CN108422661B - 增材制造设备 - Google Patents
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Abstract
一种增材制造设备，包括：加工室；激光源，用于发生作用于连续粉末材料层的激光束；保护气体供给系统，包括相对地设置于所述加工室内的气体输入模块与气体输出模块，保护气体自所述气体输入模块向所述气体输出模块流动而形成保护气带，所述连续粉末材料层位于所述保护气带内，所述保护气体的流动方向与所述激光束的传播方向保持相交。本发明提供的增材制造设备可于加工室内供给具有理想湍流度的保护气体，对选择性激光烧结过程提供氧化保护与吹扫清理的作用，减少污染物的弥漫飞扬现象，保障烧结加工效率。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体地来说，是一种增材制造设备。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。
其中，选择性激光烧结(Selective Laser Sintering)是一种重要的增材制造方法。其原理在于，激光束根据分层截面信息进行有选择地对粉末材料逐层烧结，全部烧结完成后去除多余的粉末，以得到所需的零件。
在选择性激光烧结过程，连续粉末材料层会产生数量可观的烟尘、挥发物和雾化物，并与飞扬的粉末细屑混杂，使激光束的光路受到阻挡而影响烧结效率。特别是加工室内保护气体的供给，更进一步造成烟尘、挥发物、雾化物与粉末细屑的混杂飞扬，严重降低烧结加工效率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种增材制造设备，可于加工室内供给具有理想湍流度的保护气体，对选择性激光烧结过程提供氧化保护与吹扫清理的作用，减少污染物的弥漫飞扬现象，保障烧结加工效率。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种增材制造设备，包括：
加工室；
激光源，用于发生作用于连续粉末材料层的激光束；
保护气体供给系统，包括相对地设置于所述加工室内的气体输入模块与气体输出模块，保护气体自所述气体输入模块向所述气体输出模块流动而形成保护气带，所述连续粉末材料层位于所述保护气带内，所述保护气体的流动方向与所述激光束的传播方向保持相交。
作为上述技术方案的改进，所述保护气体的湍流度处于预设范围内以使所述保护气体的湍流涡旋均位于所述保护气带内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加工室具有相对设置的前壁与后壁及连接二者的顶壁，所述气体输入模块设置于所述前壁上，所述气体输出模块设置于所述后壁上，所述激光源设置于所述顶壁上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体输入模块与所述气体输出模块之间形成驱动压，所述驱动压不小于大气压，所述保护气体的湍流度于所述驱动压下处于所述预设范围内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体输入模块用于引入源气体并调节所述源气体的湍流度，从而输出所述保护气体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体输入模块包括：
导流转换器，用于调节所述源气体的湍流度而得到受控气体；
分流输出器，用于分流所述受控气体而输出所述保护气体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体输入模块还包括流体混合器，所述流体混合器用于实现所述源气体的均匀混合而得到混合气体，所述导流转换器使所述混合气体的湍流度降低至预设范围而得到所述受控气体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气体输出模块用于抽排所述保护气带末端的保护气体，并降低被排出的保护气体的湍流度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述增材制造设备还包括辅助输入模块，所述辅助输入模块用于输入辅助气体，所述辅助气体定向流动而形成辅助气带，所述辅助气带与所述保护气带于所述加工室内层叠分布，所述辅助气体与所述保护气体的流动方向具有非零夹角。
