CN106738905A - 三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法，其中设备包括窗口镜、激光功率检测器、控制系统以及具有清洁剂清洗和气体清洗的清洗装置，所述窗口镜包括两块或两块以上镜片以及用于安装两块或两块以上镜片的旋转机构，在旋转机构的旋转下使得镜片依次轮流地密闭激光窗口，控制系统在接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器移动到密闭激光窗口的镜片下方并检测激光功率，根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗，以及是否完成清洁度检测并执行工件制造，本发明不仅有效地清洁了窗口镜，而且节省了设备在窗口镜清洁时所需等待的时间，从而提高了设备工作效率。

Description

三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法。

背景技术

增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选区激光熔化技术（Selective Laser Melting，简称SLM）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选区激光熔化工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在活塞已成型零件的上表面，振镜控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个三维实体制造。

现有技术中，粉末材料在高温加热及烧结过程中，由于材料的物理或者化学反应，材料变成气体，聚集并附着在窗口镜片上，大大污染了窗口镜。现有防止镜片被污染的方法主要是吹气吹风法，然而现有技术的吹气吹风无法解决材料在镜片的油化附着情况，且随着温度越高，污染越严重，激光器发出的激光到达材料以用于烧结的功率越低，进而大大制约了烧结高温材料设备的制备。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种有效清洁窗口镜，且节省了设备在窗口镜清洁时所需等待时间的三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维物体制造设备，包括窗口镜、激光功率检测器、控制系统以及具有清洁剂清洗和气体清洗的清洗装置，所述窗口镜包括两块或两块以上镜片以及用于安装两块或两块以上镜片的旋转机构，在旋转机构的旋转下使得镜片依次轮流地密闭激光窗口，控制系统在接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器移动到密闭激光窗口的镜片下方并检测激光功率，根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗，以及是否完成清洁度检测并执行工件制造。

作为本发明的进一步优选方案，所述清洗装置包括清洁剂输出容器、第一阀门、清洗头、气体产生容器、第二阀门以及具有若干个气孔的气体输出喷头，所述清洁剂输出容器通过第一阀门和清洗头相连，所述气体产生容器通过第二阀门与气体输出喷头相连。

作为本发明的进一步优选方案，所述清洗头具有两层海绵，且窗口镜的待清洗镜片在旋转机构的旋转下位于两层海绵之间，并通过清洗头和镜片的相对运动实现镜片的清洗。

作为本发明的进一步优选方案，所述气体输出喷头包括分别位于两层海绵外的两个多孔板，且每层海绵均位于多孔板和镜片之间，以使通过多孔板输出的气体用于对镜片进行风干清洗。

作为本发明的进一步优选方案，所述旋转机构包括第一电机、环形支架和传动机构，所述窗口镜包括四块扇形镜片，且分别对应安装在环形支架的四个扇形区域内，第一电机通过传动机构带动环形支架运动，进而使得镜片依次轮流地密闭激光窗口。

本发明还提供了一种三维物体制造设备的窗口镜清洗方法，所述三维物体制造设备采用上述任一项所述的设备，所述方法包括：

步骤一、当接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器移动到密闭激光窗口的镜片下方；

步骤二、激光功率检测器检测激光功率，并根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗，当需要启用清洗装置清洗时，执行步骤三，否则执行步骤五；

步骤三、控制旋转机构旋转，以使当前密闭激光窗口的镜片旋转到清洗区域由清洗装置清洗，且当窗口镜的下一块镜片移动到密闭激光窗口的下方时停止，并执行下一步骤；

步骤四、判断旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数，且当旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数时，返回执行步骤二，否则执行步骤六；

