CN105946243A - 应用于3d打印机中的除氧方法和3d打印方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法，该除氧方法包括以下步骤：排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压小于外界气压；向所述3D打印机的成型仓中充入保护气；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，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气。本发明实施例提供的一种应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法通过排出成型仓内的气体，并且向成型仓中充入保护气来有效降低成型仓中的氧气含量。

Description

应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法

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打印机中的除氧方法和3D打印方法。

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应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法，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、设备的损害和安全隐患。

为此，本发明实施例首先提供了一种应用于3D打印机中的除氧方法，包括以下步骤：

排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压小于外界气压；

向所述3D打印机的成型仓中充入保护气；

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，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气。

此外，本发明实施方式还提供了一种3D打印方法，包括：

使用上述的除氧方法降低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。

相较于现有技术，本发明实施例提供的一种应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法通过排出成型仓内的气体，并且向成型仓中充入保护气来降低成型仓中的氧气含量。而且，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打印机中的除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打印机中的除氧系统一实施方式中除氧机构的结构示意图；

图3是本发明所述一种应用于3D打印机中的除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打印方法中的除氧方法另一实施方式的流程图；

图5是本发明所述一种应用于3D打印方法中的除氧方法又一实施方式的流程图；

图6是本发明所述一种应用于3D打印方法中的除氧方法又一实施方式的流程图

图7是本发明实施方式提供的一种3D打印方法的流程图。

主要元件符号说明

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一种应用于3D打印机中的除氧方法和3D打印方法通过在负压条件下向3D打印机的成型仓10中充入保护气来降低成型仓10中的氧气含量，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打印机中的除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，该结构的除氧系统包括气源40、测氧机构30和真空泵50。气源40可以是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。

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10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10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。

参见图2，图2是本发明所述一种应用于3D打印机中的除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除氧系统，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打印机中的除氧方法第一实施方式的流程图。图3示出的除氧方法可以应用在图1和图2涉及的除氧系统上，但不限于上述结构的除氧系统。该应用于3D打印机中的除氧方法包括步骤S301-S303。

具体而言，在步骤S301中，排出3D打印机的成型仓10中的气体，直至成型仓10内的气压小于外界气压。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示出的除氧系统中，启动真空泵50来排出成型仓10内的气体。在一些实施方式中，可以将成型仓10内的气压降低负压，优选将成型仓10内的气体压强降低至-20Kpa到-95Kpa之间，例如-20Kpa到-50Kpa、-50Kpa到-75Kpa、-75Kpa到-95Kpa之间。

在步骤S302中，向3D打印机的成型仓10中充入保护气。其中，保护气可以是氮气、惰性气体(例如氩气)等。在充入保护气的同时，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。

在一些实施方式中，可以先启动步骤S301，然后实施步骤S302。然而，在另外一些实施方式中，也可以在启动步骤S301的同时，实施步骤S302，即一边将成型仓10内的气体排出，同时向成型仓10内充入保护气。此外，在步骤S302中，在实施向3D打印机的成型仓10中充入保护气的同时，还可以同时排出3D打印机的成型仓10内的气体。

在步骤S303中，检测成型仓10内的氧气含量，如果成型仓10内的氧气含量大于一预设标准，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气。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。

在步骤S303中，如果成型仓10内的氧气含量大于一预设标准，则继续充入保护气，如果成型仓10内的氧气含量小于或等于该预设标准，则停止充入保护气，从而可以控制成型仓10内的氧气含量处于预设标准的范围内。其中，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，本领域技术人员可以根据3D打印产品和设备等因素进行设定或修改。

从上述的实施方式可以看出，该除氧方法通过排出成型仓10内的气体，并且向成型仓10充入保护气来降低成型仓10内的氧气含量，在充入保护气的过程中，成型仓10内的气体压强较低，从而可以向成型仓10内更快、充入更多量的保护气，方便控制成型仓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4，图4是本发明所述一种应用于3D打印方法中的除氧方法另一实施方式的流程图。图4示出的除氧方法可以应用在图1和图2涉及的除氧系统上，但不限于上述结构的除氧系统。图4示出的3D打印方法包括步骤S401-S403。

在步骤S401中，排出3D打印机的成型仓10中的气体，直至成型仓10内的气压小于外界气压，即成型仓10内为负压。外界气压是相对成型仓10内的气压而言，正常情况下外界气压是标准大气压。在实现本步骤的方式可以是多种，例如在图1示出的除氧系统中，启动真空泵50来排出成型仓10内的气体，从而可以降低成型仓10内的气体压强，使得成型仓10内的气体压强较低。本领域技术人员可以根据实际需要确定步骤S401中成型仓10内的压强数值。

