CN106735197B - 用于制造三维物体的设备及其移动式除烟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造三维物体的移动式除烟装置，包括集尘单元，用于收集和过滤制造三维物体过程产生并通过气流带入的烟尘；吸气单元，包括载体、设置在载体上的吸嘴，集尘单元通过管道一端与吸嘴相连，气流从吸嘴进入集尘单元过滤后，从管道另一端流出；运动单元，与载体连接，通过运动单元的移动实现吸嘴在制造三维物体的加工幅面的移动；以及控制单元，用于控制运动单元的移动以及吸气单元的气流量。本发明的用于制造三维物体的移动式除烟装置，能够跟随能量束对粉末材料的扫描移动而移动，除烟区的大小可根据需要进行调节，除烟效率高，能够覆盖的除烟工作幅面更广，解决了气流不易将烟尘从大的加工幅面吹离的问题，而且该装置结构简单，操作灵活。

Description

用于制造三维物体的设备及其移动式除烟装置
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于制造三维物体的设备及其除烟装置。
背景技术
常见的金属增材制造方法包括利用能量束（如激光或者电子束）在粉末材料的铺送层上有选择性的进行扫描，并通过逐层的扫描固化累加而最终获得金属三维物体。在此过程中，能量束的扫描位置为待制造的三维物体在该层相对应的横截面部位，该部位所对应的粉末材料在与能量束作用后实现固化，随后在完成的扫描层上继续铺送一层新的粉末，继续根据三维物体在新的粉末层相对应的横截面部位扫描。
粉末材料与能量束作用的过程中容易产生烟尘，烟尘包括凝结成团的颗粒、未固化的颗粒等等，烟尘不仅污染制造环境，影响三维制造装备的光学系统，而且影响后续粉末的固化质量，造成固化过程中的不均匀，损害三维物体的制造质量。
现有技术中通常会在三维制造设备的制造腔体内引入气流，将烟尘吹走，但存在将待固化的材料吹走的现象。另外，对于具有更大幅面的制造区域，气流难以将烟尘吹离制造幅面。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于制造三维物体的设备及其移动式除烟装置，能有效去除粉末材料与能量束作用时产生的烟尘，而且适合于各种大小加工幅面的制造三维物体的工作平台。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种制造三维物体的移动式除烟装置，包括集尘单元，用于收集和过滤制造三维物体过程产生并通过气流带入的烟尘；吸气单元，包括载体、设置在载体上的吸嘴，集尘单元通过管道一端与吸嘴相连，气流从吸嘴进入集尘单元过滤后，从管道另一端流出；运动单元，与载体连接，通过运动单元的移动实现吸嘴在制造三维物体的加工幅面的移动；以及控制单元，用于控制运动单元的移动以及吸气单元的气流量。
作为本发明的进一步优选方案，所述运动单元包括驱动在X方向运动的X轴电机、X轴导轨、X轴滑块、X轴同步带轮、X轴同步带，和驱动在Y方向运动的Y轴电机、Y轴导轨、Y轴滑块、Y轴同步带轮、Y轴同步带，X轴电机带动X轴同步带和X轴同步带轮转动，X轴滑块通过与X轴同步带固定，使得X轴滑块沿X轴导轨在X轴方向移动，Y轴电机带动Y轴同步带和Y轴同步带轮转动，Y轴滑块通过与Y轴同步带固定，使得Y轴滑块沿Y轴导轨在Y轴方向移动，其中，Y轴导轨、Y轴同步带轮、Y轴同步带和Y轴滑块设置在X轴滑块上，通过X轴滑块在X轴导轨上的移动和Y轴滑块在Y轴导轨上的移动，实现运动单元在加工幅面的平面移动。
作为本发明的进一步优选方案，所述运动单元还包括驱动在Z方向运动的Z轴电机、Z轴导轨、Z轴丝杠、Z轴滑块和固定块， 其中固定块与Y轴滑块连接，Z轴导轨和Z轴丝杠设置在固定块上，Z轴电机驱动Z轴丝杠运动从而使Z轴滑块沿Z轴导轨运动，实现运动单元在加工幅面的上下移动。
作为本发明的进一步优选方案，所述吸嘴为倒置的漏斗形状。
作为本发明的进一步优选方案，所述载体是一种悬臂结构。
本发明还提供了一种用于制造三维物体的设备，包括上述任一项所述的制造三维物体的移动式除烟装置。