步骤五、控制激光功率检测器从密闭激光窗口的镜片下方移开，以使激光通过窗口镜实现粉末材料的烧结，结束流程；

步骤六、启动故障报警。

作为本发明的进一步优选方案，所述根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗具体包括：

当检测的激光功率小于或等于设定值时，判断该镜片需要启用清洗装置清洗；

当检测的激光功率大于设定值时，判断该镜片不需要启用清洗装置清洗。

作为本发明的进一步优选方案，所述清洗装置清洗镜片具体包括：

当待清洗的镜片到达清洗区域时，控制第一阀门接通，使得清洁剂输出容器的清洁剂通过清洗头喷出，并通过清洗头和镜片的相对运动实现镜片的清洗；

控制第二阀门接通，使得气体产生容器的气体通过气体输出喷头输出，进而对经过清洗头清洗的镜片进行风干清洗。

作为本发明的进一步优选方案，当设备处于铺粉状态时，发送镜片清洁度检测指令。

作为本发明的进一步优选方案，所述预设圈数为4圈。

本发明的三维物体制造设备及其窗口镜清洗方法具有以下有益效果：

1、通过对镜片进行清洁剂清洗和气体清洗，使得在高温烧结被污染的镜片得到了有效清洁（尤其包括油污清洁），从而提高了激光的使用率；

2、窗口镜通过具有两块或两块以上的镜片，使得其中一块由于被污染而正在被清洗时，另一块可能是干净的镜片便可参与激光烧结工作，从而避免了镜片因清洗而耽搁激光烧结的工作，即提高了设备的工作效率。

附图说明

图1为本发明三维物体制造设备提供的一实施例的结构示意图；

图2为本发明窗口镜的工作状态俯视图；

图3为图2的X-X旋转剖视图；

图4为本发明三维物体制造设备的窗口镜清洗方法提供的一实施例的方法流程图。

图1-图3中部件标记如下：

1、供粉缸，2、成型缸，3、铺粉器，4、镜片，5、激光器，6、振镜，7、控制系统，8、激光功率探测器，9、第二电机，10、环形支架，11、第一电机，12、气体产生容器，13、清洁剂输出容器，14、清洗头，15、气体输出喷头，K1、第一阀门，K2、第二阀门。

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。

如图1所示，三维物体制造设备包括窗口镜、激光功率检测器8、控制系统7以及具有清洁剂清洗和气体清洗的清洗装置，所述窗口镜包括两块或两块以上镜片4以及用于安装两块或两块以上镜片4的旋转机构，在旋转机构的旋转下使得镜片4依次轮流地密闭激光窗口，控制系统7在接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器8移动到密闭激光窗口的镜片4下方并检测激光功率，根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片4是否需要启用清洗装置清洗，以及是否完成清洁度检测并执行工件制造。

所述清洗装置包括清洁剂输出容器13、第一阀门K1、清洗头14、气体产生容器12、第二阀门K2以及具有若干个气孔的气体输出喷头15，所述清洁剂输出容器13通过第一阀门K1和清洗头14相连，所述气体产生容器12通过第二阀门K2与气体输出喷头15相连。所述清洗头14具有两层海绵，且窗口镜的待清洗镜片4在旋转机构的旋转下位于两层海绵之间，并通过清洗头14和镜片4的相对运动实现镜片4的清洗。所述气体输出喷头15包括分别位于两层海绵外的两个多孔板，且每层海绵均位于多孔板和镜片4之间，以使通过多孔板输出的气体用于对镜片4进行风干清洗。

可以理解的是，图1中虽然示出了一种清洗装置的具体结构，但在具体实施中，所述清洗装置还可以为其它具体结构，即可通过控制清洗装置运动而移动地给镜片4进行清洗，当然还可以为其它具体实现方式，在此不做一一例举。另外，所述清洁剂输出容器13中存储的清洁剂可为酒精等其它有机物，或者添加有无机盐的有机物。

具体实施中，上述激光功率检测器8在第二电机9的驱动作用下，使得其可移动到密闭激光窗口的镜片4下方并检测激光功率，或者从密闭激光窗口的镜片4下方移开，以使激光通过窗口镜实现粉末材料的烧结。

如图2和图3所示，所述旋转机构包括第一电机11、环形支架10和传动机构，所述窗口镜包括四块扇形镜片4，且分别对应安装在环形支架10的四个扇形区域内，第一电机11通过传动机构带动环形支架10运动，进而使得镜片4依次轮流地密闭激光窗口。在此需说明的是，图2和图3仅示出了旋转机构的一种优选方式，但本发明不限于这一种方式，在具体实施方式中，所述镜片4还可以为2块、3块、6块等，且旋转机构还可以为其它具体结构，在此不做详细阐述。

