CN107671292B - 回收slm成型基板上残留粉末的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法，其中装置包括设有手套箱入口的工作仓，工作仓通过惰性气体管与储气罐连通，在工作仓内设置具有夹具的转轴，转轴下方设有从工作仓的内侧面向内下斜延伸的粉末引导面，粉末引导面的最低处设有连接杂质收集桶的过滤筛，过滤筛的下方连接粉末收集桶，过滤筛和夹具与设于工作仓外的振动器连接，在粉末收集桶的侧壁或底面通过气体循环筛连接鼓风机的进风口，鼓风机的出风口通过气体循环管连通至转轴上方的工作仓内部。本发明能够对基板和零件上的残留粉末进行有效回收，并且有效保持了工作仓内的清洁，还可避免在多次放入或取出基板和零件时惰性气体的大量流失，有效节省了生产成本。

Description

回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法

技术领域

本发明涉及粉末回收装置及回收方法，具体的讲是回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法。

背景技术

增材制造又称3D打印，能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料，具有复杂物品成型的成本优势，能够进行个性化定制服务，简化了生产流程，而且生产过程中节能环保。目前已广泛应用于航空航天、生物医疗、军工、建筑、汽车、珠宝、模具等行业。

激光选区熔化(Selective laser melting，SLM)、是增材制造的一种成型方式，它是使用激光照射预先铺展好的金属粉末，粉末熔化一层，基板下降一层，再铺一层粉，再熔化一层，逐层累加，直到零件加工完成。金属零件成型完毕后，将完全被粉末覆盖。这些粉末需要回收起来循环利用。但是由于成型零件结构复杂，尤其对于自由曲面零件、多孔结构零件和中空结构零件，粉末难以清除。再加上复杂零件需要添加很多支撑，如各种点支撑、线支撑、树形支撑、网状支撑、锥形支撑、块状支撑等。加工结束后，零件和支撑上会残留很多粉末，很难完全清理干净。这些粉末如不进行清理和回收，会对环境造成污染，并且经济性差，造成严重浪费。

专利号为201520323000.5的中国专利公开了一种选择性激光烧结用清粉设备，利用封闭的清粉环境，采用高压气体喷射装置，对激光选区烧结工艺后的残余粉末进行回收。

申请号为201510633551.6的中国专利公开了一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置，在密封舱内利用高压气枪，对成型基板和零件进行吹扫，从而回收粉末。

专利号201620525321.8的中国专利公开了一种3D打印零件粉末清理设备，通过震动和旋转零件的方式清理粉末。

上述方法都对增材制造后成型零件上的残余粉末进行了清理。但是，都没有专门针对SLM成型后的基板和成型零件上的残余粉末回收进行深入研究。而且，不管是气体喷射吹扫，还是旋转震动，工作仓内的粉末容易四处飞扬，粉末一旦粘接在工作仓的内壁上便很难清理干净。尤其对于内外部结构复杂的零件和支撑，现有技术都难以很好地实现残余粉末的清理。并且，在将基板和成型零件多次放入或取出工作仓时，都会造成工作仓内的惰性气体大量流失，由于惰性气体的成本较高，因此当多次放入或取出基板和成型零件时，会造成生产成本的大幅提高。

发明内容

本发明提供了一种回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法，对基板和成型零件上的残留粉末进行有效回收，并且保持工作仓内的清洁，防止工作仓内的粉末四处飞扬，还可避免在多次放入或取出基板和成型零件时工作仓内的惰性气体大量流失。

本发明涉及回收SLM成型基板上残留粉末的装置，包括设有手套箱入口的工作仓，工作仓通过惰性气体管与外设的用于存储惰性气体的储气罐连通，在手套箱入口下方的工作仓内设置具有夹具的转轴，转轴下方设有从工作仓的内侧面向内下斜延伸的粉末引导面，粉末引导面的最低处设有连接杂质收集桶的过滤筛，过滤筛的下方连接粉末收集桶，过滤筛和夹具与设于工作仓外的振动器连接，在粉末收集桶的侧壁通过气体循环筛连接鼓风机的进风口，鼓风机的出风口通过气体循环管连通至转轴上方的工作仓内部。

