CN106623921B - 适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法，其包括如下步骤：S1：在金属粉末激光快速成型前，控制成型舱室内的气压为3～5mbar、氧含量为不高于0.05％，开始进行金属粉末激光快速成型；S2：在金属粉末激光快速成型过程中，监视成型舱室内的氧含量，当氧含量超标时，切断激光输出，并通过补气和清洗的方式将氧含量调节至合格水平后，恢复激光输出；S3：在金属粉末激光快速成型完毕后，需要去除零件时，调节成型舱室内的气压达到0.1MPa后，调节氧含量不低于19％，打开成型舱室，取出零件。本发明的优点在于：1、提高了成形过程的质量和安全；2、提高了设备自动化程度，降低了人工成本和成形的报废率；3、提高了取件过程中的人身安全。

Description

适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法
技术领域
本发明涉及一种适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，属于激光选区成型技术领域。
背景技术
金属粉末激光快速成型技术，是先由CAD软件产生零件三维模型，然后由分层软件对三维模型按照一定的厚度进行分层切片处理，获取各截面的几何信息，然后根据切片轮廓设计出扫描轨迹，并将其转化成工作台或振镜XY轴的运动指令。成型时，具有一定功率密度的激光束照射到基材表面，将金属粉末熔化形成熔池，根据给定的各层截面的路径规划，将金属材料逐层扫描堆积，最后制造出金属实体零件。为防止某些金属在成型的过程中氧化，以上过程在一个气氛保护的舱室中进行，使激光成型过程中的金属不被氧化。
目前，主要存在的问题和缺点如下：
1、在金属粉末激光快速成型前，采用置换方式，向舱室内部充入惰性气体，将舱室内部氧气排出去，直至舱室氧含量达到指标才可以成型，但是这样的方式会使舱室内部死角区域滞留大量的氧气，可能导致成型过程中氧含量可能突然升高，造成金属零件的大面积氧化和大量内部缺陷，而且对于活泼金属，存在一定的燃爆危险；
2、在金属粉末激光快速成型过程中，舱室内部氧含量超标后，激光器会继续开光，这样成型的零件容易发生氧化，而且对于一些活泼金属，可能会发生燃爆危险；
3、在成型过程中，由于某种原因，成型舱室内部的氧含量超标，激光器关光，成型过程就此停止，在没有操作人员的干预下，成型的金属零件就报废了；
4、在成型完成后，由于舱室内部存在高浓度氩气，开启舱门后，会对操作人员造成窒息的危险。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前存在的问题，设计提供一种新的适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，保证成型过程的安全、顺利进行以及人员安全。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，其创新点在于，包括如下步骤：
S1：在金属粉末激光快速成型前，控制成型舱室内的气压为3～5mbar、氧含量不高于0.05％,开始进行金属粉末激光快速成型；
S2：在金属粉末激光快速成型过程中，监视成型舱室内的氧含量，当氧含量超标时，切断激光输出，并通过补气和清洗的方式将氧含量调节至合格水平后，恢复激光输出；
S3：在金属粉末激光快速成型完毕后，需要去除零件时，调节成型舱室内的气压达到0.1MPa后，调节氧含量不低于19％，打开成型舱室，取出零件。
作为优选方案，步骤S1和S2包括如下操作：
通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的空气抽除，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止抽真空，惰性气体通过补气阀进入箱体内部，成型舱室内部装有压力传感器，检测成型舱室内部箱体压力，压力控制保持在3～5mbar，待压力超过5mbar后，清洗阀自动排出气体，通过这种方式不断清洗，待箱体内部氧含量达到指标要求方可开始成型；而且在成型过程中，不断地对成型舱室内部补气和排气，使箱体内部氧含量和压力处于一定范围值内。
作为优选方案，步骤S2包括如下操作：
当氧含量超标后，中央控制系统输出高电平，使激光器开关光线路上的继电器断开，激光器关光；中央控制系统控制补气阀，使其自动打开，对成型舱室内部进行补气，待成型舱室内部压力超过5mbar后，清洗阀自动打开，并排出气体，直至氧含量达到指标，中央控制系统输出低电平，使激光器开关光线路上的继电器导通，激光器开光。
作为优选方案，通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的氩气抽出，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止工作，同时箱体进气阀自动打开，空气进入成型成型舱室内部，待成形舱室内部氧含量达到19％以上，打开成型舱室的舱门。
本发明的基本原理在于：
成型前，高效而均匀地排出成型舱室内部氧气，使成型舱室内部不存在氧气超量的死角；成型过程中，将成型舱室内部氧含量浓度与激光器紧密关联，一旦氧含量超标，立即关断激光器，确保成型安全；在成型过程中氧含量超标时，自动补气和清洗，氧含量达标后，导通激光器，保证成型的顺利进行；取件前，采用预抽低真空，使箱体内部氧含量达到安全程度，保证操作人员的安全。
