CN108555300A - 易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置 - Google Patents

易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，包括：多孔进气装置，多孔进气装置连接主舱室的一面具有错位密排的小孔结构，以稳定所述保护气流；吸气装置；透镜保护气流口，通过外接保护气瓶在透镜下表面形成稳定的保护气射流，使得在易蒸发金属粉末激光熔化过程中，在粉床表面形成保护气流，防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面。该装置可以通过交错的圆孔有效提高气流保护效果，并且通过透镜保护气流口防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面，从而可以稳定实时的排除金属蒸气，延长设备使用寿命，提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量，成本低，简单易实现。

Description

易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置
技术领域
本发明涉及激光选区熔化技术领域，特别涉及一种易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置。
背景技术
激光选区熔化技术属于增材制造技术。相对于传统的材料去除的机加工技术，激光选区熔化通过分层堆积的方法结合CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)技术，实现众多金属材料的复杂结构的直接成型。激光选区熔化技术在航空航天、生物科技和新材料等领域有着广泛的应用。
锌及其合金和镁及其合金等属于易蒸发金属。锌及其合金和镁及其合金凭借其优异的生物相容性和生物可降解性，在生物可降解植入体领域有大量的研究。由于锌及其合金和镁及其合金沸点较低，在金属激光选区熔化过程中会产生大量金属蒸气。激光光束穿过动态的金属蒸气后光束质量不稳定，能量分布不均匀，导致激光选区熔化锌及其合金和镁及其合金的成型件的致密度低、力学性能较差、表面粗糙度高，飞溅剧烈等问题。由于激光选区熔化制备易蒸发金属零件时在不同堆积层时扫描面积不同，不同时间点产生的金属蒸气量也不同。大量的金属蒸气甚至会冷凝在激光选区熔化设备激光透镜上，减小了设备使用寿命。因此有必要通过控制主舱室保护气流形状和流速，实现金属蒸气流稳定的排除。
然而，相关技术的激光选区熔化设备在制备易蒸发金属零件时气氛控制的主要不足之处有：金属蒸气不能及时排除，保护气流吹出金属蒸气时气流不稳定，保护气流流量不能实时控制。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，该装置可以有效提高气流保护效果的同时，稳定实时的排除金属蒸气，延长设备使用寿命，提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量，成本低，简单易实现。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，包括：多孔进气装置，所述多孔进气装置安装在主舱室外部的一侧，且所述多孔进气装置与保护气瓶通过电控气阀相连，其中，所述多孔进气装置连接所述主舱室的一面具有错位密排的小孔结构；吸气装置，所述吸气装置安装在所述主舱室外部的另一侧，且所述吸气装置与抽气泵相连；透镜保护气流口，所述透镜保护气流口位于透镜基座的外侧两端，以通过外接保护气瓶在透镜下表面形成稳定的保护气射流，使得在易蒸发金属粉末激光熔化过程中，所述多孔进气装置与所述吸气装置在粉床表面形成保护气流，防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面。
本发明实施例的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置可以通过交错的圆孔有效提高气流保护效果，并且通过透镜保护气流口防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面，有效控制金属蒸气对激光能量的衰减，使得粉床吸收的激光能量更加稳定，从而可以稳定实时的排除金属蒸气，延长设备使用寿命，提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量，不但成本低，而且简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：氧气气体探测器，所述氧气气体探测器安装在主舱室内部的上方，以监测舱室氧气变化值，并且反馈控制进气流速，以保证舱室氧气浓度在预设值以下。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述氧气气体探测器进一步用于探测所述主舱室的上部氧气含量大小，且控制所述电控气阀的阀值，使得所述电控气阀控制所述保护气瓶保护气输出压强大小。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述抽气泵的抽气负压与所述保护气瓶保护气输出压强大小相同。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述保护气瓶输出的保护气通过所述电控气阀、所述多孔进气装置在所述主舱室加工表面形成所述保护气流。。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述透镜保护气流口位于所述透镜的下方预设范围处。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设范围为1至5厘米。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的多孔进气装置的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的吸气装置的结构示意图。
附图标记说明：
易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置-10、多孔进气装置-100、吸气装置-200、透镜保护气流口-300、主舱室-400、保护气瓶-500、电控气阀-600、抽气泵-700、透镜基座-800、透镜-900和氧气气体探测器-1000。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置。
