод, кроме того, к стенке наружного воздуховода присоединен патрубок, проходящий ее насквозь и обеспечивающий сообщение с внутренней полостью внешнего воздуховода. Хвостовик крепится к воздуховоду при помощи разъемного соединения, а сопло при помощи неразъемного. За счет подвижности внутреннего воздуховода, расстояние d между выходными отверстиями наружного и внутреннего воздуховодов может принимать значение до 10 мм. Расстояние между выходным отверстием наружного воздуховода и поверхностью нанесения контролируется с помощью опорных элементов и составляет 1 - 5 мм. Опорные элементы представляют собой кольцо, соединенное с наружным воздуховодом или соплом, а также не менее трех ножек, расположенных перпендикулярно плоскости кольца и соединенных с ним таким образом, чтобы обеспечивалась возможность их движения вдоль своей оси.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в том, что за счет реализованной устройством возможности сбора для повторного использования порошка, не закрепившегося на обрабатываемом изделии, уменьшаются потери наносимых расходных материалов.
Общий вид напыляющей головки в разрезе изображен на фиг. 1, где приняты следующие обозначения: 1 – внутренний воздуховод, соединенный с резервуаром, содержащим порошковый материал; 2 – хвостовик внешнего воздуховода (в дальнейшем – хвостовик); 3 – внешний воздуховод; 4 – сопло внешнего воздуховода (в дальнейшем – сопло); 5 – патрубок для присоединения воздушного фильтра и устройства, создающего разряжение воздуха (вакуумного насоса); 6 – винт для соединения внешнего воздуховода 3 и хвостовика 2; 7 – винт для регулировки длины внутреннего воздуховода 1; 8 – контролирующее кольцо; 9 – винт для фиксации кольца 8 на внешнем воздуховоде 3; 10 – ножки, выполненные в виде шпилек, для фиксации расстояния между поверхностью нанесения и устройством.
Сопло 4 и внешний воздуховод 3 соединены с помощью посадки с натягом. Расстояние по оси между выходными отверстиями наружного 2 и внутреннего 1 воздуховода может быть изменено и принимать значения в диапазоне от 0 до 10 мм. Хвостовик 2 крепится к воздуховоду при помощи разъемного соединения, а сопло 4 при помощи неразъемного.
Устройство выполнено в виде двух аксиально расположенных воздуховодов, при этом наружный предназначен для соединения с устройством, создающим в нем давление ниже атмосферного, а внутренний предназначен для соединения с резервуаром, содержащим порошковый расходный материал.
Материал, применяемый в устройстве, представляет собой монопорошок. В качестве мономатериала используется термопластичный полимер (например, полиамид, полиэтилен, полипропилен и др.). Данный порошок подается в головку уже предварительно нагретый до температуры 50-150°С, в зависимости от материала.
Данную головку также можно применять для нанесения покрытия из металлических (медных, железных, бронзовых и т.д.), керамических, кварцевых порошков, которые наносятся на предварительно подготовленную поверхность. Подготовленная поверхность представляет собой покрытие с клеящим материалом, которым, в том числе, может являться предварительно нанесенный расплавленный термопластичный полимер.
Устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, как показано на фиг. 1, работает следующим образом. Выходное отверстие сопла 4 подводят на расстояние не более 1-5 мм к поверхности нанесения, нагретой выше температуры плавления порошка. Данное расстояние регулируется с помощью ножек 10. Из-за отсоса воздуха через наружный воздуховод, между устройством и поверхностью нанесения возникает зона разряжения. В результате во внутреннем воздуховоде 1 образуется давление ниже атмосферного. Вследствие чего по внутреннему воздуховоду 1 начинает поступать порошковый материал. Попадая на нагретую поверхность, частицы полимера расплавляются, присоединяя силами адгезии порошковый материал к нагретой поверхности. Частицы материала, которые по каким-то причинам не закрепились на нагретой поверхности, захватываются воздушным потоком из окружающей среды и по наружному воздуховоду 3 и патрубку 5, поступают в воздушный фильтр, откуда затем их пересыпают в резервуар с исходным порошковым материалом.
Как только выходное отверстие сопла 4 отодвигается от поверхности нанесения, разряжение перед ним исчезает, и порошковый материал по внутреннему воздуховоду 1 перестает поступать.
Таким образом, изменяя положение головки в трехмерных координатах, можно создавать различные по форме и размерам покрытия.