作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助输入模块与所述气体输入模块于所述加工室内同侧同向设置，所述辅助输入模块位于所述气体输入模块的上方。
本发明的有益效果是：
于加工室内相对设置的气体输入模块与气体输出模块，使二者之间形成保护气体与保护气带，保护气体的湍流度处于预设范围内，从而实现对烟尘、挥发物雾化物及粉末细屑的定向吹扫，避免污染物发生飞扬弥漫，加工室保持整洁、激光光路连贯，有效地保证激光烧结效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的增材制造设备的轴测示意图；
图2是本发明实施例1提供的增材制造设备的保护气体供给系统的结构示意图；
图3是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的透视示意图；
图4是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的剖视示意图；
图5是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的导流转换器的第一结构的透视示意图；
图6是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的导流转换器的第二结构的轴测示意图；
图7是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的导流转换器的第二结构的透视示意图；
图8是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的分流输出器的分解示意图；
图9是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的分流输出器的剖视示意图；
图10是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的流体混合器的轴测示意图；
图11是本发明实施例2提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输入模块的流体混合器的剖视示意图；
图12是本发明实施例3提供的增材制造设备的保护气体供给系统的气体输出模块的气体排除器的透视示意图；
图13是本发明实施例4提供的增材制造设备的保护气体供给系统的辅助输入模块的辅助输入器的轴测示意图。
主要元件符号说明：
1000-增材制造设备，100-加工室，110-前壁，120-后壁，130-顶壁，200-激光源，300-保护气体供给系统，P(a)-气体输入模块，0100-导流转换器，0110-导流壳体，0111-导流输入端，0112-导流腔，0113-导流输出端，0120-导流叶片，0200-分流输出器，0210-输出器本体，0211-通流腔，0220-分流格栅，0221-横向栅条，0222-纵向栅条，0223-通流栅格，0300-流体混合器，0310-混合器壳体，0311-壳体前壁，0312-壳体后壁，0313-壳体周壁，0314-混合室，0320-流体输入端，0330-流体输出端，0331-分流栅孔，0340-安装耳部，P(b)-气体输出模块，1100-气体排除器，1110-排流壳体，1111-排流输入端，1111a-排流栅栏，1112-排流腔，1113-排流输出端，1120-排流叶片，P(c)-辅助输入模块，2100-辅助输入器，2110-辅助输入壳体，2120-辅助输入端，2130-辅助输出端。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对增材制造设备进行更全面的描述。附图中给出了增材制造设备的优选实施例。