在步骤S402中，根据成型仓内10的气压变化，调节排出成型仓10内的气体的速度，或者也可以调节向成型仓10内充入保护气的速度，或者同时调节排出成型仓10内气体的速度和向成型仓10内充入保护气的速度，使得成型仓10内的气体压强处于稳定状态，即成型仓10内的气体压强稳定在一设定值左右，并且该设定值小于成型仓10的外界气压(正常情况下外界气压是标准大气压)，本领域技术人员可以根据需要设置该设定值。

在步骤S403中，检测成型仓10内的氧气含量，如果成型仓10内的氧气含量大于一预设标准，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气，从而可以控制成型仓10内的氧气含量处于预设标准的范围内。其中，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，本领域技术人员可以根据3D打印产品和设备等因素进行设定或修改。

从上述的实施方式可以看出，该除氧方法通过排出成型仓10内的气体的同时，向成型仓10充入保护气来降低成型仓10内的氧气含量使得在充入保护气的过程中，成型仓10内的气体压强低于外界气压，即为成型仓10内的气压为负压，从而可以向成型仓10内更快、充入更多量的保护气，方便控制成型仓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5，图5是本发明所述一种应用于3D打印方法中的除氧方法又一实施方式的流程图。图5示出的除氧方法可以应用在图1和图2涉及的除氧系统上，但不限于上述结构的除氧系统。图5示出的3D打印方法包括步骤S501-S507。

在步骤S501中，排出3D打印机的成型仓10中的气体，直至成型仓10内的气压小于外界气压，即成型仓10内的气体压强为负压。在实现本步骤的方式可以是多种，例如在图1示出的除氧系统中，启动真空泵50来排出成型仓10内的气体，从而可以降低成型仓10内的气体压强，使得成型仓10内的气体压强较低。本领域技术人员可以根据实际需要确定步骤S501中成型仓10内的压强数值。

在步骤S502中，根据成型仓10内的气压变化，调节排出成型仓10内的气体的速度，或者也可以调节向成型仓10内充入保护气的速度，或者同时调节排出成型仓10内气体的速度和向成型仓10内充入保护气的速度，使得成型仓10内的气体压强处于稳定状态，即成型仓10内的气体压强稳定在一设定值，并且该设定值小于外界气压。一般情况下，该外界气压为一个标准大气压(即常压)，本领域技术人员可以根据需要设置该设定值。

在步骤S503中，检测成型仓10内的氧气含量，判断成型仓10内的氧气含量是否小于一预设标准。如果成型仓10内的氧气含量大于一预设标准，则进入步骤S504；如果成型仓10内的氧气含量小于或等于一预设标准，则进入步骤S505。其中，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，本领域技术人员可以根据3D打印产品和设备等因素进行设定或修改。在实现本步骤的方式可以是多种，例如在图2示出的测氧机构中，利用抽气泵32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。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S504中，继续充入保护气。例如在图1示出的除氧机构中，气源10驱动保护气进入成型仓10内，继续向成型仓10内充入保护气。

在步骤S505中，检测成型仓10内的气体压强是否大于或等于外界气压(即成型仓10内为正压)，根据检测的成型仓10内的气体压强与外界气压进行比较，判断其是否大于外界气压。如果成型仓10内的气体压强大于或等于外界气压，则进入步骤S506,；如果成型仓10内的气体压强小于外界气压，则进入步骤S504。

在步骤S506中，停止充入保护气，流程结束。

在本实施方式中，利用真空泵50排出成型仓10内的气体的同时向成型仓10内充入保护气。在该排气体和充入保护气的过程中，发明人在实现本实施方式的过程中发现，如果控制排气速度和/或充入保护气的速度，稳定成型仓10内的气体压强低于外界气压，在氧气含量低于预设含量后，停止排出成型仓10内的气体，继续充入保护气，实现控制成型仓10内的氧气含量低于预设标准更快捷，而且充入保护气的总量更低。

参见图6，图6是本发明所述一种应用于3D打印方法中的除氧方法又一实施方式的流程图。图6示出的除氧方法可以应用在图1和图2涉及的除氧系统上，但不限于上述结构的除氧系统。图6示出的3D打印方法包括步骤S601-S609。

在步骤S601中，检测成型仓10内的氧气含量，判断成型仓10内的氧气含量是否大于一预设标准，如果成型仓10内的氧气含量大于该预设标准，则进入步骤S602，否则停止流程。其中，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，本领域技术人员可以根据3D打印产品和设备等因素进行设定或修改。在实现本步骤的方式可以是多种，例如在图2示出的测氧机构中，利用抽气泵32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。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S602中，继续向成型仓10内充入保护气。

在步骤S603中，检测成型仓10内的气体压强是否大于外界气压，如果成型仓10内的气体压强大于外界气压，即成型仓10内为正压，则进入步骤S604；如果成型仓10内的气体压强小于或等于外界气压，即成型仓10内为负压，则进入步骤S605。

