CN105817624A - 控氧方法、系统以及3d打印方法和3d打印机 - Google Patents

控氧方法、系统以及3d打印方法和3d打印机 Download PDF

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Abstract

一种控氧方法、系统以及3D打印方法和3D打印机，该控氧方法包括以下步骤：向所述3D打印机的成型仓中充入保护气，直至所述成型仓内的气压大于外界气压；检测所述成型仓内的气体压强；如果所述成型仓内的气体压强小于一预设标准，则继续向向所述3D打印机的成型仓中充入保护气。本发明实施例提供的控氧方法、系统以及3D打印方法和3D打印机通过向成型仓中充入保护气使得成型仓内气体压强大于外界压强来防止空气进入成型仓内，从而可以控制成型仓内氧气含量。而且，在氧气含量大于预设标准的情况下，在排出成型仓内的气体的同时充入保护气，可以在保持成型仓内气压稳定的条件下更快地降低成型仓内的氧气含量。

Description

控氧方法、系统以及3D打印方法和3D打印机
技术领域
本发明属于生产制造设备领域，具体涉及一种应用于3D打印机中的控氧方法和系统。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用金属或非金属材料（例如ABS、PC、PA、PLA等塑料、光敏树脂、橡胶、不锈钢、钛合金、陶瓷、混凝土等材料）制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化堆积成型来构造三维的实体的打印设备。
目前3D打印一般是在空气中进行的，但是对于一些材料，如金属，在空气中容易氧化，影响了成型品的成分的纯度。另外，如果成型仓内的氧气含量过高，3D打印机的零件在高温作业下造成氧化严重，打印过程中出现球化、黑烟等现象，甚至会导致打印过程中出现爆炸，造成安全隐患。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种控氧方法、系统以及3D打印方法和3D打印机，以解决现有3D打印过程中氧气含量过高造成对3D打印产品、设备的损害的技术缺陷。
为此，本发明实施例首先提供了一种应用于3D打印机中的控氧方法，包括以下步骤：
向所述3D打印机的成型仓中充入保护气，直至所述成型仓内的气压大于外界气压；
检测所述成型仓内的气体压强；
如果所述成型仓内的气体压强小于一预设标准，则继续向向所述3D打印机的成型仓中充入保护气。
此外，本发明实施方式还提供了一种3D打印方法，包括：
使用上述的控氧方法降低3D打印机的成型仓内的氧气含量；
启动所述3D打印机进行3D打印。
本发明实施方式又提供了一种应用于3D打印机中的控氧系统，包括气源、测压机构、测氧机构和三通阀，
所述气源与所述三通阀的第一接口连接，所述三通阀的第二接口与所述3D打印机的成型仓连接，所述三通阀的第三接口与一排气管连接；以及
所述测氧机构包括依次与所述成型仓连接的测氧仪和抽气泵，所述抽气泵的出气口与所述成型仓连接；
所述测压机构包括设于所述成型仓内的气压计，所述气压计与所述气源连接。
最后，本发明实施例又提供了一种3D打印机，具有成型仓，还包括上述的控氧系统。
相较于现有技术，本发明实施例提供的一种应用于3D打印机中的控氧方法和系统通过向成型仓中充入保护气使得成型仓内气体压强大于外界压强来防止空气进入成型仓内，从而可以控制成型仓内氧气含量。而且，在氧气含量大于预设标准的情况下，在排出成型仓内的气体的同时充入保护气，可以在保持成型仓内气压稳定的条件下更快地降低成型仓内的氧气含量。
另外，本发明实施例提供的3D打印方法和3D打印机可以在3D打印过程中能实时检测成型仓内的氧气含量，防止打印过程中出现氧气含量回升，从而可以控制成型仓内的氧气含量低于预设含量，避免氧气对产品、3D打印设备的损害。
附图说明
图1是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧系统一实施方式的结构示意图；
图2是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧系统一实施方式中控氧机构的结构示意图；
图3是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧方法一实施方式的流程图；
