CN105081567A - 用于选择性激光熔化的烟尘处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，包括吹吸烟装置和用于驱动吹吸烟装置随激光扫描单元同步移动至各工位的驱动总成；吹吸烟装置包括架体、用于形成对流气体的气体对流单元和与气体对流单元连通时形成循环的气体循环系统，还包括当吹吸烟装置同步移动到工位时用于气体对流单元与气体循环系统位于工位处管道连接的管道接合单元；吹吸烟装置可跟随激光扫描单元同步运动，不仅实现烟尘的有效处理，而且多工位移动，可实现大型平台烟尘处理全覆盖，并且设置管道接合单元，在吹吸烟装置移动到当前工位时，由控制系统控制管道接合单元将气体对流单元与气体循环系统位于工位处管道连接，实现指定位置的气流输送，自动性能高，使用方便。

Description

用于选择性激光熔化的烟尘处理装置

技术领域

本发明涉及选择性激光熔化中的烟尘处理领域，特别涉及一种用于选择性激光熔化的烟尘处理装置。

背景技术

选择性激光熔化是高功率激光直接作用金属粉末，使其快溶快凝的工艺。高能量激光作用于金属溶池中，由于热动力学的作用激发部分溶液，在空中迅速冷却形成黑色烟尘。该烟尘具有三点不利影响：一是污染成型仓环境，二是在成型仓内会使激光在空中形成漫反射，降低激光作用在粉末上的能量，三是若任其夹杂于制件中，则会降低制件致密度，造成质量下降。对烟尘进行有效处理是该工艺必不可少的环节。小型工作平台的选择性激光熔化设备采用在平台两侧布置对流吹吸烟机构解决该问题，然而，对于大型工作平台却无法通过这样的方式达到目的，因为小气流无法在较长距离的情况下排走烟尘，大气流会将平台上的原材料粉末排走。

因此，需要对现有的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置进行改进，使其不仅具有对流排走烟尘的方式，而且可适用于各种模式大小的工作平台选择性激光熔化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其不仅具有对流排走烟尘的方式，而且可适用于各种模式大小的工作平台选择性激光熔化。

本发明的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，包括吹吸烟装置和用于驱动吹吸烟装置随激光扫描单元同步移动至各工位的驱动总成；

吹吸烟装置包括架体、设置在架体上并用于形成对流气体的气体对流单元和设置在加工平台上并与气体对流单元连通时形成循环的气体循环系统，还包括当吹吸烟装置同步移动到工位时用于气体对流单元与气体循环系统位于工位处管道连接的管道接合单元；

吹吸烟装置还包括用于控制吹吸烟装置同步运动、控制管道接合单元在对应工位工作和控制气体循环系统工作的控制系统。

进一步，气体对流单元包括分列设置在架体横向两侧的吹烟管组和吸烟管组，吹烟管组和吸烟管组均包括连通各自进气口和出气口的变径式气道。

进一步，气体循环系统包括用于与吹烟管组连通的送气管道和用于与吸烟管组连通的抽气管道，送气管道与所述抽气管道成对分设在加工平台两侧并沿铺粉方向设置多组；

气体循环系统还包括过滤器和总回路管道，过滤器设置在总回路管道上，送气管道和抽气管道均与所述总回路管道启闭式连通并切换工作，总回路管道上还设置有在各工位处管道切换连通时打开进行气体缓冲循环的切换夹管阀。

进一步，所述管道接合单元在吹烟管组的进气端和吸烟管组的出气端各设置一个，所述管道接合单元包括接口管、限位管套、内套于限位管套并可相对沿轴向移动的收缩管和设置在限位管套内并用于收缩管回位的回位弹簧，所述限位管套与接口管固定连接，所述收缩管与管道结合端设置有衔铁；

