CN108044940A - 一种用于3d打印设备的智能调节气氛净化装置 - Google Patents

一种用于3d打印设备的智能调节气氛净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，该装置由真空箱体、可垂直升降工作台、自适应调节装置、鼓风机组件、多功能净化柱以及工控机上集成的智能控制系统组成。本发明适用于金属或非金属3D打印设备，可解决因烧结粉末产生的飞溅落于成型区域导致球化、致密度低、成型质量差、凸起以及因真空箱体内水氧含量过高导致打印失败等问题，具有自适应调节风速、智能控制、吹风均匀及除氧除湿等特点。

Description

一种用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置。
背景技术
在3D打印领域中，在工艺试验过程中常常遇到烧结粉末产生的飞溅落于成型区域内导致球化、致密度低、成型质量差、凸起以及因真空箱体内水氧含量过高打印失败等问题。导致烧结飞溅物落于成型区域现象的主要原因有：1)风路设计不合理；2)喷嘴风速不均匀；3)压力脉动等，同时水氧含量偏高也是影响打印质量的一大因素。
目前市场上的3D打印设备多数已经配备了吹风装置，但是往往存在风路设计均较为简单、喷嘴风速不均匀、压力脉动等问题。风路设计简单，简单设计往往造成腔内流场紊乱，工艺试验的吹风效果表现为飞溅朝四处扩散，该情况飞溅无法有效吹离成型表面极易产生打印零件表面球化、凸起、黑化等。喷嘴风速不均匀，由于设计者考虑不周全或者过分依赖结构设计实现均匀流速，多数吹风装置不同喷嘴流量差别显著，导致成型区域不同位置飞溅吹离成型区域效果不一，直接表现为同一零件的不同位置零件表面成型质量各异。目前常见的吹风装置多为管路直接连接喷嘴，当鼓风机频率变化时容易产生压力脉动，表现为零件打印过程中飞溅吹离成型区域的效果跟随压力脉动的变化而变化。
发明内容
为了克服上述问题以及因真空箱体内部的水氧含量偏高导致打印成型质量差等问题，本发明提出了一种用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，该装置具有自适应调节风速、智能控制、吹风均匀及除氧除湿等特点。
本发明目的在于提供用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，解决了因烧结飞溅落于成型区域导致球化、致密度低、成型质量差、凸起以及因真空箱体内水氧含量过高打印失败等问题。
为了达到上述的目的，本发明提供用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，由真空箱、工作台、自适应调节装置、鼓风机组件、多功能净化柱以及工控机上集成的智能控制系统组成；
所述真空箱体是工作台、自适应调节装置、鼓风机组件、多功能净化柱以及工控机上集成的智能控制系统的安装基准，是保证整体气氛环境的关键部件；
所述工作台安装于真空箱体内部，可实现工作平台地垂直升降，可实现工作平台地垂直升降，是3D打印零件制作成形的关键。
所述自适应调节装置用于自适应调节掠过工作台表面的风速均匀稳定；
所述鼓风机组件控制并使得管道内风速均匀可调；
所述多功能净化柱保证腔内循环的气氛干燥低氧环境；
所述工控机上集成的智能控制系统采用智能控制软件，该软件可基于模糊推理和计算或者基于专家系统同时依靠决策系统中方法库、数据库对整个系统进行智能控制，从而实现快速、有效、精确地真空箱体气氛环境和喷嘴风速的实时响应控制。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的鼓风机组件由鼓风机、进气口、管路以及配套的变频器组成。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的自适应调节装置由喷嘴、喷嘴安装板、管路、伺服控制阀、稳压气箱、真空接头以及工控机组成。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的多功能净化柱组件由净化柱、氧含量传感器、滤芯、除氧除湿模块组成。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的鼓风机频率可通过变频器进行控制，可根据工艺实际情况进行调整，调整范围0～80Hz，喷嘴风速范围0～12m/s。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的喷嘴包含不同类型喷嘴头，包括平头型空气喷嘴、90度空气喷嘴、任意角度喷嘴、任意形状喷嘴等类型。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的伺服控制阀可根据实际工况将一组伺服控制阀在工控机上集成为控制平台。而后运用响应控制模块实时监测控制管道内流量，在工控机上集成的控制平台上对响应控制模块采集的信号进行处理，从而实现多通道均匀流量输出，该模块的响应时间小于0.02s。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的稳压气箱依靠流道设计形式可避免气流直接进入管道，能够有效抑制不同风速的压力脉动稳定腔内气压，从而保证流入各个管道气压在阀体调节范围内避免因压力脉动过大而导致后期伺服控制失败。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的氧含量传感器采用陶瓷氧化锆加热氧探头对箱体内部的氧含量进行实时监测，同时氧探头采集的数据可以作为箱体气氛循环的控制条件等。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的滤芯可有效的吸附管道内的水分，同时能够滤除打印烧结产生的飞溅物保证腔内循环的气氛干燥清洁。