图4是本发明所述一种应用于3D打印方法中的控氧方法另一实施方式的流程图；
图5是本发明所述一种3D打印方法一实施方式的流程图。
主要元件符号说明
10 成型仓
20 阀开关
30 测氧机构
31 过滤器
32 抽气泵
33 测氧仪
40 气源
50 真空泵
60 气压计
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本发明实施方式涉及的控氧方法、系统以及3D打印方法和3D打印机向成型仓内充入保护气，使得成型仓内的气压大于外界气压，从而可以防止外界空气进入成型仓内，保持成型仓内的氧气含量低于预设标准，实现保护3D打印产品和设备的目的。
请参阅图1，图1是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧系统一实施方式的结构示意图。在图1示出的实施方式中，该结构的控氧系统包括气源40、测压机构、测氧机构30和真空泵50。气源40可以是包括循环风机或者空气泵，用于驱动保护气进入成型仓10内。保护气可以是氮气，优选采用惰性气体，例如氩气、氦气等。真空泵50是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备，包括但不限于干式螺杆真空泵、水环泵、往复泵、滑阀泵、旋片泵、罗茨泵和扩散泵等。真空泵50用于排出成型仓10内的气体，因此，在一些实施方式中，也可通过风车来进行替换或是通过自然排来达到该目的。测压机构包括一个气压计，该气压计设于所述成型仓内，用于检测成型仓10内的空气压强。气压计是根据托里拆利（EvangelistaTorricelli,1608～1647）的实验原理而制成，用以测量大气压强的仪器。气压计可以是水银气压计或者无液气压计。其中，无液气压计最常见的是金属盒气压计，其主要部分是一种波纹状表面的真空金属盒。为了不使金属盒被大气压所压扁，用弹性钢片向外拉着它。大气压增加，盒盖凹进去一些；大气压减小，弹性钢片就把盒盖拉起来一些。盒盖的变化通过传动机构传给指针，使指针偏转。从指针下面刻度盘上的读数，可知道当时大气压的值。
具体而言，气源40的出气口通过一管道与成型仓10连接，保护气从气源40流出后，进入成型仓10内。此外，在气源40和成型仓10之间还可以设置一个阀开关20。在该阀开关20打开状态下，保护气从气源40流出后，经阀开关20进入成型仓10内。根据该阀开关20打开或关闭的状态，可以控制气源40与成型仓10之间的管道的连通或关闭。气压计60与气源40连接，用于向气源40反馈气压计60的检测信号。其中，气压计60与气源40的连接可以是直接连接，气源40根据气压计60的检测信号动作，也可以是间接连接，例如可以是通过一个或多个部件与气源40连接。
参见图2，图2是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧系统一实施方式中测氧机构的结构示意图。在图2示出的实施方式中，测氧机构30用于检测成型仓10中的氧气含量，其包括依次与成型仓10连接的测氧仪33和抽气泵32，即成型仓10与测氧仪33连接，抽气泵32的进气口与测氧仪33连接，抽气泵32的出气口再与成型仓10连接，因此成型仓10、测氧仪33和抽气泵32形成一测氧环路。其中，抽气泵32用于从成型仓10中抽取其中的气体供测氧仪33分析气体中的氧气含量。抽气泵32的结构可以是本领域技术人员熟知的，例如可以是通过电机的圆周运动，驱动机械装置使泵内部的隔膜做往复式运动，从而对固定容积的泵腔内的空气进行压缩、拉伸形成真空（负压），在进气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体压（吸）入泵腔，再从出气口排出。在图2示出的实施方式中，测氧机构30还包括一过滤器31，抽气泵32通过该过滤器31与成型仓10连接。因此，在抽气泵32的作用下，保护气从成型仓10内流出后，经该过滤器31进入抽气泵32内。另外，过滤器31与成型仓10之间还可以设置一阀开关20，在该阀开关20打开状态下，保护气从成型仓10内流出后，经阀开关20进入抽气泵32。根据该阀开关20打开或关闭的状态，可以控制成型仓10与抽气泵32之间的管道的连通或关闭。而且，在成型仓10与测氧仪33之间也可以设置一阀开关20，在该阀开关20打开状态下，保护气从成型仓10内流出后，经阀开关20进入测氧仪33。根据该阀开关20打开或关闭的状态，可以控制成型仓10与测氧仪33之间的管道的连通或关闭。其中，上述的“阀开关”是指具有截止作用的开关，具体结构可以是本领域技术人员熟知的各种阀开关，包括但不限于气动阀开关、电动阀开关和液压阀开关。