所述送气管道和所述抽气管道与气体对流单元接合端均为电磁铁管道，电磁铁管道上设置有电磁线圈，所述电磁线圈通电时可对衔铁产生驱动力使收缩管与电磁铁管道形成端面结合。

进一步，每一所述电磁铁管道与管道接合单元结合端还设置有线圈压盖，所述线圈压盖上设置有密封垫圈Ⅰ。

进一步，衔铁上与密封垫圈Ⅰ对应设置有密封垫圈Ⅱ。

进一步，驱动总成包括皮带传动机构、可在皮带传动机构驱动下前后移动的壁板和设置在壁板上的挂板，所述皮带传动机构设置在加工平台上，挂板与所述架体固定连接。

进一步，挂板以可上下滑动的的方式设置于壁板，驱动总成还包括挂板驱动组件，所述挂板驱动组件包括驱动电机和丝杠螺母机构。

进一步，控制系统包括：

吹吸烟装置控制单元，用于控制吹吸烟装置跟随激光扫描单元同步运动；

管道循环控制单元，用于控制各工位处送气管道和抽气管道与总回路管道切换连通，并在进行切换时打开切换夹管阀进行气体缓冲循环；

电磁控制单元，用于在气体对流单元移动到对应工位时控制电磁线圈通电及在该工位工作完成后的断电。

进一步，变径式气道并列设置多个，每一变径式气道均为倒置漏斗式结构。

本发明的有益效果：本发明的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，吹吸烟装置采用气体对流排烟方式，同时，吹吸烟装置可跟随激光扫描单元同步运动，不仅实现烟尘的有效处理，而且多工位移动，可实现大型平台烟尘处理全覆盖，并且设置管道接合单元，在吹吸烟装置移动到当前工位时，由控制系统控制管道接合单元将气体对流单元与气体循环系统位于工位处管道连接，实现指定位置的气流输送，自动性能高，使用方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中的气体循环系统原理示意图；

图3为本发明中的挂板驱动组件结构示意图；

图4为本发明中的管道接合单元结构示意图；

图5为本发明中的变径式气道结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明整体结构示意图，图2为本发明中的气体循环系统原理示意图，图3为本发明中的挂板驱动组件结构示意图，图4为本发明中的管道接合单元结构示意图，图5为本发明中的变径式气道结构示意图，如图所示：本实施例的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，包括吹吸烟装置1和用于驱动吹吸烟装置1随激光扫描单元同步移动至各工位的驱动总成2；

吹吸烟装置1包括架体1-1、设置在架体1-1上并用于形成对流气体的气体对流单元1-2和设置在加工平台3上并与气体对流单元1-2连通时形成循环的气体循环系统，还包括当吹吸烟装置1同步移动到工位时用于气体对流单元1-2与气体循环系统位于工位处管道连接的管道接合单元4；

吹吸烟装置1还包括用于控制吹吸烟装置1同步运动、控制管道接合单元4在对应工位工作和控制气体循环系统工作的控制系统。

如图1所示，加工平台3两侧设置有立板3-1，其中，驱动总成2设置在立板3-1上，驱动吹吸烟装置1随同激光扫描单元同步移动，激光扫描单元是指用于对粉末激光烧结的激光装置，属于选择性激光熔化领域的常用装置，在此不再赘述；

本实施例中，气体对流单元1-2包括分列设置在架体1-1横向两侧的吹烟管组1-2-1和吸烟管组1-2-2，吹烟管组1-2-1和吸烟管组1-2-2均包括连通各自进气口1-2-4和出气口1-2-5的变径式气道1-2-3；当然，吸烟管组与吹烟管组的进气口和出气口相反设置，图5中以吹烟管组为例。

本实施例中，气体循环系统包括用于与吹烟管组1-2-1连通的送气管道6和用于与吸烟管组1-2-2连通的抽气管道7，送气管道6与所述抽气管道7成对分设在加工平台3两侧并沿铺粉方向设置多组；

气体循环系统还包括过滤器8和总回路管道9，过滤器8设置在总回路管道9上，送气管道6和抽气管道7均与所述总回路管道9启闭式连通并切换工作，总回路管道9上还设置有在各工位处管道切换连通时打开进行气体缓冲循环的切换夹管阀10；

其中，选择性激光熔化成型仓的加工环境必须处于惰性气体气氛中，因为氧气的存在会使激光扫描金属粉末的快溶快凝过程发生氧化反应，造成制件无法成型，因此，成型仓为气密环境，抽气管道7和送气管道6需要采取气密防护措施，并且，成型仓中的氧含量需要得到有效控制(钛合金加工环境，氧含量≤0.1％)，因此，气密空间应尽可能的小，空间内的气密性应尽可能的好，以减少气体的泄漏和惰性气体的消耗。通过实验证明，将成型仓内的压力设计为高于外界大气压1100Pa时，其气体消耗量较小，且能充分保证较低氧含量的标准；

另外，如图2所示，对每一送气管道6和抽气管道7设置一个夹管阀15，为Y1-Y12，并且设置切换夹管阀Y0，通过Y0-Y12夹管阀控制各个工位的气体流通，加工全过程过滤器8均处于运行状态，其中，每一夹管阀通过压缩空气控制开关，初始状态均为关闭，在“I”工位时，Y1和Y7开通，在”Ⅱ”工位时，Y2和Y8开通，各个工位在进行切换时，需将Y0开通进行气体的缓冲循环；图2中，将过滤器8外接至成型仓外部，以充分缩小成型仓空间，并且，过滤器8采用迂回通道沉淀、粗过滤、精过滤三个过程达到H13(欧洲标准)的过滤等级。

