CN105728726A - 一种金属3d打印密封成型室内气压稳定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置及方法，主要包括设置了检测成型室内氧气含量的含氧量检测装置、用于成型室的抽真空装置、用于检测成型室内气压的压力传感装置；由控制装置对含氧量检测装置、抽真空装置和压力传感装置的控制，使成型室同时通入惰性气体和抽取真空的方式，保持成型室内氧含量降低和气压的稳定。从而可以大大提高设备成型过程稳定性和质量，保证了加工过程的安全可靠。本装置及方法技术手段简便易行，采用成型室正压工作，从而可以能够保证大气中的氧难以进入密封成型室内，且使得金属3D打印过程中粉尘不能轻易扬起。

Description

一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置及方法
技术领域
本发明涉及选区激光熔化加工领域，尤其涉及一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置及方法。
背景技术
选区激光熔化加工成型过程中，需要通过高纯氮气、氩气等惰性气体进行保护。在激光聚焦后对金属粉末的加工过程中，由于成型室内部温度和惰性气体供气压力的变化，导致成型室内气压不稳，容易引发气流的不稳定，从而导致成型过程中出现漂浮金属粉末和产生的黑烟在成型室内出现紊乱，无法正常排出成型室外。另外，激光与粉末作用产生汽化产物，也可能导致成型室内气压不稳。上述原因导致大量烟尘附着到金属粉末和已成型金属表面上，直接影响影响金属成型件的质量，同时漂浮的金属粉末和烟尘会对激光透镜和成型室内壁造成污染。因此，有必要对成型室内气压进行稳定处理，
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置及方法。解决了现有3D打印机加过程中，由于成型室4内气压不稳定，使成型过程中出现漂浮金属粉末和产生的黑烟在成型室内出现紊乱，导致金属成型件的质量不佳以及激光透镜和成型室内壁造成污染等缺陷。
本发明通过下述技术方案实现：
一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，包括成型室4、控制装置18、成型室4的惰性气体供给装置、用于检测成型室4内氧气含量的含氧量检测装置、用于成型室4的抽真空装置、用于检测成型室4内气压的压力传感装置；所述控制装置18通过数据线12分别信号连接含氧量检测装置、抽真空装置和压力传感装置；
所述惰性气体供给装置给成型室4提供惰性气体，再由抽真空装置抽取成型室4的气体并排出，使成型室内的气体循环净化。
所述惰性气体供给装置包括惰性气体源1，惰性气体源1通过进气管路连接设置在成型室4侧壁上的电磁阀3，在进气管路上设有进气管调压阀2；
所述抽真空装置包括真空泵15，在成型室4的底部设有成型室真空管接口4-1；所述真空泵15通过真空管道依次连接真空管道电磁阀16、分子筛17、真空管接口4-1。
所述压力传感装置包括第一压力传感器5和第二压力传感器10，所述第一压力传感器5设置在成型室4顶部一侧，第二压力传感器10设置在成型室4顶部另一侧；通过设置第一压力传感器5和第二压力传感器10的临界值，使成型室4内正压2KPa～2.5Kpa。
所述含氧量检测装置包括微型气泵7、测氧仪显示器8和测氧仪9。
所述成型室4包括一个密封门6，在密封门6的一侧设有用于检测密封门6是否关闭的霍尔传感14。
所述真空泵15的排气口设有消音器13。
所述成型室4的侧壁上还设有一个带电磁阀排气口11。
一种金属3D打印密封成型室内气压稳定方法如下：
启动金属3D打印密封成型室内气压稳定装置；
关闭密封门6，霍尔传感14检测到密封门6关闭到位，启动含氧量检测装置和压力传感器装置；打开电磁阀3、真空管道电磁阀16和进气管调压阀2；启动真空泵15；
控制装置18通过数据线12读取测氧仪9的数值，若成型室4内氧气含量高于100ppm，则继续保持惰性气体供给和真空抽取(真空抽取时间设为5s一个时间节点)，并继续读取测氧仪9的数值，此时若成型室4内氧含量低于100ppm，则控制装置18通过数据线12读取第一压力传感器5和第二压力传感器10的数值，否则继续上述循环，直至含氧量低于100ppm；若成型室4内气压处于0.5KPa～4.5Kpa之间时，则可进入3D打印加工步骤；若成型室4内气压低于0.5KPa，则调大进气管调压阀2的阀门开度；如果成型室4气压超过4.5KPa，则增大真空泵15电机的转速；从而通过对成型室4同时通入惰性气体和抽取真空的方式，使成型室4内氧含量降低和气压的稳定。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明设置了检测成型室4内氧气含量的含氧量检测装置、用于成型室4的抽真空装置、用于检测成型室4内气压的压力传感装置，由控制装置18对含氧量检测装置、抽真空装置和压力传感装置的控制，使成型室4同时通入惰性气体和抽取真空的方式，保持成型室4内氧含量降低和气压的稳定。从而可以大大提高设备成型过程稳定性和质量，保证了加工过程的安全可靠。