但是，增材制造设备可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对增材制造设备的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在增材制造设备的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请结合参阅图1～2，本实施例公开一种增材制造设备1000，包括加工室100、激光源200与保护气体供给系统300。保护气体供给系统300包括相对地设置于加工室100内的气体输入模块P(a)与气体输出模块P(b)，保护气体自气体输入模块P(a)向气体输出模块P(b)流动而形成保护气带，连续粉末材料层位于保护气带内，保护气体的流动方向与激光束的传播方向保持相交。
首先说明，保护气体根据实际加工需要而定，在增材制造中，保护气体为惰性气体(如氩气)或非反应性气体(如氮气等)。显然地，保护气带可起到对加工室100的保护与清理作用。优选地，保护气带集中作用于连续粉末材料层附近的浅层区域，保证犹佳的吹扫效果。
湍流度处于预设范围内的保护气体具有以下特性：第一，保护气体具有湍流特性，足以使其与污染物(如烟尘、挥发物、粉末材料细屑等)充分混合后排出，实现对加工室100的清理；第二，保护气体的湍流度应低于导致污染物扩散至整个加工室100的湍流度，以避免污染物的扩散弥漫。
示范性地，在预设范围内，保护气体的湍流涡旋均位于保护气带内，使污染物始终保持于保护气带内，从而保证污染物的定向排出，避免因涡流而引起飞扬漫卷。
其中，预设范围可根据具体应用的加工室100的特性与所需的保护气体流速等参数进行计算或试验测定。示范性地，保护气体的湍流度可不大于5％，处于低湍流水平。
气体输入模块P(a)用于引入对加工室100引入保护气体，气体输出模块P(b)用于自加工室100排出保护气体及其中的污染物，即完成单一吹扫过程。示范性地，气体输入模块P(a)与气体输出模块P(b)保持共轴相对。二者相向正对，使保护气体垂直正向吹送。
示范性地，保护气带的截面尺寸沿保护气体的流动方向保持恒定。换言之，保护气带的作用范围基本保持稳定，避免剧烈变化而引起保护气体的紊乱，以保证平稳的吹扫作用。例如，气体输入模块P(a)的输出端与气体输出模块P(b)的输入端具有相同的形状与尺寸，并保持正向相对，以实现保护气带的恒定。
示范性地，气体输入模块P(a)与气体输出模块P(b)之间形成驱动压，使保护气体实现定向流动。驱动压不小于大气压，保护气体的湍流度于驱动压下处于预设范围内。有别于一些加工室100的驱动压限于10-2至10-7Torr的分压通流环境的方法，保护气体供给系统300可在略高于大气压的压力下提供惰性气体或非反应性气体的通流，有效地降低加工室100内的气体环境的实现难度，易于实现具有显著的经济性。
示范性地，气体输入模块P(a)用于引入源气体并调节源气体的湍流度，从而输出保护气体。其中，源气体可直接自气源引入，亦可经其他气路调理元件调节后引入。应当理解，气流输入模块输出的保护气体，即直接用于吹扫加工室100的连续粉末材料层。
示范性地，加工室100具有相对设置的前壁110与后壁120及连接二者的顶壁130，气体输入模块P(a)设置于前壁110上，气体输出模块P(b)设置于后壁120上，激光源200设置于顶壁130上。进一步地，前壁110与后壁120保持平行，并分别与顶壁130垂直。在此，保护气体的流动方向与激光束的传播方向保持垂直，进一步增强保护气带的作用效果。
实施例2
请结合参阅图3～4，在实施例1的基础上，本实施例进一步公开保护一种气体输入模块P(a)。气体输入模块P(a)对源气体的湍流度调节可通过多种方式实现，示范性地，气体输入模块P(a)包括依次气路连接的导流转换器0100与分流输出器0200。导流转换器0100用于调节源气体的湍流度而得到受控气体，分流输出器0200用于分流受控气体而输出保护气体。
请参阅图5，导流转换器0100包括导流壳体0110。导流壳体0110具有导流输入端0111、导流腔0112与导流输出端0113，三者依次连通而形成源气体流动的通道。其中，导流输入端0111、导流腔0112与导流输出端0113的连接处平滑过渡，且导流腔0112的壁面平滑连续，以降低源气体的沿程损失并减少湍流现象。其中，导流壳体0110的通流截面自导流输入端0111至导流输出端0113递增，使源气体的流动速度递减，从而使源气体的湍流度(Turbulence Level)控制于较低的范围而得到受控气体。