优选的，气体循环管的出口处设有软管。

进一步的，转轴的上方与手套箱入口的对应位置设有由外延伸至工作仓内并可与工作仓相通的过渡仓，过渡仓通过惰性气体管与储气罐连通，在过渡仓的外门上设有外门闭锁装置。

优选的，设有与过渡仓连通的真空泵，在过渡仓的内门上设有内门闭锁装置。

可选的，过渡仓上设有时间指示装置。

可选的，过渡仓上设有压力表。

进一步的，过渡仓上设有过渡仓氧含量监测仪。

可选的，过渡仓设于工作仓的侧面。

进一步的，工作仓上设有工作仓氧含量监测仪。

在此基础上，惰性气体管上设有压力阀。

进一步的，惰性气体管与工作仓对应的喷嘴位于工作仓内。

可选的，所述的振动器为超声波振动器。

本发明还提供了一种用于上述回收装置的粉末回收方法，包括：将附着有金属粉末的基板和成型零件放入工作仓，并通过手套箱入口将其固定于夹具上，封闭工作仓后由储气罐通过惰性气体管向工作仓内通入惰性气体，转动连接夹具的转轴使成型零件朝下，开启所述的鼓风机和连接过滤筛和夹具的振动器，使基板和成型零件上附着的金属粉末在夹具的振动和通过鼓风机在工作仓内形成的循环气流的作用下沿粉末引导面落至过滤筛上，并通过过滤筛的振动和过滤使可用的金属粉末下落到粉末收集桶中，金属粉末收集完成后，将过滤筛上的杂质清理至杂质收集桶中。

进一步的，在对金属粉末回收的过程中，通过手套箱入口手持气体循环管的出口处设置的软管对基板和成型零件的指定部位进行惰性气体的喷冲。

在此基础上，将基板和成型零件放入工作仓前，先将其放入与工作仓相通的所述过渡仓中，然后将过渡仓的内门开启、外门关闭密封，通过真空泵对过渡仓和工作仓抽真空后，由储气罐通过惰性气体管向工作仓和过渡仓内通入惰性气体直到惰性气体浓度达标，通过手套箱入口将基板和成型零件固定于所述的夹具上；将基板和成型零件取出时，通过手套箱入口将基板和成型零件从工作仓移入过渡仓中，将过渡仓的内门关闭密封、外门开启，取出基板和成型零件。

进一步的，通过过渡仓上设置的时间指示装置观察抽真空的时间。

进一步的，抽真空时，通过过渡仓上设置的压力表观察过渡仓和工作仓的气压。

进一步的，通过过渡仓上设置的过渡仓氧含量监测仪和设置在工作仓上的工作仓氧含量监测仪分别观察通入惰性气体是过渡仓和工作仓内的氧气浓度。

进一步的，在金属粉末的回收过程中，如果工作仓氧含量监测仪显示工作仓内的氧气浓度高于0.8％，则打开储气罐向工作仓通入惰性气体。

进一步的，通过惰性气体管上设置的压力阀控制惰性气体的流速。

进一步的，惰性气体的充气时间为2分钟，充气压力为0.3～0.4Mpa，循环3～5次。

进一步的，振动器对基板的振动频率为120～130Hz，对过滤筛的振动频率为80～90Hz。

进一步的，鼓风机的压力为0.2～0.5Mpa。

本发明的回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法，能够对基板和成型零件上的残留粉末进行有效回收，并且有效保持了工作仓内的清洁，同时还防止了工作仓内的粉末四处飞扬，以及避免在多次放入或取出基板和成型零件时工作仓内的惰性气体大量流失，有效节省了生产成本。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1为本发明回收SLM成型基板上残留粉末的装置的示意图。

图2为本发明回收SLM成型基板上残留粉末的方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明用于回收SLM成型基板上残留粉末的装置，包括设有手套箱入口4的工作仓3，工作仓3通过惰性气体管23与外设的用于存储惰性气体的储气罐21连通，在手套箱入口4下方的工作仓3内设置具有夹具24的转轴14，转轴14下方设有从工作仓3的内侧面向内下斜延伸的粉末引导面16，粉末引导面16的最低处设有连接杂质收集桶28的过滤筛27，过滤筛27的下方连接粉末收集桶17，过滤筛27和夹具24与设于工作仓外的振动器15连接，在粉末收集桶17的侧壁通过气体循环筛18连接鼓风机19的进风口，鼓风机19的出风口通过气体循环管20连通至转轴14上方的工作仓3内部。