本发明采用可精密调节的电磁阀来控制供气装置的进气速率，同时采用无级变速控制器控制抽真空装，从而可以更加准确细致的调节进气与排气量。
本发明方法步骤中，控制装置18通过数据线12读取测氧仪9的数值，若成型室4内氧气含量高于100ppm，则继续保持惰性气体供给和真空抽取，并继续读取测氧仪9的数值，此时若成型室4内氧含量低于100ppm，则控制装置18通过数据线12读取第一压力传感器5和第二压力传感器10的数值，否则继续上述循环，直至含氧量低于100ppm；若成型室4内气压处于0.5KPa～4.5Kpa之间时，则可进入3D打印加工步骤；若成型室4内气压低于0.5KPa，则调大进气管调压阀2的阀门开度；如果成型室4气压超过4.5KPa，则增大真空泵15电机的转速；从而通过对成型室4同时通入惰性气体和抽取真空的方式，使成型室4内氧含量降低和气压的稳定。
本发明技术手段简便易行，采用成型室正压工作，从而可以能够保证大气中的氧难以进入密封成型室内，且使得金属3D打印过程中粉尘不能轻易扬起。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，包括成型室4、控制装置18、成型室4的惰性气体供给装置、用于检测成型室4内氧气含量的含氧量检测装置、用于成型室4的抽真空装置、用于检测成型室4内气压的压力传感装置；所述控制装置18通过数据线12分别信号连接含氧量检测装置、抽真空装置和压力传感装置；所述惰性气体供给装置给成型室4提供惰性气体(如氮气、氩气等)，再由抽真空装置抽取成型室4的气体并排出，使成型室内的气体循环净化。
所述惰性气体供给装置包括惰性气体源1，惰性气体源1通过进气管路连接设置在成型室4侧壁上的电磁阀3，在进气管路上设有进气管调压阀2，用于调节惰性气体的流量大小。所述抽真空装置包括真空泵15，在成型室4的底部设有成型室真空管接口4-1；所述真空泵15通过真空管道依次连接真空管道电磁阀16、分子筛17、真空管接口4-1。在加工之前，打开真空管道电磁阀16，启动真空泵15，成型室4内气体通过分子筛17去除气体中的烟尘和粉尘，然后由真空泵15排气口排出室外。
当气成型室4内低于2KPa时，调大调压阀2的流量，当成型室4内气压高于2.5KPa是，调大真空泵15电机转速，从而维持成型室4内压力的稳定。
所述压力传感装置包括第一压力传感器5和第二压力传感器10，用于实时检测成型室4内压强，并将数据传递到控制装置。所述第一压力传感器5设置在成型室4顶部一侧，第二压力传感器10设置在成型室4顶部另一侧，设置两个压力传感器主要为了实现精确测量成型室4内不同区域的压力，保证数据的准确性。通过设置第一压力传感器5和第二压力传感器10的临界值，使成型室4内正压2KPa～2.5Kpa。
所述含氧量检测装置包括微型气泵7、测氧仪显示器8和测氧仪9。用于检测成型室4内氧气含量，保证成型过程在低氧环境下进行，并将数据传递到控制装置18。
所述成型室4包括一个密封门6，在密封门6的一侧设有用于检测密封门6是否关闭的霍尔传感14。
所述真空泵15的排气口设有消音器13。所述成型室4的侧壁上还设有一个带电磁阀排气口11，该电磁阀用于成型室4内气压超过设定值时排出过多气体，当正常运行时，该电磁阀处于关闭状态。
控制装置18实时控制氧含量检测装置、压力传感器、抽真空装置以及各电磁阀，并分析处理获取的数据信号并发送相关动作命令。
本发明金属3D打印密封成型室内气压稳定方法，可通过如下步骤实现：
启动金属3D打印密封成型室内气压稳定装置；
关闭密封门6，霍尔传感14检测到密封门6关闭到位，启动含氧量检测装置和压力传感器装置；打开电磁阀3、真空管道电磁阀16和进气管调压阀2；启动真空泵15；
控制装置18通过数据线12读取测氧仪9的数值，若成型室4内氧气含量高于100ppm，则继续保持惰性气体供给和真空抽取(真空抽取时间设为5s一个时间节点)，并继续读取测氧仪9的数值，此时若成型室4内氧含量低于100ppm，则控制装置18通过数据线12读取第一压力传感器5和第二压力传感器10的数值，否则继续上述循环，直至含氧量低于100ppm；若成型室4内气压处于0.5KPa～4.5Kpa(如1Kpa、1.5Kpa、2Kpa、2.5Kpa、3Kpa、3.5Kpa等)之间时，则可进入3D打印加工步骤；若成型室4内气压低于0.5KPa，则调大进气管调压阀2的阀门开度；如果成型室4气压超过4.5KPa，则增大真空泵15电机的转速；从而通过对成型室4同时通入惰性气体和抽取真空的方式，使成型室4内氧含量降低和气压的稳定。