导流腔0112的构造多种多样，示范性地，导流腔0112具有扁状腔体构造。扁状腔体构造的厚度尺寸(亦即导流壳体0110的前后壁之间的距离)较小，使通流截面呈狭长状轮廓。在该构造下，导流腔0112输出的受控气体的流动范围与流动方向具有较强的可控性。
其中，扁状腔体构造的宽度尺寸自导流输入端0111至导流输出端0113递增，实现通流截面的递增目的，并使导流输出端0113形成扁口结构。类似地，扁口结构的宽度尺寸较小，形成狭长状输出面。示范性地，狭长状输出面包括狭长椭圆、狭长矩形等形状。
其中，扁状腔体构造的外形多种多样。示范性地，扁状腔体构造沿其厚度方向具有三角形投影轮廓。换言之，由以扁状腔体构造的厚度方向为法线的平面所截得的截面具有三角形形状。三角形的底边位于导流输出端0113上，与底边相对的顶点位于导流输入端0111上。
示范性地，扁状腔体构造沿其宽度方向具有对称结构，并于对称轴的两端形成导流输入端0111与导流输出端0113。换言之，扁状腔体构造、导流输入端0111与导流输出端0113具有中心共轴关系。例如，在前述三角形投影轮廓情形下，该三角形为等腰三角形。
示范性地，导流腔0112内设有复数个阵列分布的导流叶片0120，导流叶片0120自导流输入端0111延伸至导流输出端0113，导流腔0112由导流叶片0120分隔为复数个导流流道。源气体进入导流流道，形成多股分流体而实现分流。任一分流体受其所在的导流流道约束，进一步集约而降低湍流度，增强源气体的可控程度。其中，导流叶片0120可由金属或塑料等不同材料制成，并具有薄壁条带结构。
示范性地，复数个导流叶片0120沿导流腔0112的渐变尺寸方向阵列分布，导流叶片0120分别与导流腔0112的前后壁连接，任一导流流道的通流截面自导流输入端0111至导流输出端0113递增。换言之，复数个导流流道沿导流腔0112的渐变尺寸方向依次比邻分布。其中，导流腔0112的渐变尺寸，是指导致通流截面自导流输入端0111至导流输出端0113递增的尺寸。例如，在前述扁状腔体构造中，导流腔0112的渐变尺寸为其宽度方向。
导流叶片0120的阵列规律根据导流腔0112的具体结构而定，以实现降低源气体湍流度的目的。示范性地，复数个导流叶片0120之间具有相同的分布夹角。换言之，导流叶片0120沿同一分布圆弧均匀分布。在前述具有对称结构的扁状腔体构造中，该分布圆弧的圆心位于扁状腔体构造的对称轴上。进一步地，分布圆弧所在平面的法线沿扁状腔体构造的厚度方向。
示范性地，复数个导流叶片0120于其接近导流输入端0111的一端形成圆弧分布结构，使导流流道的输入端更为圆滑，进一步降低分流时的阻碍与损失，使湍流度进一步降低。
示范性地，导流叶片0120与其最接近的导流腔0112的一侧壁面具有一致的变化趋势，使各导流流道的表面更为平滑，保证分流体的流动顺畅。例如，在两侧壁呈弧形曲面的扁状腔体构造中，导流叶片0120具有弧形表面，且其弧形表面的起伏规律一致于与其同侧导流腔0112的侧壁。
补充说明，导流输入端0111与导流输出端0113的形状多种多样，一般适应于与其相接的外部元件的形状。示范性地，导流输入端0111具有圆弧形状，并与导流叶片0120末端排列形成的圆弧分布结构具有同心关系。请结合参阅图6～7，另一种示范，导流输入端0111可为沿导流腔0112的轴向延伸的导管。
补充说明，导流壳体0110可采用多种外形。示范性地，导流壳体0110具有薄壁壳体结构，使其与导流腔0112的形状一致。在该构造下，导流壳体0110的尺寸较为紧凑，而自重有效降低。
示范性地，导流转换器0100与分流输出器0200具有一致的厚度尺寸，以保证流体于厚度方向基本保持平顺，从而使保护气体输出时沿宽度方向的分布基本一致，保证均匀的吹扫作用。
请结合参阅图8～9，分流输出器0200的主体件包括输出器本体0210，输出器本体0210具有用于供受控气体通流的通流腔0211。可以理解，通流腔0211贯穿输出器本体0210，并于两端开口处形成输入端与输出端。
