CN106392073A - 选择性激光烧结熔化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性激光烧结熔化设备，包括密封成型仓、设置于所述密封成型仓外的激光振镜、设置于所述密封成型仓表面用于使所述激光振镜投射出的激光进入密封成型仓内的透镜、设置于密封成型仓内的零件加工平台、用于在所述加工平台上铺设粉末的铺粉刮刀、固定于所述密封成型仓内壁并与所述透镜相对应的环形气幕装置以及用于为所述环形气幕装置提供气体的气体源，本设备能够在透镜内表面周围形成锥形高速气幕墙，使透镜内表面周围形成一个洁净的空间，有效防止成型仓内的金属粉尘沾附在透镜表面，同时，该设备在加工过程中利用成型仓内的惰性气体对透镜进行防尘与冷却，因此可节省大量惰性气体，降低了生产成本。

Description

选择性激光烧结熔化设备
技术领域
本发明涉及选择性激光烧结融化技术领域，具体是一种选择性激光烧结熔化设备。
背景技术
大型多工位选择性激光烧结熔化设备大多将振镜系统外置，并采用多工位激光振镜逐层扫描金属粉末及多区域拼接技术成型零件，这种成型方式具有成型效率高，能成型大型多功能异形结构的优点，同时具有加工工位多，加工时间长的特点。其中使激光由外进入密闭成型仓内的气密透镜的内表面会完全暴露在充满金属粉尘的环境中，当激光照射到沾附在透镜上的粉尘时，粉末熔化产生的高温会严重损坏透镜，甚至使其破裂，将导致整个加工零件的失败，同时严重威胁到昂贵的光路系统的安全。大型选择性激光烧结熔化设备加工零件需要消耗大量人力物力和时间，中途失败将导致巨大的损失。因此必须防止粉末沾附在透镜表面，使透镜表面保持洁净。选择性激光烧结熔化设备制造大型零件时间一般比较长，使得长时间暴露在大功率激光下的透镜存在过热的隐患。过热的透镜产生变形将影响激光的控制精度，从而影响零件加工质量，甚至导致加工失败。本发明中的环形气幕装置可直接环形吹扫透镜表面全时气体冷却，同时具有除尘功能。外侧环形水冷可同时冷却透镜周围环境和吹扫气体。将有效避免透镜过热。
另一方面，选择性激光熔化是一种高功率激光直接作用于金属粉末快熔快凝的工艺方法，其成型过程中需要对氧含量进行严格控制，防止氧化，特别是对于较活泼的金属，氧含量过高甚至有发生燃烧或爆炸的危险，因此，加工过程需要置于惰性气体气密环境中，透镜防尘用气同样需使用惰性气体，而大型多工位选择性激光烧结熔化设备气密透镜数量多、加工时间长，例如四振镜四 工位设备有十六块透镜，因此需要在整个长时间加工过程中防尘与冷却。这将消耗大量惰性气体，导致生产成本增加。
因此，为解决以上问题，需要一种能够在透镜内表面周围形成锥形高速气幕墙，使透镜内表面周围形成一个洁净的空间，有效防止成型仓内的金属粉尘沾附在透镜表面的选择性激光烧结融化设备，同时，该设备在加工过程中利用成型仓内的惰性气体由高压气泵输进环形气幕装置中对透镜进行防尘与冷却，在加工前和加工完成后使用洁净空气通入环形气幕装置对透镜进行防尘与冷却，因此可节省大量惰性气体，降低了生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种能够在透镜内表面形成锥形高速气幕墙，使透镜内表面周围形成一个洁净的空间，有效防止成型仓内的金属粉尘沾附在透镜表面的选择性激光烧结融化设备，同时，该设备在加工过程中利用成型仓内的惰性气体由高压气泵输进环形气幕装置中对透镜进行防尘与冷却，在加工前和加工完成后使用洁净空气通入环形气幕装置对透镜进行防尘与冷却，因此可节省大量惰性气体，降低了生产成本。
本发明的选择性激光烧结熔化设备，包括密封成型仓、设置于密封成型仓外的激光振镜、设置于所述密封成型仓表面用于使所述激光振镜投射出的激光进入密封成型仓内的透镜、设置于密封成型仓内的零件加工平台、用于在所述加工平台上铺设粉末的铺粉刮刀、固定于所述密封成型仓内壁并与所述透镜相对应的环形气幕装置以及用于为所述环形气幕装置提供气体的气体源；所述环形气幕装置设有用于使激光穿过的中心孔、围绕所述中心孔设置的环形气体流道、沿周向分布于所述中心孔内圆的气幕孔和吹扫孔，所述气幕孔用于使排出的气体形成锥形气幕，所述吹扫孔用于引导气体吹向透镜的内表面；
本发明的选择性激光烧结熔化设备还包括过滤器和高压气泵；还包括过滤器和高压气泵；所述空气源包括空气源和惰性气体源，所述惰性气体源用于向密封成型仓内充入惰性气体，所述密封成型仓内的惰性气体通过过滤器过滤后由所述高压气泵加压输送至所述环形气幕装置；