上述用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其中，所述的除氧除湿模块可进一步的滤除真空箱体内的水分子和氧分子，保证腔内循环的气氛干燥低氧提高设备成型质量。通常真空箱体内氧含量高于1000ppm时，工控机会向除氧除湿模块模块发出一个指令信号开启除氧除湿功能，此时滤芯滤除真空箱体内的水分子和氧分子，保证腔内循环的气氛干燥低氧环境。
综上，本发明公开的一种用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，改进了目前市场上多数3D打印设备配备吹风装置存在问题，针对不同风速采用自适应调节吹风装置对流量进行快速精确响应控制，从而实现多通道均匀流量输出，同时增加设计了多功能净化柱，可实现真空箱体内部除氧除湿实时控制的功能，具有自适应调节风速、智能控制、吹风均匀及除氧除湿特点。
附图说明
图1是用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置总体图。
图2是本发明实施例的鼓风机示意图。
图3是本发明实施例的自适应调节系统示意图。
图4是本发明实施例的多功能净化柱示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图4对本发明的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置作进一步的详细描述。
为解决在3D打印领域中，在工艺试验过程中常常遇到烧结粉末产生的飞溅落于成型区域内导致球化、致密度低、成型质量差、凸起以及因真空箱体内水氧含量过高打印失败等问题。本发明的方案简易实用可靠，增加了自适应伺服控制模块提高了真空箱体内的气氛环境，稳定了各个喷嘴的流速，妥善解决了因飞溅落于成型区域导致的诸多问题，同时巧妙地增加了多功能净化柱，有效地控制了真空箱体内水氧含量，提高了打印质量，稳定了真空箱体内的气氛环境。
图1是用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置总体图。如图1所示，用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置由真空箱1、工作台2、自适应调节装置3、鼓风机组件4、多功能净化柱5以及工控机上集成的智能控制系统组成。采用变频器对鼓风机1-1的风速进行控制，使得管道内风速在0～12m/s均匀可调，可满足不同幅面零件、不同材料等工艺试验。稳压气箱2-5依靠流道设计可有效抑制不同频率下气流的压力脉动，稳定腔内压力避免因压力脉动过大而导致后期伺服控制失败。伺服控制阀2-4为自适应调节装置3的子组件，安装于稳压气箱2-5之后，位于出气口之前，用于自适应调节从稳压气箱输送往喷嘴2-1的风速，保证掠过工作台2表面的风速均匀稳定。从工作台2表面吹过的风进入多功能净化柱5以后内置的3-3可有效地吸附管道内的水汽，同时能够滤除打印烧结产生的飞溅物保证腔内循环的气氛干燥清洁；而后氧含量传感器3-2对箱体内部的氧含量进行实时监测，氧探头采集的数据可以作为箱体气氛循环的控制条件。一般而言，当氧含量大于1000ppm时，工控机会向除氧除湿模块3-4模块发出一个指令信号，开启除氧除湿功能滤除真空箱体内的水分子和氧分子，保证腔内循环的气氛干燥低氧环境。
图2是鼓风机组件示意图。由鼓风机1-1、进气口1-2、管路1-3以及配套的变频器组成。鼓风机1-1采用变频器进行控制并使得管道内风速在0～12m/s均匀可调，可满足不同幅面零件、不同材料等工艺试验。
图3是自适应调节系统示意图。由喷嘴2-1、喷嘴安装板2-2、管路2-3、伺服控制阀2-4、稳压气箱2-5、真空接头2-6以及工控机组成。从鼓风机通过真空管输送进入到稳压气箱2-5的气流，在稳压气箱内初次通过流道调节稳定流速保证进入伺服控制阀2-4前的气流脉动压差在阀体允许范围内，再次经过稳压气箱2-5调节后的气流由各个流道进入伺服控制阀2-4，阀体配备的流量控制响应模块可实时监测控制管道内流量并快速反馈信息，通过适当地方法将一组伺服控制阀在工控机上集成为控制平台，而后在控制平台上对响应信号进行处理，从而实现多通道均匀流量输出，该模块的响应时间小于0.02s。
图4是多功能净化柱示意图。多功能净化柱5组件由净化柱3-1、氧含量传感器3-2、滤芯3-3、除氧除湿模块3-4组成。其工作流程简述为多功能净化柱内的氧含量传感器3-2采用加热型陶瓷氧化锆探头对箱体内部的氧含量进行实时监测，同时氧探头采集的数据可以作为箱体气氛循环的控制条件等。滤芯3-3可24小时不间断工作能有效地吸附管道内的水汽，同时能够滤除打印烧结产生的飞溅物保证腔内循环的气氛干燥清洁；通常设备设定当真空箱体内氧含量大于1000ppm时，工控机会向除氧除湿模块3-4模块发出一个指令信号，开启除氧除湿功能可进一步的滤除真空箱体内的水分子和氧分子，保证腔内循环的气氛干燥低氧提高设备成型质量。
本发明的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置。所使用伺服控制阀通过合理布局和有效集成可以实现变频率多通道均匀流量控制，具有自适应调节风速、智能控制、吹风均匀及除氧除湿等特点。同时因为按照配备了多功能净化柱使得设备可以自适应的滤除真空箱内多余的水氧含量，保证打印环境的干燥清洁。