其中，通流腔0211的输入端(即分流输入端)与输出端(即分流输出端)之间具有非零夹角，以实现受控气体的方向转换。非零夹角的数值根据具体的转向需要而定，示范性地，分流输入端与分流输出端之间的夹角为直角。
通流腔0211的内部设置具有复数个通流栅格0223的分流格栅0220，用于实现受控气体的分流。通流栅格0223沿受控气体的流动方向延伸，保持两端贯通。受控气体遇到分流格栅0220时，受各个通流栅格0223分割而形成多股分流体，实现分流。任一分流体受其所在的通流栅格0223约束，进一步集约而降低湍流度，增强受控气体的可控程度，以得到保护气体。
分流格栅0220的结构方式众多，示范性地，分流格栅0220包括横向栅条0221与纵向栅条0222。横向栅条0221与纵向栅条0222交错分布，从而形成复数个通流栅格0223。可以理解，横向栅条0221与纵向栅条0222的数量可分别为一至复数个，并分别抵紧于通流腔0211的侧壁，以形成多排通流栅格0223。
示范性地，分流格栅0220的输出末端位于通流腔0211的分流输出端。换言之，分流栅格的输出端即为分流输出端。经分流格栅0220分流而形成于各通流栅格0223内的分流体，不再交汇而径自输出，使分流输出器0200输出的保护气体为分流后的气体，具有理想的湍流度与受控程度。
示范性地，复数个通流栅格0223之间具有相互平行的关系，保证分流体的流动方向严格一致，实现对加工室100的理想吹扫与保护。在一种示范中，横向栅条0221之间具有相互平行关系。在另一种示范中，纵向栅条0222之间具有相互平行关系。
示范性地，通流腔0211具有扁状弯曲腔体构造。扁状弯曲腔体的宽度尺寸大于厚度尺寸，厚度尺寸(亦即输出器本体0210的前后壁之间的距离)较小，使通流截面呈狭长状轮廓。同时，扁状弯曲腔体构造的长度尺寸沿其厚度方向发生弯曲，实现受控气体的方向变换。
在该构造下，通流腔0211输出的保护气体的吹扫范围具有较强的可控性。分流输出器0200输出的保护气体集中于所需的保护与清洁范围，保护作用集中并避免污染物弥漫。
示范性地，扁状弯曲腔体于弯曲处圆滑过渡。换言之，扁状弯曲腔体具有圆弧弯曲，对受控气体施以较佳的导向作用，避免冲击影响而使保护气体的湍流度保持于预设范围内。
示范性地，通流腔0211内设有复数个分流叶片，分流叶片自分流输入端延伸至分流格栅0220的输入端，通流腔0211由分流叶片分隔为复数个导流流道。示范性地，在通流腔0211具有扁状腔体构造的应用中，分流叶片沿扁状腔体构造的宽度方向相互平行阵列。在该构造下，分流输入端输入的受控气体经过二次分流，进一步增强分流效果。可以理解，任一导流流道可与多个通流栅格0223对应，实现二级分流。
请结合参阅图10～11，示范性地，气体输入模块P(a)还包括设置于导流转换器0100前端的流体混合器0300，流体混合器0300用于实现源气体的均匀混合而得到混合气体，导流转换器0100使混合气体的湍流度降低至预设范围而得到受控气体。在此，前述的导流转换器0100中的源气体因为混合气体。
流体混合器0300的主体件包括混合器壳体0310，混合器壳体0310内设混合室0314，是源气体混合的主要作用场所。混合器壳体0310包括壳体前壁0311、壳体后壁0312与壳体周壁0313，壳体前壁0311与壳体后壁0312相对设置并由壳体周壁0313加以连接，三者包围形成混合室0314。
壳体前壁0311上设置流体输入端0320，以向混合室0314输入源气体。由于壳体前壁0311与壳体后壁0312保持相对，流体输入端0320亦与壳体后壁0312保持相对，使流体输入端0320输入的源气体冲击壳体后壁0312，从而增加源气体的速度梯度或使源气体形成湍流，同时发生流动方向的变换。由此，源气体于混合室0314内发生分割混合，并具有由湍流引起的剧烈涡旋，使源气体的混合十分充分，保证源气体的分子分布更为均匀，从而形成混合气体。
流体输入端0320与壳体后壁0312的夹角根据实际应用环境而定，示范性地，流体输入端0320的延伸方向与壳体后壁0312保持垂直相交，使输入的源气体垂直地冲击于壳体后壁0312的表面，进一步增加湍流度而提升混合效果。