进一步，所述中心孔包括同轴设置的第一孔段和第二孔段；所述第一孔段和第二孔段均为喇叭状沉头孔，所述吹扫孔沿周向均匀分布于第一孔段的内圆上；所述气幕孔沿周向均匀分布于第二孔段的内圆上；
进一步，所述环形气幕装置上还设有与所述环形气体流道同轴的环形冷却水道以及通过水管与环形冷却水道连通的冷却水源；
进一步，所述环形气幕装置端面上还设有多个与中心孔同轴的密封环槽；
本发明的选择性激光烧结熔化设备还包括变频器，所述变频器用于控制所述惰性气体输送至环形气幕装置的压力和流量；
进一步，所述吹扫孔的孔心线与环形气幕装置端面之间形成的夹角范围为：5°-15°，所述气幕孔的孔心线与环形气幕装置端面之间形成的夹角范围为：60°-80°；
本发明的选择性激光烧结熔化设备还包括控制器以及信号连接于所述控制器的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀；所述第一电磁阀用于控制惰性气体源向密封成型仓内冲入惰性气体；所述第二电磁阀用于控制冷却水源向环形气幕装置注入冷却水；所述第三电磁阀用于控制空气源向环形气幕装置冲入空气；所述第四电磁阀用于控制密封成型仓内的惰性气体进入过滤器，所述第五电磁阀用于控制由过滤器过滤后的气体进入密封成型仓内，所述第六电磁阀用于控制由过滤器过滤后的气体进入高压气泵；
进一步，所述环形气幕装置的惰性气体入口、空气入口和冷却水入口均设置于环形气幕装置的外圆面上。
本发明的有益效果是：本发明的选择性激光烧结熔化设备，加工开始前与加工完成后，控制系统发出控制信号，使空气源向气幕装置中通入洁净空气，对透镜防尘、除尘，在加工过程中，控制系统发出信号，使惰性气体源向密封成型仓内充入惰性气体，对仓内空气进行置换，降低氧含量，当氧含量达到加工要求时，光路系统开始工作，同时控制系统控制仓内的惰性气体进行过滤后一部分返回仓内，另一部分通入环形气幕装置内，利用仓内的惰性气体对滤镜 进行防尘、除尘，通过惰性气体的循环利用可节省大量惰性气体，降低了生产成本，另外，清洁空气或惰性气体进入到环形气幕装置内的环形气体流道后，气体分别通过气幕孔和吹扫孔流出，气幕孔和吹扫孔分别引导气体吹向零件加工平台和透镜的内表面，气幕孔沿环形气幕装置的周向均匀，同时该气幕孔的出气端朝向环形气幕装置的轴向中线侧倾斜，使气幕孔排出气体能够形成锥形气幕，起到防尘作用，由吹扫孔吹出的气体吹向透镜内表面，起到对透镜形成冷却和除尘的作用，同时气体到达透镜表面后会向下形成气流，进一步起到防尘作用，因此，利用本发明的环形气幕装置能够有效防止成型仓内的金属粉尘沾附在透镜表面还能对透镜径向降温，避免透镜过热。
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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的环形气幕装置的轴测图；
图3为本发明的环形气幕装置的俯视图；
图4为图3中A处的剖视图；
图5为本发明的环形气幕装置的气流方向示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图。如图所示，本实施例的选择性激光烧结熔化设备，包括密封成型仓、设置于密封成型仓外的激光振镜7、设置于所述密封成型仓表面用于使所述激光振镜7投射出的激光进入密封成型仓内的透镜9、设置于密封成型仓内的零件加工平台10、用于在所述加工平台上铺设粉末的铺粉刮刀25、固定于所述密封成型仓内壁并与所述透镜9相对应的环形气幕装置8以及用于为所述环形气幕装置8提供气体的气体源；所述环形气幕装置8设有用于使激光穿过的中心孔、围绕所述中心孔设置的环形气体流道、沿周向分布于所述中心孔内圆的气幕孔19和吹扫孔20，所述气幕孔19用于使排出的气体形成锥形气幕25，所述吹扫孔20用于引导气体吹向透镜9的内表面；本发明的选择性激光烧结熔化设备，加工开始前与加工完成后，控制系统发出控制信号，使空气源5 