操作人员可以通过手套箱入口4将手伸入工作仓3内进行操作。惰性气体能够防止在粉末回收过程中金属粉末被氧化。惰性气体可以是纯度高于99.99％的Ar或N₂。将连接有成型零件26的基板25通过夹具24固定在转轴14上，通过转轴14可以使基板25和成型零件26位于不同的位置进行清粉。通过振动器15震动基板25，使清理下来的金属粉末沿所述的粉末引导面16滑落到粉末收集桶17上方的过滤筛27上，通过振动器15振动过滤筛27使其上面的与筛孔相适应的金属粉末抖落到粉末收集桶17中，杂质在回收完成后扫入杂质收集桶28中。其中振动器15可以为超声波振动器，也可以是气动振动器等其他类型的振动装置。在整个金属粉末的回收过程中，都通过所述的鼓风机19使工作仓3内的气流沿金属粉末回收路径进行循环，形成对金属粉末的气流引导，避免金属粉末在工作仓3内随意飞扬，以及避免粘接在工作仓3内壁上。气体循环筛18的筛孔直径小于所收集的金属粉末的粒径，这样不会使金属粉末通过气体循环筛18，而是保持在粉末收集桶17内。

在此基础上，还可以在气体循环管20的出口处设有软管2，操作人员可以通过手套箱入口4手持软管2通过吹出的气流对基板25和成型零件26进行指定位置进行清粉。在工作仓3的侧面，转轴14的上方与手套箱入口4的对应位置还设有由外延伸至工作仓3内并可与工作仓3相通的过渡仓12，过渡仓12通过惰性气体管23与储气罐21连通，在过渡仓12的外门上设有外门闭锁装置11。通过过渡仓12向工作仓3放入基板25和成型零件26，能够避免将工作仓3的一个侧面或顶面整个开启来放入基板25和成型零件26，造成惰性气体的大量流失。同时，还可以在过渡仓12上设置与之连通的真空泵13，并且，过渡仓12还设有内门6和在内门6上的内门闭锁装置5，这样在放入基板25和成型零件26可以更少的造成惰性气体流失。先通过内门闭锁装置5将内门封闭，通过外门闭锁装置11打开外门，将基板25和成型零件26放入过渡仓12，关闭并密封外门，通过真空泵13对过渡仓12抽真空后，通过惰性气体管23向其通入惰性气体，然后打开内门6，通过手套箱入口4将基板25和成型零件26移入工作仓3并固定在夹具24上。取出基板25和成型零件26时为放入的逆过程，这样最多只会损失过渡仓内的惰性气体，极大减少甚至完全避免了惰性气体的损失。

为了能够在对过渡仓12抽真空及通入惰性气体时有更准确的控制，可以在过渡仓12上设有时间指示装置9、压力表10和过渡仓氧含量监测仪8，来控制操作时间和其内部的压力，以及通过过渡仓氧含量监测仪8控制过渡仓12内的氧含量是否达标。同样的，在工作仓3上设有工作仓氧含量监测仪7，用于观察工作仓3内的氧含量，以确定是否需要通入惰性气体。在惰性气体管23上设有压力阀22，可以控制惰性气体的流速。同时，将惰性气体管23与工作仓3对应的喷嘴1设于工作仓3内，能够使惰性气体管23在可更换和便于维护的前提下，更好的与工作仓3之间保持密封。

实施例：

如图1和图2所示，本发明回收SLM成型基板上残留粉末的装置和方法，在对基板25和成型零件26上的金属粉末进行回收时，先通过内门闭锁装置5开启内门6，通过外门闭锁装置11打开外门，将基板25和成型零件26放入过渡仓12中，关闭并密封外门，通过真空泵13对过渡仓12和工作仓3抽真空3分钟，通过时间指示装置9和压力表10分别进行观察。抽真空完成后打开存储惰性气体的储气罐21，通过惰性气体管23向过渡仓12和工作仓3内通入纯度高于99.99％的Ar或N₂的惰性气体。惰性气体的充气时间2分钟，充气压力0.3～0.4Mpa，循环3～5次，通过过渡仓氧含量监测仪8和工作仓氧含量检测仪7分别观察过渡仓12和工作仓3内的氧含量。当氧含量低于0.8％时，充气结束。通过手套箱入口4将基板25和成型零件26移到工作仓3内，并将基板25固定在夹具24上，转动转轴14，使成型零件26朝下，便于其上的金属粉末下落。通过内门闭锁装置5关闭并密封内门6。