其中，壳体周壁0313开设流体输出端0330，用于输出混合气体。其中，流体输入端0320与流体输出端0330垂直布置。在此，流体输出端0330的方向与壳体后壁0312的表面方向较为接近，保证经过混合转向的混合气体输出时流动顺畅，始终具有均匀的分子结构。
示范性地，流体输入端0320具有圆柱喷嘴构造，用于增加源气体的负压并将源气体喷射至壳体后壁0312上。换言之，流体输入端0320具有圆柱构造，使源气体在伯努利效应下加速。结合流体输入端0320与混合室0314之间的面积差异，源气体离开流体输入端0320时发生较佳的射流作用，冲击壳体后壁0312后的湍流度进一步提升，促进源气体的混合效果。
示范性地，混合室0314具有圆柱腔体结构，流体输入端0320与圆柱腔体结构共轴布置。换言之，壳体前壁0311与壳体后壁0312保持平行并分别与壳体周壁0313垂直，且壳体周壁0313的内表面为圆柱面。共轴关系下，源气体对于壳体后壁0312的冲击点位于中心处。冲击后形成的具有一定湍流度的混合气体，朝向流体输出端0330的组成部分经流体输出端0330离开混合室0314；其余方向的组成部分由壳体周壁0313的内表面作用而高速回旋，进一步涡旋混合后经流体输出端0330输出。可见地，圆柱腔体结构具有其特殊的回旋加速作用，提高混合气体的湍流度。
示范性地，混合室0314具有扁状腔体结构，扁状腔体结构的厚度为壳体前壁0311与壳体后壁0312的间距。扁状腔体结构的厚度尺寸较小，使流体输出端0330与壳体后壁0312之间的距离较小，保证喷射后的源气体于冲击前始终保持理想速度，不致发生衰减，取得较佳的冲击混合效果。进一步地，对于具有扁状圆柱腔体结构的混合室0314，其混合气体流动更为集中，回旋加速作用更为显著。
示范性地，流体输入端0320的延伸方向与扁状腔体结构的厚度方向一致。其中，流体输入端0320的延伸方向与源气体流动方向一致。在前述构造下，源气体正向垂直地冲击壳体后壁0312，能量更为集中。
如前所述，流体输出端0330贯穿壳体周壁0313的内外，使混合室0314内的混合气体得以排出。示范性地，流体输出端0330包括复数个连续分布的分流栅孔0331，任一分流栅孔0331均与流体输入端0320保持垂直。分流栅孔0331用于实现混合气体的分流，使混合气体集约而降低湍流度，增强混合气体的可控程度。
示范性地，分流栅孔0331于分布圆心角范围内沿壳体周壁0313的外轮廓阵列分布，分布圆心角所对的弧以混合室0314的中心为圆心。例如，在前述圆柱腔体结构中，分流栅孔0331沿壳体周壁0313的外圆周弧形分布，使分流作用更为理想，分流层次结构显著，使混合气体的湍流度进一步降低。
分布圆心角的范围依实际需要而定，示范性地，分布圆心角的角度范围为70°～90°。在该范围内，分流栅孔0331于不同位置先后作用，分流层次结构比较理想。
示范性地，混合器壳体0310的壳体周壁0313上设有用于对外连接的安装耳部0340。安装耳部0340用于与外部元件连接固定，实现流体混合器0300与外部元件的紧密安装，保证流道的连接紧密性。在一个应用例中，安装耳部0340的数量为2个，并对称地设置于流体输出端0330的两侧。如此，流体输出端0330的混合气体可均匀地输出至外部元件，流动通道平滑顺畅。
示范性地，流体混合器0300的输出端(即流体输出端0330)与导流输入端0111之间直接对接，无需设置导管，以保证混合气体的状态稳定。换言之，流体输出端0330与导流输入端0111具有匹配的形状，实现紧密贴合连接。
示范性地，流体混合器0300、导流转换器0100与分流输出器0200具有一致的厚度尺寸，以保证流体于厚度方向基本保持平顺，从而使保护气体输出时沿宽度方向的分布基本一致，保证均匀的吹扫作用。
实施例3
在实施例1或2的基础上，本实施例进一步公开一种气体输出模块P(b)。示范性地，气体输出模块P(b)用于抽排保护气带末端的保护气体，并降低被排出的保护气体的湍流度。例如，气体输出模块P(b)与抽气设备(如气泵等)连接，主动地抽排保护气体。同时，气体输出模块P(b)还可降低保护气带末端的保护气体的湍流度，避免保护气体于排出过程发生涡流，进一步保证加工室100内的保护气带的湍流度稳定。应当理解，保护气体排出过程的湍流度并不直接影响加工室100内的保护气体的的湍流度，而起到改善作用。