优选地，如图2所示，在清洗区域和检测烧结区域还可以设置冷却区域和预热区域，即在冷却区域安装对该区域具有冷却作用的器件，在预设区域安装对该区域具有加热功能的器件，至于其具体是什么器件，由于对于本领域技术人员来说是很清楚地，因此在本发明中不做详细阐述，这样可使镜片4在检测烧结后并在旋转机构的旋转下依次经过冷却区域到达清洗区域，再经过预热区域到达检测烧结区域，如此重复循环，目的是使得镜片4在检测烧结区域的高温后经过冷却区域的降温后到达清洗区域，再经过预热区域的升温后到达检测烧结区域，从而很好地实现了镜片4的温度渐进变化，进而延长了镜片4的使用寿命。

在此需说明的是，本发明主要保护的是一种具有有效清洁功能，且提高设备工作效率的设备，因此，在上述的文字描述中，对于设备的其它现有部件没有做详细阐述，如图1所示，该设备还包括供粉缸1、成型缸2、铺粉器3、振镜6和激光器5等。

如图4所示，本发明还提供了一种三维物体制造设备的窗口镜清洗方法，所述三维物体制造设备采用上述任一实施例所述的设备，所述方法包括：

步骤41、当接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器8移动到密闭激光窗口的镜片4下方；

步骤42、激光功率检测器8检测激光功率，并根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片4是否需要启用清洗装置清洗，当需要启用清洗装置清洗时，执行步骤43，否则执行步骤45；

步骤43、控制旋转机构旋转，以使当前密闭激光窗口的镜片4旋转到清洗区域由清洗装置清洗，且当窗口镜的下一块镜片4移动到密闭激光窗口的下方时停止，并执行下一步骤；

步骤44、判断旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数，且当旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数时，返回执行步骤42，否则执行步骤46；

步骤45、控制激光功率检测器8从密闭激光窗口的镜片4下方移开（如图2所示，从检测位置移动到非检测位置），以使激光通过窗口镜实现粉末材料的烧结，结束流程；

步骤46、启动故障报警。可以理解的是，流程执行到这一步骤说明镜片4在经历多次清洗后仍不干净，为了不耽搁烧结工作，因此采用该步骤启动故障报警。在执行该步骤后还可包括通知维修人员更换镜片4或者继续完成烧结工作，具体怎么操作可根据设计需要具体设定，在此不做详细阐述。

上述步骤42中，所述根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片4是否需要启用清洗装置清洗具体包括：

当检测的激光功率小于或等于设定值时，判断该镜片4需要启用清洗装置清洗；

当检测的激光功率大于设定值时，判断该镜片4不需要启用清洗装置清洗。

上述设定值可由设计人员根据需求具体设定，例如其可设置为激光器5输出的理论激光功率的95%，即当检测的激光功率小于或等于理论激光功率的95%时，此时说明镜片4已被污染，则判断该镜片4需要启用清洗装置清洗。当然，设定值的具体数值在本发明不做任何限制。

具体实施中，所述清洗装置清洗镜片4具体包括：

当待清洗的镜片4到达清洗区域时，控制第一阀门K1接通，使得清洁剂输出容器13的清洁剂通过清洗头14喷出，并通过清洗头14和镜片4的相对运动实现镜片4的清洗；

控制第二阀门K2接通，使得气体产生容器12的气体通过气体输出喷头15输出，进而对经过清洗头14清洗的镜片4进行风干清洗。

具体实施中，第二阀门K2比第一阀门K1滞后一定时间接通，以使清洗头14对镜片4进行清洁剂清洗干净后，再由气体输出喷头15输出的其它对清洗后的镜片4进行风干处理。

步骤44的预设圈数可由设计人员综合设备工作效率以及激光利用率确定，例如可为4圈，当然还可以为其它具体数值，在此不做一一例举。

优选地，当设备处于铺粉状态时，发送镜片清洁度检测指令，这样便可避免镜片4检测占用烧结工作时间，即进一步提高了设备工作效率。但在具体实施中，镜片清洁度检测指令还可根据设计需求具体设定，例如可在每一层烧结开始发送一次镜片清洁度检测指令，或者每几层烧结开始发送一次镜片清洁度检测指令。