本发明的有益效果为：本发明的用于制造三维物体的移动式除烟装置，能够跟随能量束对粉末材料的扫描移动而移动，除烟区的大小可根据需要进行调节，除烟效率高，能够覆盖的除烟工作幅面更广，解决了气流不易将烟尘从大的加工幅面吹离的问题，而且该装置结构简单，操作灵活。
附图说明
图1为根据本发明提供的具有除烟装置的制造三维物体的设备示意图；
图2为图1除烟装置中在XY轴方向的结构示意图；
图3为图1除烟装置中在Z轴方向的结构示意图；
图4为图1-3所示结构在分区扫描时的除烟示意图；
图5为图1-3所示结构在大幅面分区扫描的除烟示意图。
图中部件标记如下：
1、激光器；2、振镜；3、控制器；4、空压机；5、集尘器；6、铺粉装置；7、运动单元；8、激光束；9、吸嘴；10、气源；11、气孔；12、加工幅面；13、管道；7-1、X轴同步带轮；7-2、Y轴电机；7-3、Y轴导轨；7-4、X轴同步带；7-5、X轴电机；7-6、X轴导轨；7-7、Y轴同步带；7-8、Y轴滑块；7-9、X轴滑块；7-10、Y轴同步带轮；7-11、Z轴电机； 7-12、Z轴丝杠；7-13、固定块；7-14、Z轴导轨；7-15、Z轴滑块；7-16、载体。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。
图1为根据本发明提供的具有除烟装置的制造三维物体的设备示意图，图2为图1除烟装置中在XY轴方向的结构示意图，图3为图1除烟装置中在Z轴方向的结构示意图。如图所示，本实施例中示出的是一种选区激光熔化设备， 其中除烟装置包括吸气单元、集尘器5、运动单元7和控制器3，其中集尘器5用于收集和过滤制造三维物体过程产生并通过气流带入的烟尘；其中吸气单元包括载体7-16、设置在载体上的吸嘴9，集尘器5通过管道13一端与吸嘴9相连，气流从吸嘴9进入集尘器5过滤后，从管道13另一端流出；其中运动单元7与载体7-16连接，通过运动单元7的移动实现吸嘴在制造三维物体的加工幅面12的移动；控制器3用于控制运动单元7的移动以及吸气单元的气流量。
设备工作时，为了避免粉末在激光扫描时被氧化，通常选区激光熔化设备内引入保护气体，保护气体由气源10产生，通过气孔11进入在设备腔体内形成保护氛围。铺粉装置6先将一层粉末材料涂覆铺送在加工幅面12上，激光器1发射激光束8通过振镜2的偏转后，导入加工幅面12对三维物体在该幅面的横截面相对应的粉末区域实施扫描固化。除烟装置通过控制器3控制运动7跟随激光束8的扫描运动至烟尘区域后，控制器3控制与吸嘴9通过管道13相连的空压机4开启，在吸嘴9处形成负压，使得烟尘从吸嘴9处吸入，经过管道13一端进入集尘器5内进行过滤处理，处理后的洁净气体经管道13另一端可再次从气孔11输入工作腔体，实现气体的循环使用。
本实施例中，运动单元7采用以下结构，如图2所示，包括设置在加工幅面12两端的X轴导轨7-6、X轴同步带轮7-1、X轴同步带7-4以及X轴电机7-5，在X方向驱动时，在控制器3的控制下，X轴电机7-5带动X轴同步带7-4和X轴同步带轮7-1转动，X轴滑块7-9与X轴同步带7-4固定，因此X轴滑块7-9沿着X轴导轨7-6移动，从而实现X轴滑块7-9在X轴方向上的运动；
同理，在Y方向驱动时，在控制器3的控制下，Y轴电机7-2带动Y轴同步带7-7和Y轴同步带轮7-10转动，Y轴滑块7-8与Y轴同步带7-7固定，因此Y轴滑块7-8沿着Y轴导轨7-3移动，从而实现Y轴滑块7-8在Y轴方向上的运动。其中，Y轴导轨7-3、Y轴同步带7-7、Y轴滑块7-8和Y轴同步带轮7-10设置在X轴滑块7-9上，通过X轴滑块7-9在X轴导轨7-6上的移动和Y轴滑块7-8在Y轴导轨7-3上的移动，实现运动单元7在加工幅面12的平面移动。
在一种更为优选的方案中，还可以设置运动单元7在Z方向移动，如图3所示，运动单元7还可以设置Z方向的Z轴电机7-11、Z轴丝杠7-12、Z轴导轨7-14、Z轴滑块7-15和固定块7-13，其中固定块7-13与Y轴滑块7-8连接，Z轴导轨7-14和Z轴丝杆7-12设置在固定块7-13上，Z轴电机7-11驱动Z轴丝杠7-12运动从而使Z轴滑块7-15沿Z轴导轨7-14运动，实现运动单元7在加工幅面的上下移动。