然后调节振动器15对基板25的振动频率为120～130Hz，对过滤筛27的振动频率为80～90Hz。设置鼓风机19的压力为0.2～0.5Mpa。如果对基板25和过滤筛27振动频率过低，基板25和成型零件26上的金属粉末难以完全清理干净；如果振动频率过高，清理下来金属粉末会在工作仓3内飞扬；工作仓3内的循环气体流速过高或过低，都容易造成金属粉末飞扬。在通过振动器15对基板25和成型零件26振动清粉的同时，操作人员通过手持软管2对基板25和成型零件26的指定位置进行吹粉，使金属粉末清理的更彻底。在整个清粉过程中，通过工作仓氧含量监测仪7随时观察工作仓3内的氧含量，如果氧含量的浓度高于0.8％，则打开存储惰性气体的储气罐21，通过惰性气体管23向工作仓3内通入纯度高于99.99％的Ar或N₂的惰性气体。

其中过滤筛27的筛孔直径为50～60μm，能够使可用的金属粉末通过该筛孔落入粉末收集桶17中，进行循环利用。未通过过滤筛27的杂质停留在筛网上，待回收过程结束后，扫入杂质收集桶28。气体循环筛18的筛孔直径为10μm，只允许循环气体匀速流过，可用金属粉末的粒径比该筛网大，因而不会通过。通过振动器15的超声波振动和鼓风机19的气体循环，使金属粉末均匀地从基板25和成型零件26上清除。

将基板25和成型零件26取出时，通过内门闭锁装置5打开内门6，通过手套箱入口4将基板25和成型零件26从工作仓3移入过渡仓12中，将过渡仓12的内门6关闭密封后开启外门，取出基板25和成型零件26，避免在取出基板25和成型零件26时造成工作仓3内的惰性气体大量流失。

由于有效控制了振动器15的振动频率和鼓风机19的压力，而且在整个工作仓3内形成了气流循环，因而有效避免了金属粉末在工作仓3内四处飞扬，防止了金属粉末粘在工作仓3的内壁，因此极大的缩短了清除残留金属粉末的时间，提高了清粉效率。并且由于过渡仓12的设置，在放入和取出基板25和成型零件26时，工作仓3内的惰性气体不会损失，从而在每次进行清粉工作时，不用每次都充入大量惰性气体，节约了惰性气体的使用量，提高了清粉的经济性。

Claims (23)

1.回收SLM成型基板上残留粉末的装置，包括设有手套箱入口（4）的工作仓（3），工作仓（3）通过惰性气体管（23）与外设的用于存储惰性气体的储气罐（21）连通，在手套箱入口（4）下方的工作仓（3）内设置具有夹具（24）的转轴（14），转轴（14）下方设有从工作仓（3）的内侧面向内下斜延伸的粉末引导面（16），粉末引导面（16）的最低处设有连接杂质收集桶（28）的过滤筛（27），过滤筛（27）的下方连接粉末收集桶（17），过滤筛（27）和夹具（24）与设于工作仓外的振动器（15）连接，其特征为：在粉末收集桶（17）的侧壁通过气体循环筛（18）连接鼓风机（19）的进风口，鼓风机（19）的出风口通过气体循环管（20）连通至转轴（14）上方的工作仓（3）内部，所述的鼓风机（19）使工作仓（3）内的气流沿金属粉末回收路径进行循环，形成对金属粉末的气流引导，气体循环筛（18）的筛孔直径小于所收集的金属粉末的粒径。

2.如权利要求1所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：气体循环管（20）的出口处设有软管（2）。

3.如权利要求1所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：转轴（14）的上方与手套箱入口（4）的对应位置设有由外延伸至工作仓（3）内并可与工作仓（3）相通的过渡仓（12），过渡仓（12）通过惰性气体管（23）与储气罐（21）连通，在过渡仓（12）的外门上设有外门闭锁装置（11）。

4.如权利要求3所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：设有与过渡仓（12）连通的真空泵（13），在过渡仓（12）的内门（6）上设有内门闭锁装置（5）。

5.如权利要求3所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：过渡仓（12）上设有时间指示装置（9）。