请参阅图12，示范性地，气体输出模块P(b)包括气体排除器1100，气体排除器1100包括排流壳体1110。排流壳体1110具有排流输入端1111、排流腔1112与排流输出端1113，三者依次连通而形成源气体流动的通道。其中，排流输入端1111、排流腔1112与排流输出端1113的连接处平滑过渡，且排流腔1112的壁面平滑连续，以降低湍流度而减少涡流现象。
示范性地，排流输入端1111设有排流栅栏1111a，用于对排出的保护气体进行分流降速，从而降低保护气体的湍流度。其中，排流壳体1110的通流截面自排流输入端1111至排流输出端1113递减，使保护气体逐渐汇聚以便排出。
示范性地，排流输入端1111与排流输出端1113垂直分布，使保护气体于排出过程实现90°方向变换，气体排除器1100可更为紧凑地设置于加工室100的侧面，压缩空间占用率。
排流腔1112的构造多种多样，示范性地，排流腔1112具有扁状腔体构造。扁状腔体构造的厚度尺寸(亦即排流壳体1110的前后壁之间的距离)较小，使通流截面呈狭长状轮廓。在该构造下，排流腔1112输出的受控气体的流动范围与流动方向具有较强的可控性。
其中，扁状腔体构造的宽度尺寸自排流输入端1111至排流输出端1113递增，实现通流截面的递增目的，并使排流输出端1113形成扁口结构。类似地，扁口结构的宽度尺寸较小，形成狭长状输出面。示范性地，狭长状输出面包括狭长椭圆、狭长矩形等形状。
其中，扁状腔体构造的外形多种多样。示范性地，扁状腔体构造沿其厚度方向具有三角形投影轮廓。换言之，由以扁状腔体构造的厚度方向为法线的平面所截得的截面具有三角形形状。三角形的底边位于排流输出端1113上，与底边相对的顶点位于排流输入端1111上。
示范性地，扁状腔体构造沿其宽度方向具有对称结构，并于对称轴的两端形成排流输入端1111与排流输出端1113。换言之，扁状腔体构造、排流输入端1111与排流输出端1113具有中心共轴关系。例如，在前述三角形投影轮廓情形下，该三角形为等腰三角形。
示范性地，排流腔1112内设有复数个阵列分布的排流叶片1120，排流叶片1120自排流输入端1111延伸至排流输出端1113，排流腔1112由排流叶片1120分隔为复数个导流流道。保护气体进入导流流道，形成多股分流体而实现分流。任一分流体受其所在的导流流道约束，进一步集约而降低湍流度，并于排流输出端1113汇聚，从而增强源气体的可控程度。其中，排流叶片1120可由金属或塑料等不同材料制成，并具有薄壁条带结构。
实施例4
请参阅图2，在实施例1-3任一者的基础上，本实施例进一步公开一种辅助输入模块P(c)。示范性地，保护气体供给系统300还包括辅助输入模块P(c)，辅助输入模块P(c)用于输入辅助气体，辅助气体定向流动而形成辅助气带，辅助气带与保护气带于加工室100内层叠分布，辅助气体与保护气体的流动方向具有非零夹角。其中，辅助气体根据实际应用需要而定，示范性地，其与保护气体成分相同。
可以理解，辅助输入模块P(c)用于清扫保护气带难以覆盖的上部区域，实现对加工室100的全覆盖。通过对上部区域的吹扫，可进一步保证激光光路的连贯性，并使激光源200的光学表面不会发生污染物堆积，保证激光源200的清洁而提高使用寿命。
示范性地，辅助气体与保护气体的流动方向相反，并于辅助气带的末端发生流动方向逆转而汇入保护气带。换言之，辅助气体完成对上部区域的吹扫后，反向流动而汇入保护气带，与保护气带一并经气体输出模块P(b)排出，简化保护气体供给系统300的结构。具体地，辅助气体的流动方向可如图2中的Z所示。
请参阅图13，示范性地，辅助输入模块P(c)包括辅助输入器2100，辅助输入器2100具有辅助输入壳体2110及均设置于辅助输入壳体2110上的辅助输入端2120与辅助输出端2130。辅助输入器2100的结构多种多样，使辅助输出端2130与排流输入端1111的结构尺寸关系不一，如相同、狭长、短小等不同类型。示范性地，辅助输入器2100可采用气体输入模块P(a)的结构形式，亦可仅采导流转换器0100的结构形式，还可以是其他形式。