Claims (5)

1.一种用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其特征在于，由真空箱、工作台、自适应调节装置、鼓风机组件、多功能净化柱以及工控机上集成的智能控制系统组成；
所述真空箱体是工作台、自适应调节装置、鼓风机组件、多功能净化柱以及工控机上集成的智能控制系统的安装基准，是保证整体气氛环境的关键部件；
所述工作台安装于真空箱体内部，可实现工作平台地垂直升降；
所述自适应调节装置用于自适应调节掠过工作台表面的风速均匀稳定；
所述鼓风机组件控制并使得管道内风速均匀可调；
所述多功能净化柱保证腔内循环的气氛干燥低氧环境；
所述工控机上集成的智能控制系统采用智能控制软件，该软件可基于模糊推理和计算或者基于专家系统同时依靠决策系统中方法库、数据库对整个系统进行智能控制。
2.如权利要求1所述的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其特征在于，所述鼓风机组件由鼓风机、进气口、管路以及配套的变频器组成；鼓风机采用变频器进行控制并使得管道内风速在0～12m/s均匀可调。
3.如权利要求2所述的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其特征在于，所述自适应调节系统由喷嘴、喷嘴安装板、管路、伺服控制阀、稳压气箱、真空接头以及工控机组成；从鼓风机通过真空管输送进入到稳压气箱的气流，在稳压气箱内初次通过流道调节稳定流速保证进入伺服控制阀前的气流脉动压差在阀体允许范围内，再次经过稳压气箱调节后的气流由各个流道进入伺服控制阀，阀体配备的流量控制响应模块可实时监测控制管道内流量并快速反馈信息，将一组伺服控制阀在工控机上集成为控制平台，而后在控制平台上对响应信号进行处理，从而实现多通道均匀流量输出。
4.如权利要求3所述的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其特征在于，所述自适应调节系统的响应时间小于0.02s。
5.如权利要求2所述的用于3D打印设备的智能调节气氛净化装置，其特征在于，所述多功能净化柱包括净化柱、氧含量传感器、滤芯、除氧除湿模块；
所述多功能净化柱内的氧含量传感器采用加热型陶瓷氧化锆探头对箱体内部的氧含量进行实时监测，同时氧探头采集的数据可以作为箱体气氛循环的控制条件；
所述滤芯可24小时不间断工作能有效地吸附管道内的水汽，同时能够滤除打印烧结产生的飞溅物保证腔内循环的气氛干燥清洁；当真空箱体内氧含量大于1000ppm时，工控机会向除氧除湿模块模块发出一个指令信号，开启除氧除湿功能可进一步的滤除真空箱体内的水分子和氧分子。
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