在此需说明的是，本发明上文描述的清洗区域是指镜片4清洗所在位置，其可以不是一个固定位置；同理，上文的检测烧结区域、冷却区域和加热区域也是如此。

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 (10)

1.一种三维物体制造设备，其特征在于，包括窗口镜、激光功率检测器、控制系统以及具有清洁剂清洗和气体清洗的清洗装置，所述窗口镜包括两块或两块以上镜片以及用于安装两块或两块以上镜片的旋转机构，在旋转机构的旋转下使得镜片依次轮流地密闭激光窗口，控制系统在接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器移动到密闭激光窗口的镜片下方并检测激光功率，根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗，以及是否完成清洁度检测并执行工件制造。

2.根据权利要求1所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述清洗装置包括清洁剂输出容器、第一阀门、清洗头、气体产生容器、第二阀门以及具有若干个气孔的气体输出喷头，所述清洁剂输出容器通过第一阀门和清洗头相连，所述气体产生容器通过第二阀门与气体输出喷头相连。

3.根据权利要求2所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述清洗头具有两层海绵，且窗口镜的待清洗镜片在旋转机构的旋转下位于两层海绵之间，并通过清洗头和镜片的相对运动实现镜片的清洗。

4.根据权利要求2或3所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述气体输出喷头包括分别位于两层海绵外的两个多孔板，且每层海绵均位于多孔板和镜片之间，以使通过多孔板输出的气体用于对镜片进行风干清洗。

5.根据权利要求1至4任一项所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述旋转机构包括第一电机、环形支架和传动机构，所述窗口镜包括四块扇形镜片，且分别对应安装在环形支架的四个扇形区域内，第一电机通过传动机构带动环形支架运动，进而使得镜片依次轮流地密闭激光窗口。

6.一种三维物体制造设备的窗口镜清洗方法，其特征在于，所述三维物体制造设备采用上述权利要求1至5任一项所述的设备，所述方法包括：

步骤一、当接收到镜片清洁度检测指令时，控制激光功率检测器移动到密闭激光窗口的镜片下方；

步骤二、激光功率检测器检测激光功率，并根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗，当需要启用清洗装置清洗时，执行步骤三，否则执行步骤五；

步骤三、控制旋转机构旋转，以使当前密闭激光窗口的镜片旋转到清洗区域由清洗装置清洗，且当窗口镜的下一块镜片移动到密闭激光窗口的下方时停止，并执行下一步骤；

步骤四、判断旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数，且当旋转机构旋转圈数小于或等于预设圈数时，返回执行步骤二，否则执行步骤六；

步骤五、控制激光功率检测器从密闭激光窗口的镜片下方移开，以使激光通过窗口镜实现粉末材料的烧结，结束流程；

步骤六、启动故障报警。

7.根据权利要求6所述的窗口镜清洗方法，其特征在于，所述根据检测的激光功率与设定值的比较结果判断该镜片是否需要启用清洗装置清洗具体包括：

当检测的激光功率小于或等于设定值时，判断该镜片需要启用清洗装置清洗；

当检测的激光功率大于设定值时，判断该镜片不需要启用清洗装置清洗。

8.根据权利要求6或7所述的窗口镜清洗方法，其特征在于，所述清洗装置清洗镜片具体包括：

当待清洗的镜片到达清洗区域时，控制第一阀门接通，使得清洁剂输出容器的清洁剂通过清洗头喷出，并通过清洗头和镜片的相对运动实现镜片的清洗；

控制第二阀门接通，使得气体产生容器的气体通过气体输出喷头输出，进而对经过清洗头清洗的镜片进行风干清洗。

9.根据权利要求8所述的窗口镜清洗方法，其特征在于，当设备处于铺粉状态时，发送镜片清洁度检测指令。

10.根据权利要求9所述的窗口镜清洗方法，其特征在于，所述预设圈数为4圈。