此外，本发明实施例还提供了一种3D打印机，具有上述实施方式涉及的控氧系统，用于控制成型仓10内的氧气含量，从而可以防止打印过程中出现氧气含量回升，从而可以控制成型仓10内的氧气含量低于预设含量，避免氧气对产品、3D打印设备的损害。
参见图3，图3是本发明所述一种应用于3D打印机中的控氧方法第一实施方式的流程图。图3示出的控氧方法可以应用在图1和图2涉及的控氧系统上，但不限于上述结构的控氧系统。该应用于3D打印机中的控氧方法包括步骤S301-S303。
具体而言，在步骤S301中，向3D打印机的成型仓10中充入保护气，直至成型仓10内的气压大于外界气压。在常压下，外界气压可以是一个标准大气压。实现本步骤的方式可以是多种，例如在图1示出的控氧系统中，启动气源40向成型仓10内充入保护气。其中，保护气可以是氮气、惰性气体（例如氩气）等。
在步骤S302中，检测成型仓10内的气体压强，将成型仓10内的气体压强与一预设标准的大小进行比较。该预设标准可以是本领域技术人员根据3D打印设备和生产情况制定或修改，并且该预设标准大于或等于成型仓10的外界气压。
在步骤S303中，如果成型仓10内的气体压强小于该预设标准，则继续向3D打印机的成型仓10中充入保护气，使得成型仓10内的气压大于成型仓10的外界气压，防止外界空气，尤其是氧气进入成型仓10内，可以控制成型仓10内的氧气含量小于预设标准。
从上述的实施方式可以看出，该控氧方法通过向成型仓10内充入保护气来防止成型仓10的外界的空气进入到成型仓10内，可以控制成型仓10内的氧气含量低于预设标准，避免氧气对产品、3D打印设备的损害。
参见图4，图4是本发明所述一种应用于3D打印方法中的控氧方法另一实施方式的流程图。图4示出的控氧方法可以应用在图1和图2涉及的控氧系统上，但不限于上述结构的控氧系统。该应用于3D打印机中的控氧方法包括步骤S401-S405。
具体而言，在步骤S401中，向3D打印机的成型仓10中充入保护气，直至成型仓10内的气压大于外界气压。在常压下，外界气压可以是一个标准大气压。实现本步骤的方式可以是多种，例如在图1示出的控氧系统中，启动气源40向成型仓10内充入保护气。其中，保护气可以是氮气、惰性气体（例如氩气）等。
在步骤S402中，检测成型仓10内的气体压强，将成型仓10内的气体压强与一预设标准的大小进行比较。该预设标准可以是本领域技术人员根据3D打印设备和生产情况制定，并且该预设标准大于或等于成型仓10的外界气压。
在步骤S403中，如果成型仓10内的气体压强小于该预设标准，则继续向向3D打印机的成型仓10中充入保护气，使得成型仓10内的气压大于成型仓10的外界气压，防止外界空气，尤其是氧气进入成型仓10内，可以控制成型仓10内的氧气含量小于预设标准。
在步骤S404中，检测成型仓10内的氧气含量，将成型仓10内的氧气含量与一预设标准的大小进行比较，如果成型仓10内的氧气含量大于该预设标准，则进入步骤S405，否则停止向成型仓10内充入保护气，结束流程。
其中，此处使用的“氧气含量”可以是指成型仓10内的氧气体积占成型仓10内所有气体的体积比例。检测氧气含量的仪器可以是前述实施方式中涉及的测氧机构30，利用抽气泵32将成型仓10内的气体抽出给测氧仪33检测气体的氧气含量。其中，检测氧气含量的频率可以是实时检测，也可以是每隔预设时间检测一次，例如每隔5分钟启动检测机构检测一次氧气含量。在步骤S301启动后，第一次检测成型仓10内的氧气含量的时间可以间隔较长时间，例如充入保护气20分钟后才开始第一次检测氧气含量。此外，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，。
在步骤S405中，保持成型仓10内的气压在一预设范围内，在排出3D打印机的成型仓10中的气体的同时向成型仓10内充入保护气。实现步骤405的方式可以是多种，例如可以是图1和图2示出的控氧系统。如果气压计60检测到成型仓10内的气体压强超出预设范围的上限，则可以启动排出成型仓10内的气体；而如果压计60检测到成型仓10内的气体压强低于预设范围的下限，则启动气源40向成型仓10内充入保护气。还可以是，根据气压计60检测成型仓10内的气体压强的大小，调节排出成型仓10内的气体的速度和/或调节向成型仓10内充入保护气的速度。