本实施例中，所述管道接合单元4在吹烟管组1-2-1的进气端和吸烟管组1-2-2的出气端各设置一个，所述管道接合单元4包括接口管4-1、限位管套4-2、内套于限位管套4-2并可相对沿轴向移动的收缩管4-3和设置在限位管套4-2内并用于收缩管4-3回位的回位弹簧4-4，所述限位管套4-2与接口管4-1固定连接，所述收缩管4-3与管道结合端设置有衔铁4-5；其中，接口管用于与吸烟管组和吹烟管组连接；

所述送气管道6和所述抽气管道7与气体对流单元接合端均为电磁铁管道9，电磁铁管道上设置有电磁线圈10，所述电磁线圈10通电时可对衔铁4-5产生驱动力使收缩管4-3与电磁铁管道形成端面结合；

即，因为抽气管道7和送气管道6的管道端口的结合应满足快速、紧密、无泄漏的要求，所以本发明设计了如图4的电磁铁结合装置，即管道接合单元4，其中，抽气管道7和送气管道6对应设置六组，每一组分设在加工平台3的两侧，六个电磁铁管道固定于六个不同的工位处，吹吸烟装置1沿X向移动的管道接合单元4到达某个工位时，电磁线圈通电，将衔铁4-5以及收缩管4-3驱动，使得管道接合单元4与抽气管道7和送气管道6的端面结合，当线圈失电时，在回位弹簧4-4的作用下，衔铁4-5复位，端面分离。

本实施例中，每一所述电磁铁管道9与管道接合单元4结合端还设置有线圈压盖11，所述线圈压盖上设置有密封垫圈Ⅰ12；衔铁4-5上与密封垫圈Ⅰ对应设置有密封垫圈Ⅱ13；保证密封性，防止气体泄漏。

本实施例中，驱动总成2包括皮带传动机构、可在皮带传动机构驱动下前后移动的壁板2-1和设置在壁板2-1上的挂板2-2，所述皮带传动机构设置在加工平台3上，挂板2-2与所述架体1-1固定连接；其中，皮带传动机构包括驱动部分、皮带和皮带轮，皮带轮设置在加工平台3的立板3-1上，立板上设置有壁板移动的导轨16，通过驱动部分带动皮带运动，驱动部分为电机或其他驱动装置，壁板2-1上设置有挂臂，挂臂挂靠在皮带上随皮带一同运动。

本实施例中，挂板2-2以可上下滑动的的方式设置于壁板2-1，驱动总成2还包括挂板驱动组件，所述挂板驱动组件包括驱动电机2-3和丝杠螺母机构；其中，挂板驱动组件用于驱动挂板2-2上下移动，本文中上下是指垂直于加工平台3的方向，如图1所示，铺粉装置5需处于平台的上表面，为平台提供层厚30-100μm的粉末，并且需保证粉末铺展均匀、致密、平整，而吹吸烟装置1也必须处于平台上表面，因为扫描过程产生的烟尘只能在较低的平面高度上通过对流气体排出，所以铺粉装置和吹吸烟装置1在X方向(即前文所述前后方向)的移动产生了运动干涉，通过挂板驱动组件的工作，使得吹吸烟装置1在Z向(即上下方向)移动，以实现铺粉装置的让刀(或让位)功能；其中，驱动电机固定设置在壁板2-1上，丝杠螺母机构包括丝杠和螺母滑块，丝杠2-4由驱动电机驱动转动，螺母滑块设置在挂板2-2上，壁板2-1上设置有用于挂板2-2滑动的滑槽。

本实施例中，控制系统包括：

吹吸烟装置1控制单元，用于控制吹吸烟装置1跟随激光扫描单元同步运动；

管道循环控制单元，用于控制各工位处送气管道6和抽气管道7与总回路管道9切换连通，并在进行切换时打开切换夹管阀10进行气体缓冲循环；

电磁控制单元，用于在气体对流单元1-2移动到对应工位时控制电磁线圈通电及在该工位工作完成后的断电。

本实施例中，变径式气道1-2-3并列设置多个，每一变径式气道1-2-3均为倒置漏斗式结构；吹吸烟装置1中采用变径式的气道，实现吹烟管组1-2-1的吹气口的气流均匀，一定压力、流量的气体从进气口进入，为充分保证出气口的气流两均匀，漏斗式的气道使得气体以均匀的流量和流速从出气口排出，以此，使得激光扫描区域的烟尘处理均匀、稳定。