向气幕装置8中通入洁净空气，对透镜9防尘、除尘，在加工过程中，控制系统发出信号，使惰性气体源1向密封成型仓内充入惰性气体，对仓内空气进行置换，降低氧含量，当氧含量达到加工要求时，光路系统开始工作，同时控制系统控制仓内的惰性气体进行过滤后一部分返回仓内，另一部分通入环形气幕装置8内，利用仓内的惰性气体对滤镜进行防尘、除尘，通过惰性气体的循环利用可节省大量惰性气体，降低了生产成本，另外，清洁空气或惰性气体进入到环形气幕装置8内的环形气体流道23后，气体分别通过气幕孔19和吹扫孔20流出，气幕孔19和吹扫孔20分别引导气体吹向零件加工平台10和透镜9的内表面，气幕孔19沿环形气幕装置8的周向均匀，同时该气幕孔19的出气端朝向环形气幕装置8的轴向中线侧倾斜，使气幕孔19排出气体能够形成锥形气幕25，起到防尘作用，由吹扫孔20吹出的气体吹向透镜9内表面，起到对透镜9形成冷却和除尘的作用，同时气体到达透镜9表面后会向下形成气流，进一步起到防尘作用，因此，利用本发明的环形气幕装置8能够有效防止成型仓内的金属粉尘沾附在透镜9表面还能对透镜9径向降温，避免透镜9过热。
本实施例的选择性激光烧结熔化设备还包括过滤器16和高压气泵12；所述空气源包括空气源5和惰性气体源1，所述惰性气体源1用于向密封成型仓内充入惰性气体，所述密封成型仓内的惰性气体可通过过滤器16过滤后由所述高压气泵12加压输送至所述环形气幕装置8，当本装置在加工过程中，惰性气体源1向密封成型仓内充入惰性气体，对仓内空气进行置换，降低仓内的氧含量，当仓内的氧含量达到加工要求时，光路系统开始工作，同时仓内的惰性气体在控制系统的控制下输送至过滤器16，过滤后的一部分惰性气体通过管路输送回仓内，另一部分的惰性气体通过管路通入环形气幕装置8内，利用仓内的惰性气体对滤镜进行防尘、除尘，通过惰性气体的循环利用可节省大量惰性气体，降低了生产成本。
本实施例中，所述中心孔包括同轴设置的第一孔段21和第二孔段22；所述第一孔段21和第二孔段22均为喇叭状沉头孔，所述吹扫孔20沿周向均匀分布于第一孔段21的内圆上；所述气幕孔19沿周向均匀分布于第二孔段22的内圆上； 由于喇叭状沉头孔的内圆为斜面，因此，吹扫孔20和气幕孔19也将向环形气幕装置8的中心线一侧倾斜，使气幕孔19吹出的气体能够形成锥形气幕25，而吹扫孔20吹出的气体能够吹向透镜9的内表面。
本实施例中，所述环形气幕装置8上还设有与所述环形气体流道同轴的环形冷却水道24以及通过水管与环形冷却水道24连通的冷却水源4，本设备在加工过程中，冷却水源4可向环形气幕装置8内的环形冷却水道24通入循环冷却水，利用冷却水对密封成型仓顶板和环形气幕装置8内的气体进行冷却，经过冷却后温度较低气体吹向透镜9的内表面，使之得到冷却，防止在加工过程中透镜9过热。
本实施例中，所述环形气幕装置8端面上还设有多个与中心孔同轴的密封环槽18；所述环形气体流道23和环形冷却水道24均为设置于环形气幕装置8端面上的环槽结构，因此，环形气体流道23和环形冷却水道24均通过密封成型仓的顶板进行封闭，为提高环形气体流道23和环形冷却水道24，本实施例的密封环槽18设有三道，分别位于环形气体流道23与气幕装置8的中心孔之间、环形气体流道23与环形冷却水道24之间以及环形冷却水道24与气幕装置8的外圆之间，密封槽内可设置现有的任意结构的密封圈，避免本设备在工作过程中气体或冷却水发生泄漏。
本实施例的选择性激光烧结熔化设备还包括变频器14，所述变频器14用于控制所述惰性气体输送至环形气幕装置8的压力和流量，该变频器14通过控制高压气泵12进口管路中的电磁阀的工作，进而根据实际加工需求，控制通入环形气幕装置8内的惰性气体的流量和压力，从而达到节能效果。
本实施例中，所述吹扫孔20的孔心线与环形气幕装置8端面之间形成的夹角范围为：5°-15°，所述气幕孔19的孔心线与环形气幕装置8端面之间形成的夹角范围为：60°-80°，可根据本设备密封成型仓的高度，以及透镜9的大小尺寸对以上角度径向适应性调节。
本实施例的选择性激光烧结熔化设备还包括控制器11以及信号连接于所述控制器11的第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀6、第四电磁阀17、第五电磁阀13和第六电磁阀15；所述第一电磁阀2用于控制惰性气体源1向密封成型 仓内冲入惰性气体；所述第二电磁阀3用于控制冷却水源4向环形气幕装置8注入冷却水；所述第三电磁阀6用于控制空气源5向环形气幕装置8冲入空气；所述第四电磁阀17用于控制密封成型仓内的惰性气体进入过滤器16，所述第五电磁阀13用于控制由过滤器16过滤后的气体进入密封成型仓内，所述第六电磁阀15用于控制由过滤器16过滤后的气体进入高压气泵12；当然，控制器11还可控制激光振镜7、过滤器16以及高压气泵12的工作，通过控制器11向本设备的各装置以及各个电磁阀发出的控制信号，使环形气幕装置8在不同的工况下通入空气或惰性气体，并且根据实际加工需求，控制气体的流量和压力，提高本设备的自动化和智能化。