进一步地，辅助输入模块P(c)并用于降低辅助气体的湍流度，使辅助气体的湍流度处于其对应的预设范围内以使辅助气体的湍流涡旋均位于保护气带内。
示范性地，辅助输入器2100与气体排除器1100同侧同向设置于加工室100内，且辅助输入器2100位于气体排除器1100的上端。例如，辅助输入器2100与气体排除器1100同侧同向设置于后壁120上。辅助气体扫过加工室100的上部区域后，冲击前壁0110而发生方向逆转，从而汇入保护气带。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种增材制造设备，其特征在于，包括：加工室；激光源，用于发生作用于连续粉末材料层的激光束；保护气体供给系统，包括相对地设置于所述加工室内的气体输入模块与气体输出模块，保护气体自所述气体输入模块向所述气体输出模块流动而形成保护气带，所述连续粉末材料层位于所述保护气带内，所述保护气体的流动方向与所述激光束的传播方向保持相交；
所述加工室具有相对设置的前壁与后壁及连接二者的顶壁，所述气体输入模块设置于所述前壁上，所述气体输出模块设置于所述后壁上，所述激光源设置于所述顶壁上；
所述保护气体的湍流度处于预设范围内以使所述保护气体的湍流涡旋均位于所述保护气带内；
还包括辅助输入模块，所述辅助输入模块用于输入辅助气体，所述辅助气体定向流动而形成辅助气带，所述辅助气带与所述保护气带于所述加工室内层叠分布，所述辅助气体与所述保护气体的流动方向具有非零夹角。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述气体输入模块与所述气体输出模块之间形成驱动压，所述驱动压不小于大气压，所述保护气体的湍流度于所述驱动压下处于所述预设范围内。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述气体输入模块用于引入源气体并调节所述源气体的湍流度，从而输出所述保护气体。
4.根据权利要求3所述的增材制造设备，其特征在于，所述气体输入模块包括：导流转换器，用于调节所述源气体的湍流度而得到受控气体；分流输出器，用于分流所述受控气体而输出所述保护气体。
5.根据权利要求4所述的增材制造设备，其特征在于，所述气体输入模块还包括流体混合器，所述流体混合器用于实现所述源气体的均匀混合而得到混合气体，所述导流转换器使所述混合气体的湍流度降低至预设范围而得到所述受控气体。
6.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述气体输出模块用于抽排所述保护气带末端的保护气体，并降低被排出的保护气体的湍流度。
7.根据权利要求1所述的增材制造设备，其特征在于，所述辅助输入模块与所述气体输入模块于所述加工室内同侧同向设置，所述辅助输入模块位于所述气体输入模块的上方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xiong Xiaojing Inventor after: Zheng Hua Inventor before: Wu Xinhua Inventor before: Mei Junfa Inventor before: Xiong Xiaojing Inventor before: Zheng Hua |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215000 No. 9, Shek Yang Road, hi tech Zone, Suzhou, Jiangsu Applicant after: Suzhou Beifeng Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: No. 9, Shiyang Road, Suzhou City, Jiangsu Province 215000 Applicant before: SUZHOU BEIFENG LASER TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |