CN103706791B - 一种提高激光3d打印及表面处理材料利用率的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印及材料加工技术领域，具体涉及一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，其特征在于，在激光焊接时，将工件表面未被利用的粉末实时清理至工件下方的收集盘中，控制器对收集盘中的回粉量作实时检测，并根据回粉量以闭环控制的方式对送粉量进行优化控制，提高粉末材料的利用率。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）对激光3D打印和表面处理加工过程中未被利用的粉末实现有效清理和收集，实现材料的循环再利用；2）通过对送粉量和回粉量的实时监测以及闭环控制，实现对粉末材料利用率的控制和优化。3）在降低生产成本的基础上，提高加工成品的产品质量。4）自动化程度高，有广泛的市场前景。

Description

一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法

技术领域

本发明涉及3D打印及材料加工技术领域，具体涉及一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法。

背景技术

在激光3D打印及表面处理技术中，材料的利用率至关重要，一方面，它是指合格品中包含的材料数量在材料（原材料）总消耗量中所占的比重，即已被利用的材料与实际消耗的材料之比，说明材料被有效利用的程度；另一方面，它也对加工的合格产品质量产生影响，粉末的利用率过低，证明加工过程中送粉量过高，多数材料未熔合，证明加工工艺出现问题，如果不及时调整，就会加工出大量废品。因此，对激光3D打印及再制造技术材料利用率加以控制和提高，不仅可以降低生产成本，还可以对现有加工工艺进行监控和改善，势在必行。

专利号为CN201010276144.1的专利文件公开了一种自动粉末回收装置，它适用于立体成型系统，壳体内部形成密封空间；吹风装置设置于密封空间内，粉末过滤组件设置于壳体内，用以将封闭空间的内部分隔成第一空间及第二空间，其中成型物及吹风装置设置于第二空间中；回收构件设置于第二空间中；吸风装置与第一空间连通，用以使第一空间形成负压状态，将吹风装置对成型物进行清洁时所飞扬的尘埃粉末导入粉末过滤组件中，以过滤尘埃粉末，并将阻隔的粉末回收于回收构件中。

专利号为CN201120089816.8的专利文件公开了一种罐身焊缝喷涂机的粉末回收装置，包括粉末收集箱、过滤机构、真空腔体、吸粉-清通切换机构、真空源和脉冲气源，粉末收集箱的侧面板上设有粉末回收口和粉末输出口；真空腔体设在粉末收集箱的上面板上，真空腔体通过粉末收集箱上的通孔和过滤机构与粉末收集箱连通，吸粉-清通切换机构密封地固定安装在真空腔体的进气孔上，吸粉-清通切换机构位于粉末收集箱通孔的上方；脉冲气源与吸粉-清通切换机构连通。

专利号为CN201020553391.7的专利文件公开了一种喷粉室粉末回收装置，粉末回收室内设有可向两侧打开的翻板机构，翻板机构与粉末回收室两边的侧板形成一抽风狭缝，在粉末回收室底部上连接有一抽风管，抽风管与离心通风机相连接，在抽风管上连接有一分别与粉末回收室和离心通风机连通的旋风粉末回收器。

上述专利文件中虽然都提到相关粉末的回收装置以及方法，但都只是简单的对废弃的粉末加以回收，其粉末的循环控制都是开环的，都无法对生产中如何提高粉末的利用率做出更进一步的说明，无法指导生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，采用闭环控制的方法对粉末材料的循环过程进行实时监控，进而提高激光3D打印及表面处理中粉末材料的利用率。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，在激光焊接时，将工件表面未被利用的粉末实时清理至工件下方的收集盘中，控制器对收集盘中的回粉量作实时检测，并根据回粉量以闭环控制的方式对送粉量进行优化控制，提高粉末材料的利用率，其具体操作步骤如下：

1）跟随激光焊枪的运行轨迹，吹扫装置不断将工件表面未被利用的粉末吹入工件下方的收集盘中，焊接过程中的送粉量由控制器实时记录；

2）粉末由收集盘落入过滤装置中，过滤装置去除粉末中的杂质后进行称重，然后作为回粉送回粉箱中，实现粉末材料的循环使用，回粉称重的参数传输给控制器；

3）控制器对送粉量和回粉量进行比较计算，根据回粉量设定值判断当前送粉量的大小是否合理，并通过PLC控制器对送粉量进行实时调整，使焊接过程的粉末利用率不低于90%。