在步骤S604中，停止充入保护气后，步骤S606。

在步骤S605中，继续向成型仓10内充入保护气后，返回步骤S603，直到成型仓10内的气体压强大于外界气压。

在步骤S606中，排出3D打印机的成型仓10中的气体，直至成型仓10内的气压小于外界气压。在实现本步骤的方式可以是多种，例如在图1示出的除氧系统中，启动真空泵50来排出成型仓10内的气体。在一些实施方式中，可以将成型仓10内的气压降低负压，优选将成型仓10内的气体压强降低至-20Kpa到-95Kpa之间，例如-20Kpa到-50Kpa、-50Kpa到-75Kpa、-75Kpa到-95Kpa之间。

在步骤S607中，向3D打印机的成型仓10中充入保护气。其中，保护气可以是氮气、惰性气体(例如氩气)等。在充入保护气的同时，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。

在一些实施方式中，可以先启动步骤S606，然后实施步骤S607。然而，在另外一些实施方式中，也可以在启动步骤S606的同时，实施步骤S607，即一边将成型仓10内的气体排出，同时向成型仓10内充入保护气。此外，在步骤S607中，在实施向3D打印机的成型仓10中充入保护气的同时，还可以同时排出3D打印机的成型仓10内的气体。

在步骤S608中，检测成型仓10内的氧气含量，如果成型仓10内的氧气含量大于一预设标准，则继续充入保护气。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S606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。

在步骤S609中，如果成型仓10内的氧气含量小于或等于一预设标准，则停止充入保护气，从而可以控制成型仓10内的氧气含量处于预设标准的范围内。其中，所述的预设标准是指成型仓10内的预期的氧气含量，本领域技术人员可以根据3D打印产品和设备等因素进行设定或修改。

在本实施方式中，首先向成型仓10内充入保护气进行加压，提高成型仓10内的气体压强，使得成型仓10内的气体压强大于外界气压，然后利用真空泵50降低成型仓10内的气体压强至负压(即成型仓10内的气体压强小于外界的气压)，然后在负压条件下向成型仓10内充入保护气。发明人在实现本实施方式的过程中发现，在高压下降低至负压后充入保护气，实现控制成型仓10内的氧气含量低于预设标准更快捷，而且充入保护气的总量更低。

在本发明所述应用于3D打印机中的除氧方法的一些实施方式，包括但不限于图3至图6的任一实施方式中，可以检测实时检测成型仓10内的气体压强。当成型仓10内的气体压强过高(即气体压强大于或等于一预设压强)时，压力释放电磁阀打开从而可以排除成型仓10内的气体，保证安全。如果失控，则进行被动泄气(由机械式泄压阀进行控制排除成型仓10内的气体)。此外，如果负压过多，则自动打开保护气，补充压力至平衡，从而可以提高3D打印机的安全性。

参见图7，图7是本发明实施方式提供的一种3D打印方法的流程图。在图7示出的实施方式中，该打印方法包括步骤S701和步骤S702。

在步骤S701中，使用如上述任一实施方式涉及的除氧方法降低3D打印机的成型仓10内的氧气含量；

在步骤S702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S703。在步骤S703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除氧方法，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打印机中的除氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压小于外界气压；

向所述3D打印机的成型仓中充入保护气；

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，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气。

2.如权利要求1所述的应用于3D打印机中的除氧方法，其特征在于，在所述排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压小于外界气压的步骤包括：

所述排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压为-20Kpa到-95Kpa之间。

3.如权利要求1所述的应用于3D打印机中的除氧方法，其特征在于，在实施所述向所述3D打印机的成型仓中充入保护气的步骤的同时中，还包括：

排出所述3D打印机的成型仓内的气体。

4.如权利要求1所述的应用于3D打印机中的除氧方法，其特征在于，所述向所述3D打印机的成型仓中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。

5.如权利要求4所述的应用于3D打印机中的除氧方法，其特征在于，所述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，则继续充入保护气，否则，停止充入保护气的步骤包括：

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，则继续充入保护气；

否则，检测所述成型仓内的气体压强是否大于或等于外界气压，如果是，则停止充入保护气，若否，则继续向所述成型仓内充入保护气。

6.如权利要求1所述的应用于3D打印机中的除氧方法，其特征在于，在所述排出所述3D打印机的成型仓中的气体，直至所述成型仓内的气压小于外界气压的步骤之前，还包括：

如果所述3D打印机的成型仓内的氧气含量大于所述预设标准，则向所述成型仓内充入保护气直至所述成型仓内的大气压强大于外界气压。

7.如权利要求1-6任一项所述的应用于3D打印机中的除氧方法，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。

8.如权利要求7所述的应用于3D打印机中的除氧方法，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。

9.一种3D打印方法，其特征在于，包括：

使用如权利要求1-8任一项所述的除氧方法降低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。

10.如权利要求9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。