6.如权利要求3所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：过渡仓（12）上设有压力表（10）。

7.如权利要求3所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：过渡仓（12）上设有过渡仓氧含量监测仪（8）。

8.如权利要求3所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：过渡仓（12）设于工作仓（3）的侧面。

9.如权利要求1所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：工作仓（3）上设有工作仓氧含量监测仪（7）。

10.如权利要求1至9任意一项所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：惰性气体管（23）上设有压力阀（22）。

11.如权利要求1至9任意一项所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：惰性气体管（23）与工作仓（3）对应的喷嘴（1）位于工作仓（3）内。

12.如权利要求1至9任意一项所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，其特征为：所述的振动器（15）为超声波振动器。

13.粉末回收方法，其特征包括：采用如权利要求1至12任一项所述的回收SLM成型基板上残留粉末的装置，将附着有金属粉末的基板（25）和成型零件（26）放入工作仓（3），并通过手套箱入口（4）将其固定于夹具（24）上，封闭工作仓（3）后由储气罐（21）通过惰性气体管（23）向工作仓（3）内通入惰性气体，转动连接夹具（24）的转轴（14）使成型零件（26）朝下，开启所述的鼓风机（19）和连接过滤筛（27）和夹具（24）的振动器（15），使基板（25）和成型零件（26）上附着的金属粉末在夹具（24）的振动和通过鼓风机（19）在工作仓（3）内形成的循环气流的作用下沿粉末引导面（16）落至过滤筛（27）上，并通过过滤筛（27）的振动和过滤使可用的金属粉末下落到粉末收集桶（17）中，金属粉末收集完成后，将过滤筛（27）上的杂质清理至杂质收集桶（28）中。

14.如权利要求13所述的粉末回收方法，其特征为：在对金属粉末回收的过程中，通过手套箱入口（4）手持气体循环管（20）的出口处设置的软管（2）对基板（25）和成型零件（26）的指定部位进行惰性气体的喷冲。

15.如权利要求13所述的粉末回收方法，其特征为：将基板（25）和成型零件（26）放入工作仓（3）前，先将其放入与工作仓（3）相通的所述过渡仓（12）中，然后将过渡仓（12）的内门（6）开启、外门关闭密封，通过真空泵（13）对过渡仓（12）和工作仓（3）抽真空后，由储气罐（21）通过惰性气体管（23）向工作仓（3）和过渡仓（12）内通入惰性气体直到惰性气体浓度达标，通过手套箱入口（4）将基板（25）和成型零件（26）固定于所述的夹具（24）上；将基板（25）和成型零件（26）取出时，通过手套箱入口（4）将基板（25）和成型零件（26）从工作仓（3）移入过渡仓（12）中，将过渡仓（12）的内门（6）关闭密封、外门开启，取出基板（25）和成型零件（26）。

16.如权利要求15所述的粉末回收方法，其特征为：抽真空时，通过过渡仓（12）上设置的时间指示装置（9）观察抽真空的时间。

17.如权利要求15所述的粉末回收方法，其特征为：抽真空时，通过过渡仓（12）上设置的压力表（10）观察过渡仓（12）和工作仓（3）的气压。

18.如权利要求15所述的粉末回收方法，其特征为：通过过渡仓（12）上设置的过渡仓氧含量监测仪（8）和设置在工作仓（3）上的工作仓氧含量监测仪（7）分别观察通入惰性气体是过渡仓（12）和工作仓（3）内的氧气浓度。

19.如权利要求16所述的粉末回收方法，其特征为：在金属粉末的回收过程中，如果工作仓氧含量监测仪（7）显示工作仓（3）内的氧气浓度高于0.8%，则打开储气罐（21）向工作仓（3）通入惰性气体。

20.如权利要求13所述的粉末回收方法，其特征为：通过惰性气体管（23）上设置的压力阀（22）控制惰性气体的流速。

21.如权利要求13至20之一所述的粉末回收方法，其特征为：惰性气体的充气时间为2分钟，充气压力为0.3～0.4Mpa，循环3～5次。

22.如权利要求13至20之一所述的粉末回收方法，其特征为：振动器（15）对基板（25）的振动频率为120～130Hz，对过滤筛（27）的振动频率为80～90Hz。

23.如权利要求13至20之一所述的粉末回收方法，其特征为：鼓风机（19）的压力为0.2～0.5Mpa。