值得注意的是，这里的XYZ指的是基于加工幅面的三维空间指向，其中X方向可以设置为粉末的铺送方向，Y方向在工作幅面12内粉末铺送方向具有垂直分量的方向，Z方向为对工作幅面12具有垂直分量的方向，图中示出的XYZ均相互垂直。
吸嘴9是设置在载体7-16上的，可设计成可更换不同大小的口径，形状优选为一种倒置的漏斗。载体7-16与运动单元7相连接从而实现在加工幅面12的运动，载体可以设置在Y轴滑块7-8或者Z轴滑块7-15上。优选的，载体7-16可以是一种悬臂结构，可实现除烟区域的灵活调节。
这里Z轴方向的移动不仅可实现相对于加工幅面12的三维方向移动，而且能给设备的实际工作运行带来方便。在X轴方向铺粉时，为避免吸嘴9与铺粉装置6在工作时的重叠，可以这样处理：当一层粉末全部固化后，在控制器3的操控下，吸嘴7沿Z轴上升到设定高度，为铺粉装置6让出足够铺粉高度空间，开始新一层的粉末铺送。
吸嘴9的移动范围覆盖整个粉末加工区域，工作中可根据设备制造幅面的大小和吸嘴9的负压大小将整个粉末扫描区域灵活的划分成若干小区域，如图4、图5所示，吸嘴9依次在各个小区域内进行烟尘排除工作，直至整个粉层扫描完成。吸嘴9可以选择大小适合的口径，以便能够充分吸收，气体流通量亦可通过控制器3调节，以实现良好的排烟效果。在某一层粉末材料开始固化前，在控制器3的操控下，运动单元7根据规划好的分区扫描路径，将吸嘴9由初始位置沿X轴和Y轴移动至相应扫描区域附近，然后沿Z轴下降一定高度，悬停在粉末烧结平面上空，并实现该区域的除烟工作。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.用于制造三维物体的移动式除烟装置，其特征在于，包括集尘单元，用于收集和过滤制造三维物体过程产生并通过气流带入的烟尘；吸气单元，包括载体、设置在载体上的吸嘴，集尘单元通过管道一端与吸嘴相连，气流从吸嘴进入集尘单元过滤后，从管道另一端流出；运动单元，与载体连接，通过运动单元的移动实现吸嘴在制造三维物体的加工幅面的移动，所述运动单元包括驱动在Z方向运动的Z轴电机、Z轴导轨、Z轴丝杠、Z轴滑块和固定块，其中固定块与Y轴滑块连接，Z轴导轨和Z轴丝杠设置在固定块上，Z轴电机驱动Z轴丝杠运动从而使Z轴滑块沿Z轴导轨运动，实现运动单元在加工幅面的上下移动，所述运动单元在加工幅面的XYZ方向运动，XYZ指的是基于加工幅面的三维空间指向；以及控制单元，用于控制运动单元的移动以及吸气单元的气流量，所述吸嘴的移动范围覆盖整个粉末加工区域，工作中根据设备加工幅面的大小和吸嘴的负压大小将整个粉末扫描区域灵活的划分成若干个小区域，吸嘴选择大小合适的口径，依次在各个小区域内进行烟尘排除工作。
2.根据权利要求1所述的移动式除烟装置，其特征在于，所述运动单元包括驱动在X方向运动的X轴电机、X轴导轨、X轴滑块、X轴同步带轮、X轴同步带，和驱动在Y方向运动的Y轴电机、Y轴导轨、Y轴滑块、Y轴同步带轮、Y轴同步带，X轴电机带动X轴同步带和X轴同步带轮转动，X轴滑块通过与X轴同步带固定，使得X轴滑块沿X轴导轨在X轴方向移动，Y轴电机带动Y轴同步带和Y轴同步带轮转动，Y轴滑块通过与Y轴同步带固定，使得Y轴滑块沿Y轴导轨在Y轴方向移动，其中，Y轴导轨、Y轴同步带轮、Y轴同步带和Y轴滑块设置在X轴滑块上，通过X轴滑块在X轴导轨上的移动和Y轴滑块在Y轴导轨上的移动，实现运动单元在加工幅面的平面移动。
3.根据权利要求1或2所述的移动式除烟装置，其特征在于，所述吸嘴为倒置的漏斗形状。
4.根据权利要求1或2所述的移动式除烟装置，其特征在于，所述载体是一种悬臂结构。
5.一种用于制造三维物体的设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的移动式除烟装置。
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