所述步骤3）中回粉量设定值为0.5～3.0g/min。

所述粉末材料是金属或者是金属与陶瓷的复合物。

所述吹扫装置的动力为氩气、氮气或压缩空气中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）对激光3D打印和表面处理加工过程中未被利用的粉末实现有效清理和收集，实现材料的循环再利用；2）通过对送粉量和回粉量的实时监测以及闭环控制，实现对粉末材料利用率的控制和优化。3）在降低生产成本的基础上，对加工工艺进行监控和改善，提高加工成品的产品质量。4）自动化程度高，操作简便，有广泛的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图。

图中：1-工件 2-惰性气体加工室 3-激光焊枪 4-送粉管 5-吹扫管一 6-挡板7-吹扫管二 8-收集盘 9-过滤装置 10-粉箱 11-控制器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法实施例结构示意图，激光焊枪3位于工件1的上方，送粉管4从激光焊枪3的一侧上粉，吹扫管一5位于激光焊枪3运行轨迹的前方，用于清理工件待焊接表面，挡板6位于与送粉管4相对的激光焊枪的另一侧，用于防止粉末飞溅，吹扫管二7位于激光焊枪3运行轨迹的后方，用于清理焊后工件表面，将未被利用的粉末都吹到工件下方的收集盘8中，收集盘8下方为过滤装置9，粉末经过滤、称量后返回粉箱10中，控制器11对整个过程进行监控。惰性气体加工室2可根据激光3D打印或激光表面处理的工艺要求选择用或不用。

本发明所述的一种提高激光3D表面处理的材料利用率的控制方法，就是在激光焊接时，将工件1表面未被利用的粉末实时清理至工件下方的收集盘8中，控制器11对收集盘8中的回粉量作实时检测，并根据回粉量以闭环控制的方式对送粉量进行优化控制，提高粉末材料的利用率，其具体操作步骤如下：

1）首先按照3D打印工件形状，确定吹扫管一5、挡板6和吹扫管二7的位置和角度，避免和送粉管4以及工件1发生干涉，焊接时，跟随激光焊枪3的运行轨迹，吹扫管一5和吹扫管二7不断将工件表面对未被利用的粉末吹入工件下方的收集盘8中，焊接过程中的送粉量由控制器11实时记录；吹扫管一5和吹扫管二7的动力为氩气、氮气或压缩空气中的任一种；

2）粉末由收集盘8落入过滤装置9中，过滤装置9去除粉末中的杂质后进行称重，然后作为回粉送回粉箱10中，实现粉末材料的循环使用，回粉称重的参数传输给控制器11；

3）控制器11对送粉量和回粉量进行比较计算，根据回粉量的设定值判断当前送粉量的大小是否合理，其中回粉量的设定值范围为0.5～3.0g/min，并通过PLC控制器对送粉量进行实时调整，使焊接过程的粉末利用率不低于90%。

本发明适用的粉末材料是金属或者是金属与陶瓷的复合物。

实施例中，加工者先根据工艺需求，预先设置好一个回粉速率值，控制器根据回粉的重量计算出回粉的速率（单位为g/min），当回粉量大于设定值时，控制器发出减小送粉速率的信号给PLC控制器，减小送粉速率；当回粉量小于设定值时，控制器将增加送粉速率信号给PLC控制器，增加送粉速率，其调节精度为1g/min。当粉箱中粉末不足时，可不停机补充新的粉末材料，加工完成后关闭激光3D打印系统。

Claims (4)

1.一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，其特征在于，在激光焊接时，将工件表面未被利用的粉末实时清理至工件下方的收集盘中，控制器对收集盘中的回粉量作实时检测，并根据回粉量以闭环控制的方式对送粉量进行优化控制，提高粉末材料的利用率，其具体操作步骤如下：

1）跟随激光焊枪的运行轨迹，吹扫装置不断将工件表面未被利用的粉末吹入工件下方的收集盘中，焊接过程中的送粉量由控制器实时记录；

2）粉末由收集盘落入过滤装置中，过滤装置去除粉末中的杂质后进行称重，然后作为回粉送回粉箱中，实现粉末材料的循环使用，回粉称重的参数传输给控制器；

3）控制器对送粉量和回粉量进行比较计算，根据回粉量设定值判断当前送粉量的大小是否合理，并通过PLC控制器对送粉量进行实时调整，使焊接过程的粉末利用率不低于90%。

2.根据权利要求1所述的一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，其特征在于，所述步骤3）中回粉量设定值为0.5～3.0g/min。

3.根据权利要求1所述的一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，其特征在于，所述粉末材料是金属或者是金属与陶瓷的复合物。

4.根据权利要求1所述的一种提高激光3D打印及表面处理材料利用率的控制方法，其特征在于，所述吹扫装置的动力为氩气、氮气或压缩空气中的一种。