作为本发明的简易实施办法，可在金属3D打印过程中控制惰性气体源1的电磁阀3以及真空管道电磁阀16，并不需要调节两者的流量和真空管的转速；当检测密封成型室4内压力范围小于0.5KPa时，打开惰性气体源1的电磁阀3，将惰性气体充填到成型室中，直到成型室4内气压升高到5Kpa。当成型室4内因为激光与材料作用产生等离子体造成压力高于5KPa时，打开真空管道电磁阀16，工作到成型室内压力小于5Kpa。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：包括成型室(4)、控制装置(18)、成型室(4)的惰性气体供给装置、用于检测成型室(4)内氧气含量的含氧量检测装置、用于成型室(4)的抽真空装置、用于检测成型室(4)内气压的压力传感装置；所述控制装置(18)通过数据线(12)分别信号连接含氧量检测装置、抽真空装置和压力传感装置；
所述惰性气体供给装置给成型室(4)提供惰性气体，再由抽真空装置抽取成型室(4)的气体并排出，使成型室内的气体循环净化。
2.根据权利要求1所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述惰性气体供给装置包括惰性气体源(1)，惰性气体源(1)通过进气管路连接设置在成型室(4)侧壁上的电磁阀(3)，在进气管路上设有进气管调压阀(2)；
所述抽真空装置包括真空泵(15)，在成型室(4)的底部设有成型室真空管接口(4-1)；所述真空泵(15)通过真空管道依次连接真空管道电磁阀(16)、分子筛(17)、真空管接口(4-1)。
3.根据权利要求1所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述压力传感装置包括第一压力传感器(5)和第二压力传感器(10)，所述第一压力传感器(5)设置在成型室(4)顶部一侧，第二压力传感器(10)设置在成型室(4)顶部另一侧；通过设置第一压力传感器(5)和第二压力传感器(10)的临界值，使成型室(4)内正压2KPa～2.5Kpa。
4.根据权利要求1或2或3所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述含氧量检测装置包括微型气泵(7)、测氧仪显示器(8)和测氧仪(9)。
5.根据权利要求4所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述成型室(4)包括一个密封门(6)，在密封门(6)的一侧设有用于检测密封门(6)是否关闭的霍尔传感(14)。
6.根据权利要求2所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述真空泵(15)设有无级变速控制器；在真空泵(15)的排气口设有消音器(13)。
7.根据权利要求4所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置，其特征在于：所述成型室(4)的侧壁上还设有一个带电磁阀排气口(11)。
8.一种金属3D打印密封成型室内气压稳定方法，其特征在于采用权利要求1至7中任一项所述金属3D打印密封成型室内气压稳定装置实现，具体步骤如下：
启动金属3D打印密封成型室内气压稳定装置；
关闭密封门(6)，霍尔传感(14)检测到密封门(6)关闭到位，启动含氧量检测装置和压力传感器装置；打开电磁阀(3)、真空管道电磁阀(16)和进气管调压阀(2)；启动真空泵(15)；
控制装置(18)通过数据线(12)读取测氧仪(9)的数值，若成型室(4)内氧气含量高于100ppm，则继续保持惰性气体供给和真空抽取，并继续读取测氧仪(9)的数值，此时若成型室(4)内氧含量低于100ppm，则控制装置(18)通过数据线(12)读取第一压力传感器(5)和第二压力传感器(10)的数值，否则继续上述循环，直至含氧量低于100ppm；若成型室(4)内气压处于0.5KPa～4.5Kpa之间时，则可进入3D打印加工步骤；若成型室(4)内气压低于0.5KPa，则调大进气管调压阀(2)的阀门开度；如果成型室(4)气压超过4.5KPa，则增大真空泵(15)电机的转速；从而通过对成型室(4)同时通入惰性气体和抽取真空的方式，使成型室(4)内氧含量降低和气压的稳定。
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