另外，本发明的工作原理及过程为：1、铺粉时，吹吸烟装置1处于图2中的“I”位置，并处于Z向的上极限位置，为铺粉装置通过留出空间；2.气路单元初始时，Y1-Y12均处于关闭状态，过滤器8和Y0开通；3.铺粉完成后，吹吸烟装置1通过挂板驱动组件向下移动至下极限位置，此时管道接合单元4两段对齐，通过控制电磁线圈得电将衔铁4-5吸合；4.Y1和Y7开通后，Y0关闭，此时气体通过吹吸烟装置1循环；激光振镜在工位“I”进行扫描加工，扫描时产生的烟尘将通过吹吸烟装置1中的对流气体进行处理排出；5.完成工位“I”的扫描后，电磁线圈失电，由于回位弹簧4-4的作用，收缩管4-3与电磁铁管道两端分离；6.Y0打开，Y1和Y7关闭；7.吹吸烟装置1移动至下一工位“II”，重复上述“4,5,6”过程；8.完成所有工位的加工后，移动挂板2-2向上移动至上极限位置，铺粉装置进行下一层粉末的铺展。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：包括吹吸烟装置和用于驱动吹吸烟装置随激光扫描单元同步移动至各工位的驱动总成；

所述吹吸烟装置包括架体、设置在架体上并用于形成对流气体的气体对流单元和设置在加工平台上并与气体对流单元连通时形成循环的气体循环系统，还包括当吹吸烟装置同步移动到工位时用于气体对流单元与气体循环系统位于工位处管道连接的管道接合单元；

吹吸烟装置还包括用于控制吹吸烟装置同步运动、控制管道接合单元在对应工位工作和控制气体循环系统工作的控制系统。

2.根据权利要求1所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述气体对流单元包括分列设置在架体横向两侧的吹烟管组和吸烟管组，所述吹烟管组和吸烟管组均包括连通各自进气口和出气口的变径式气道。

3.根据权利要求2所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述气体循环系统包括用于与吹烟管组连通的送气管道和用于与吸烟管组连通的抽气管道，所述送气管道与所述抽气管道成对分设在加工平台两侧并沿铺粉方向设置多组；

气体循环系统还包括过滤器和总回路管道，过滤器设置在总回路管道上，所述送气管道和所述抽气管道均与所述总回路管道启闭式连通并切换工作，所述总回路管道上还设置有在各工位处管道切换连通时打开进行气体缓冲循环的切换夹管阀。

4.根据权利要求3所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述管道接合单元在吹烟管组的进气端和吸烟管组的出气端各设置一个，所述管道接合单元包括接口管、限位管套、内套于限位管套并可相对沿轴向移动的收缩管和设置在限位管套内并用于收缩管回位的回位弹簧，所述限位管套与接口管固定连接，所述收缩管与管道结合端设置有衔铁；

所述送气管道和所述抽气管道与气体对流单元接合端均为电磁铁管道，电磁铁管道上设置有电磁线圈，所述电磁线圈通电时可对衔铁产生驱动力使收缩管与电磁铁管道形成端面结合。

5.根据权利要求4所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：每一所述电磁铁管道与管道接合单元结合端还设置有线圈压盖，所述线圈压盖上设置有密封垫圈Ⅰ。

6.根据权利要求5所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：衔铁上与密封垫圈Ⅰ对应设置有密封垫圈Ⅱ。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述驱动总成包括皮带传动机构、可在皮带传动机构驱动下前后移动的壁板和设置在壁板上的挂板，所述皮带传动机构设置在加工平台上，所述挂板与所述架体固定连接。

8.根据权利要求7所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述挂板以可上下滑动的的方式设置于壁板，所述驱动总成还包括挂板驱动组件，所述挂板驱动组件包括驱动电机和丝杠螺母机构。

9.根据权利要求8所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述控制系统包括：

吹吸烟装置控制单元，用于控制吹吸烟装置跟随激光扫描单元同步运动；

管道循环控制单元，用于控制各工位处送气管道和抽气管道与总回路管道切换连通，并在进行切换时打开切换夹管阀进行气体缓冲循环；

电磁控制单元，用于在气体对流单元移动到对应工位时控制电磁线圈通电及在该工位工作完成后的断电。

10.根据权利要求9所述的用于选择性激光熔化的烟尘处理装置，其特征在于：所述变径式气道并列设置多个，每一变径式气道均为倒置漏斗式结构。