本实施例中，所述环形气幕装置8的惰性气体入口、空气入口和冷却水入口均设置于环形气幕装置8的外圆面上，高压气泵12的出口、空气源5出口以及冷却水源4出口分别通过独立管路连接于惰性气体入口、空气入口和冷却水入口。
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 (9)

1.一种选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：包括密封成型仓、设置于所述密封成型仓外的激光振镜、设置于所述密封成型仓表面用于使所述激光振镜投射出的激光进入密封成型仓内的透镜、设置于密封成型仓内的零件加工平台、用于在所述加工平台上铺设粉末的铺粉刮刀、固定于所述密封成型仓内壁并与所述透镜相对应的环形气幕装置以及用于为所述环形气幕装置提供气体的气体源；
所述环形气幕装置设有用于使激光穿过的中心孔、围绕所述中心孔设置的环形气体流道、沿周向均匀分布于所述中心孔内圆并与所述环形气体流道连通的气幕孔和吹扫孔，所述气幕孔用于使排出的气体形成锥形气幕，所述吹扫孔用于引导气体吹向透镜的内表面。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：还包括过滤器和高压气泵；所述空气源包括空气源和惰性气体源；所述惰性气体源用于向密封成型仓内充入惰性气体，所述密封成型仓内的惰性气体可通过过滤器过滤后由所述高压气泵加压输送至所述环形气幕装置。
3.根据权利要求2所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：所述环形气幕装置的中心孔包括同轴设置的第一孔段和第二孔段；所述第一孔段和第二孔段均为喇叭状沉头孔，所述吹扫孔沿周向均匀分布于第一孔段的内圆上；所述气幕孔沿周向均匀分布于第二孔段的内圆上。
4.根据权利要求3所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：所述环形气幕装置上还设有与所述环形气体流道同轴的环形冷却水道以及用于向所述环形冷却水道注入冷却水的冷却水源。
5.根据权利要求4所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：所述环形气幕装置端面上还设有多个与中心孔同轴的密封环槽。
6.根据权利要求5所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：还包括变 频器，所述变频器用于控制所述惰性气体输送至环形气幕装置的压力和流量。
7.根据权利要求6所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：所述吹扫孔的孔心线与环形气幕装置端面之间形成的夹角范围为：5°-15°，所述气幕孔的孔心线与环形气幕装置端面之间形成的夹角范围为：60°-80°。
8.根据权利要求7所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：还包括控制器以及信号连接于所述控制器的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀；所述第一电磁阀用于控制惰性气体源向密封成型仓内冲入惰性气体；所述第二电磁阀用于控制冷却水源向环形冷却水道注入冷却水；所述第三电磁阀用于控制空气源向环形气幕装置冲入空气；所述第四电磁阀用于控制密封成型仓内的惰性气体进入过滤器，所述第五电磁阀用于控制由过滤器过滤后的气体进入密封成型仓内，所述第六电磁阀用于控制由过滤器过滤后的气体进入高压气泵。
9.根据权利要求8所述的选择性激光烧结熔化设备，其特征在于：所述环形气幕装置的惰性气体入口、空气入口和冷却水入口均设置于环形气幕装置的外圆面上。
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