本发明的优点在于：
1、提高了成型过程的质量和安全；
2、提高了设备自动化程度，降低了人工成本和成型的报废率；
3、提高了取件过程中的人身安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的方法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明涉及的一种适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，如图1所示，其包括如下步骤：
1、在金属粉末激光快速成型前，通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的空气抽除，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止抽真空，惰性气体通过补气阀进入箱体内部，成型舱室内部装有压力传感器，检测成型舱室内部箱体压力，压力控制保持在3～5mbar，待压力超过5mbar后，清洗阀自动排出气体，通过这种方式不断清洗，待箱体内部氧含量达到指标要求方可开始成型。而且在成型过程中，不断地对成型舱室内部补气和排气，使箱体内部氧含量和压力处于一定范围值内，这样保证成型舱室内部死角不会存在过多的氧气，不会因此导致成型舱室内部氧含量突然升高，确保金属零件的成型质量以及成型过程安全；
2、在金属粉末激光快速成型过程中，成型舱室内部装有氧传感器，实时监测成型舱室内部的氧含量，由于某种原因，当氧含量超标后，中央控制系统输出高电平，使激光器开关光线路上的继电器断开，激光器关光，确保金属粉末激光快速成型的质量和成型过程的安全；中央控制系统控制补气阀，使其自动打开，对成型舱室内部进行补气，待成型舱室内部压力超过5mbar后，清洗阀自动打开，并排出气体，直至氧含量达到指标，中央控制系统输出低电平，使激光器开关光线路上的继电器导通，激光器开光，确保金属粉末激光快速成型继续进行，提高了设备的自动化程度，降低了成型的报废率。
3、当成型完毕，需要取出零件时，通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的氩气抽出，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止工作，同时箱体进气阀自动打开，空气进入成型舱室内部，待成型舱室内部氧含量达到体积分数的19％～100％之间，成型舱室的舱门才能打开，这样避免操作人员在取件过程出现窒息危险，确保操作人员的安全。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在金属粉末激光快速成型前，控制成型舱室内的气压为3～5mbar、氧含量不高于0.05％,开始进行金属粉末激光快速成型；
S2：在金属粉末激光快速成型过程中，监视成型舱室内的氧含量，当氧含量超标时，切断激光输出，并通过补气和清洗的方式将氧含量调节至合格水平后，恢复激光输出；
S3：在金属粉末激光快速成型完毕后，需要去除零件时，调节成型舱室内的气压达到0.1MPa后，调节氧含量不低于19％，打开成型舱室，取出零件。
2.如权利要求1所述的适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，其特征在于，步骤S1和S2包括如下操作：
通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的空气抽除，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止抽真空，惰性气体通过补气阀进入箱体内部，成型舱室内部装有压力传感器，检测成型舱室内部箱体压力，压力控制保持在3～5mbar，待压力超过5mbar后，清洗阀自动排出气体，通过这种方式不断清洗，待箱体内部氧含量达到指标要求方可开始成型；而且在成型过程中，不断地对成型舱室内部补气和排气，使箱体内部氧含量和压力处于一定范围值内。
3.如权利要求1所述的适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，其特征在于，步骤S2包括如下操作：
当氧含量超标后，中央控制系统输出高电平，使激光器开关光线路上的继电器断开，激光器关光；中央控制系统控制补气阀，使其自动打开，对成型舱室内部进行补气，待成型舱室内部压力超过5mbar后，清洗阀自动打开，并排出气体，直至氧含量达到指标，中央控制系统输出低电平，使激光器开关光线路上的继电器导通，激光器开光。
4.如权利要求1所述的适用于金属粉末激光快速成型的安全控制方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成型舱室内部的氩气抽出，待成型舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止工作，同时箱体进气阀自动打开，空气进入成型成型舱室内部，待成形舱室内部氧含量达到19％以上，打开成型舱室的舱门。
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