图4示出的实施方式在氧气含量大于预设标准的情况下，在排出成型仓10内的气体的同时充入保护气，可以在保持成型仓10内气压稳定的条件下更快地降低成型仓10内的氧气含量。
在一些实施方式中，包括但不限于图3和图4示出的控氧方法中，还可以检测成型仓10内的气体压力，控制气体压力处于一个预设的范围内。如果成型仓10内的气压大于预设的范围，例如超过预设值5K帕斯卡（Pa），则打开排气管道释放压力，而当成型仓10内的气体压力小于预设值0.2KPa，则关闭排气管道，充入保护气，直至成型仓10内的气体压力位于预设的范围之内。
参见图5，图5是本发明所述一种3D打印方法一实施方式的流程图。在图5示出的实施方式中，该打印方法包括步骤S501和步骤S502。
在步骤S501中，使用如上述任一实施方式涉及的控氧方法降低3D打印机的成型仓10内的氧气含量；
在步骤S502中，启动3D打印机进行3D打印。
在一些实施方式中，还包括步骤S503。
在步骤S503中，检测3D打印机的成型仓10内的氧气含量，如果氧气含量大于预设含量，则向3D打印机的成型仓10中充入保护气。由于在3D打印过程中采用了上述实施方式涉及的控氧方法，可以很好地防止打印过程中出现氧气含量回升，从而可以控制成型仓10内的氧气含量低于或等于预设含量，避免氧气对产品、3D打印设备的损害。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于3D打印机中的控氧方法，其特征在于，包括以下步骤：
向所述3D打印机的成型仓中充入保护气，直至所述成型仓内的气压大于外界气压；
检测所述成型仓内的气体压强；
如果所述成型仓内的气体压强小于一预设标准，则继续向向所述3D打印机的成型仓中充入保护气。
2.如权利要求1所述的应用于3D打印机中的控氧方法，其特征在于，所述控氧方法还包括：
检测所述成型仓内的氧气含量，如果所述成型仓内的氧气含量大于一预设标准，则保持所述成型仓内的气压在一预设范围内，在排出所述3D打印机的成型仓中的气体的同时向所述成型仓内充入保护气；否则，停止向所述成型仓内充入保护气。
3.如权利要求2所述的应用于3D打印机中的控氧方法，其特征在于，所述保持所述成型仓内的气压在一预设范围内，在排出所述3D打印机的成型仓中的气体的同时向所述成型仓内充入保护气的步骤包括：
根据所述成型仓内的气体压强，调节排出所述成型仓内的气体的速度和/或向所述成型仓内充入保护气的速度。
4.如权利要求3所述的应用于3D打印机中的控氧方法，其特征在于，还包括：
检测所述3D打印机的成型仓内的气体压强；
如果所述气体压强超过一安全值，则通过排出所述成型仓内的气体。
5.如权利要求4所述的应用于3D打印机中的控氧方法，其特征在于，所述如果所述气体压强超过一安全值，则通过排出所述成型仓内的气体的步骤包括：
通过原动机排出所述成型仓内的气体，或者，通过泄压阀排出所述成型仓内的气体。
6.一种3D打印方法，其特征在于，包括：
使用如权利要求1-5任一项所述的控氧方法降低3D打印机的成型仓内的氧气含量；
启动所述3D打印机进行3D打印。
7.如权利要求6所述的3D打印方法，其特征在于，所述启动所述3D打印机进行3D打印的步骤还包括：
检测所述3D打印机的成型仓内的氧气含量，如果所述氧气含量大于所述预设含量，则向所述3D打印机的成型仓中充入保护气。
8.一种应用于3D打印机中的控氧系统，其特征在于，包括气源、测压机构、测氧机构和三通阀，
所述气源与所述三通阀的第一接口连接，所述三通阀的第二接口与所述3D打印机的成型仓连接，所述三通阀的第三接口与一排气管连接；以及
所述测氧机构包括依次与所述成型仓连接的测氧仪和抽气泵，所述抽气泵的出气口与所述成型仓连接；
所述测压机构包括设于所述成型仓内的气压计，所述气压计与所述气源连接。
9.如权利要求7所述的应用于3D打印机中的控氧系统，其特征在于，还包括净化器，所述成型仓的排气口与所述净化器连接。
10.一种3D打印机，具有成型仓，其特征在于，还包括如权利要求8或9所述的控氧系统。
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