图1是本发明一个实施例的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置的结构示意图。
如图1所示，该易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置10包括：多孔进气装置100、吸气装置200和透镜保护气流口300。
其中，多孔进气装置100安装在主舱室400外部的一侧，且多孔进气装置100与保护气瓶500通过电控气阀600相连，其中，多孔进气装置连接主舱室400的一面具有错位密排的小孔结构。吸气装置200安装在主舱室400外部的另一侧，且吸气装置200与抽气泵700相连。透镜保护气流口300位于透镜基座800的外侧两端，以通过外接保护气瓶500在透镜900下表面形成稳定的保护气射流，使得在易蒸发金属粉末激光熔化过程中，多孔进气装置100与吸气装置200在粉床表面形成保护气流，防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面。本发明实施例的装置10可以通过交错的圆孔有效提高气流保护效果，并且通过透镜保护气流口防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面，从而可以稳定实时的排除金属蒸气，延长设备使用寿命，提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量，成本低，简单易实现。
可以理解的是，易蒸发金属粉末可以为镁合金、锌合金、铝合金等，在此不做具体限定。其中，多孔进气装置100的结构如图2所示，吸气装置200的结构如图3所示，易蒸发金属粉末激光熔化过程中，多孔进气装置100与吸气装置200在粉床表面形成保护气流，其中，保护气流具有气流稳定和去除金属蒸气的特点。透镜保护气流口300在激光透镜下表面形成稳定的射流，从而有效防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面。本发明实施例的控制装置10能够稳定实时的排除激光选区熔化制备易蒸发金属零件时产生的金属蒸气，不但结构简单可靠，而且成本低，系统要求较低，有效延长设备使用寿命，进而提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量。
另外，在本发明的实施例中，如图2所示，多孔进气装置100连接主舱室400的一面具有错位密排的小孔结构，本发明实施例通过实验和模拟等手段得出多孔进气装置100的孔为交错的圆孔时相对于相关技术中的槽孔和规则排列圆孔的气流保护效果更好，更加有效地稳定保护气流，提高使用体验。
进一步地，在本发明的一个实施例中，透镜保护气流口300位于透镜900的下方预设范围处。
可选地，在本发明的一个实施例中，预设范围可以优选为1至5厘米。
进一步地，在本发明的一个实施例中，保护气瓶500输出的保护气通过电控气阀600、多孔进气装置100在主舱室400加工表面形成保护气流。
进一步地，在本发明的一个实施例中，抽气泵的700抽气负压与保护气瓶保护500气输出压强大小相同。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：氧气气体探测器1000。氧气气体探测器1000安装在主舱室400内部的上方，以监测舱室氧气变化值，并且反馈控制进气流速，以保证舱室氧气浓度在预设值以下。
可以理解的是，氧气气体探测器100位于舱室顶部，用于监测舱室氧气变化情况，并反馈控制进气流速，从而保证舱室氧气浓度在设定值以下。
进一步地，在本发明的一个实施例中，氧气气体探测器1000进一步用于探测主舱室400的上部氧气含量大小，且控制电控气阀600的阀值，使得电控气阀600控制保护气瓶500保护气输出压强大小。
可以理解的是，氧气气体探测器1000探测主舱室400上部氧气含量大小，的氧气气体探测器1000控制电控气阀600开关大小，的电控气阀600控制保护气瓶500保护气输出压强大小。
在本发明的实施例中，通过透镜保护气流口可以防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面，有效控制金属蒸气对激光能量的衰减，并且使得粉床吸收的激光能量更加趋于稳定，从而可以稳定实时的排除金属蒸气，延长设备使用寿命，进而提高激光选区熔化易蒸发金属成型件质量，不但成本低，而且简单易实现。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，包括：
多孔进气装置，所述多孔进气装置安装在主舱室外部的一侧，且所述多孔进气装置与保护气瓶通过电控气阀相连，其中，所述多孔进气装置连接所述主舱室的一面具有错位密排的小孔结构；
吸气装置，所述吸气装置安装在所述主舱室外部的另一侧，且所述吸气装置与抽气泵相连；以及
透镜保护气流口，所述透镜保护气流口位于透镜基座的外侧两端，以通过外接保护气瓶在透镜下表面形成稳定的保护气射流，使得在易蒸发金属粉末激光熔化过程中，所述多孔进气装置与所述吸气装置在粉床表面形成保护气流，防止金属蒸气中微小粒子粘附在透镜表面。
2.根据权利要求1所述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，还包括：
氧气气体探测器，所述氧气气体探测器安装在主舱室内部的上方，以监测舱室氧气变化值，并且反馈控制进气流速，以保证舱室氧气浓度在预设值以下。
3.根据权利要求2所述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，所述氧气气体探测器进一步用于探测所述主舱室的上部氧气含量大小，且控制所述电控气阀的阀值，使得所述电控气阀控制所述保护气瓶保护气输出压强大小。
4.据权利要求3述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，所述抽气泵的抽气负压与所述保护气瓶保护气输出压强大小相同。
5.权利要求1所述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，所述保护气瓶输出的保护气通过所述电控气阀、所述多孔进气装置在所述主舱室加工表面形成所述保护气流。
6.权利要求1-5任一项所述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，所述透镜保护气流口位于所述透镜的下方预设范围处。
7.根据权利要求6所述的易蒸发金属激光选区熔化气氛控制装置，其特征在于，所述预设范围为1至5厘米。
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