CN109049717A - 一种3d打印设备的气体监测系统及工作方法 - Google Patents

一种3d打印设备的气体监测系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种3D打印设备的气体监测系统，包括进气管IN，进气管IN连接进气歧管，进气歧管的输出端连接多路气管，每个多路气管进气端上均安装有电磁阀，多路气管进气端与连接工作气路，工作气路中安装有过滤装置，每个过滤装置均连接到排气歧管，排气歧管连接排气总管OUT‑1，排气总管OUT‑1上安装有电磁阀，排气总管OUT‑1上设置有排气滤芯；多路气管进气端还连接清洗气路，清洗气路与排气歧管连接。本发明还公开了该监测系统的工作方法。本发明的监测系统配备高、低精氧同时监测，具有完善的氧含量监测控制系统；成形室排出的气体经过有效过滤，保证电磁阀不易堵塞，延长设备部件寿命。

Description

一种3D打印设备的气体监测系统及工作方法
技术领域
本发明属于生产制造设备技术领域，涉及一种3D打印设备的气体监测系统，还涉及该监测系统的工作方法。
背景技术
3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用金属或非金属材料(如ABS、PC、PA、PLA等塑料、光敏树脂、橡胶、不锈钢、钛合金、陶瓷、混凝土等材料)制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化堆积成型来构造三维的实体的打印设备。3D打印设备通过分层切片工艺，借助激光对粉末进行烧结。其中，金属3D打印由于原材料为金属粉末，对零件成形的氧含量有极高的要求，为了避免粉末在成形过程中氧化，设备需要将氧含量控制在一个极低的范围，如果成型仓内的氧气含量过高，3D打印机的零件在高温作业下造成氧化严重，打印过程中出现球化、黑烟等现象，甚至会导致打印过程中出现爆炸，造成安全隐患。
通常，采用氩气、氮气等惰性气体对成形室进行清洗，保证零件成形是在极低的氧含量环境中进行，确保零件较高的成形质量。所以，有效的气氛监测控制系统就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印设备的气体监测系统，解决了现有技术没有完善的氧含量监测控制系统导致发生安全问题，成形室排出的气体没有经过有效过滤，容易堵塞电磁阀的问题。
本发明的另一目的是提供气体监测系统的工作方法。
本发明所采用的技术方案是，一种3D打印设备的气体监测系统，包括进气管IN，进气管IN的一端为气源进气口，进气管IN的另一端连接进气歧管，进气歧管的输出端连接多路气管，每个多路气管进气端上均安装有电磁阀，多路气管进气端连接工作气路，工作气路包括与多路气管进气端连接的3D打印设备的成形室，成形室内部顶端上安装有低精度氧分析仪和高精度氧分析仪，成形室内部与多路气管分别相连通的管道输出端均安装有过滤装置，每个过滤装置均连接排气管路，排气管路均连接到排气歧管，排气歧管连接排气总管OUT-1，排气总管OUT-1上安装有电磁阀，排气总管OUT-1连接排气口；
多路气管进气端还连接清洗气路。
本发明的其他特点还在于，
清洗气路包括与多路气管进气端连接的3D打印设备的其他部件，3D打印设备的其他部件内部与多路气管相连通的管路输出端均连接排气歧管，3D打印设备的其他部件内部与多路气管相连通的管路输出端上均安装有单向阀。
电磁阀连接上位机，低精度氧分析仪和高精度氧分析仪连接上位机。
本发明的另一技术方案是，一种3D打印设备气体监测系统的工作方法，具体操作过程包括如下步骤：
步骤1.操作上位机初始化监测系统中的各部件，并且上位机读取低精度氧分析仪检测的氧含量数据，然后判断检测的氧含量数据是否为检测下限，如果不是，则记录氧含量数据，执行步骤2；如果是，则读取高精度氧分析仪检测的氧含量数据，并记录氧含量数据，然后执行步骤2；
步骤2.判断步骤1记录的氧含量是否在A～B范围之内，如果在，则就按照原气路执行打印操作，直到打印结束；如果不在，执行步骤3；
步骤3.判断氧含量是否小于A，如果是，执行工作气路，即，上位机控制电磁阀关闭与3D打印设备的其他部件连接的多路气管，打开与成形室连接的多路气管，对成形室进行工作进气和工作排气，执行打印操作，直到打印结束；如果不是，则执行步骤4；
步骤4.判断氧含量是否大于B，如果是，执行清洗气路，即，上位机控制电磁阀打开与3D打印设备的其他部件连接的多路气管，并打开与成形室连接的多路气管，两个气路同时工作，然后返回依次执行步骤1、步骤2、步骤3和步骤4。
氧含量A和B的值根据打印材料和客户所要求的设备精度而定。
本发明的有益效果是，一种3D打印设备的气体监测系统及工作方法，解决了现有技术没有完善的氧含量监测控制系统导致发生安全问题，成形室排出的气体没有经过有效过滤，容易堵塞电磁阀的问题。能够有效控制气路方向，本发明的监测系统配备高、低精氧同时监测，PLC控制清洗和工作两路气配合工作，行成完善的氧含量监测控制系统；成形室排出的气体经过有效过滤，保证电磁阀不易堵塞，延长设备部件寿命；可有效控制气路方向，避免气路反吹，保证设备工作性能。
附图说明
图1是本发明的一种3D打印设备的气体监测系统的示意图；
图2是本发明的一种3D打印设备的气体监测系统的工作方法流程图。
图中，1.气源进气口，2.进气歧管，3.成形室，4.3D打印设备的其他部件，5.排气歧管，6.排气滤芯，7.单向阀，8.过滤装置，9.电磁阀，10.上位机，11.低精度氧分析仪，12.高精度氧分析仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种3D打印设备的气体监测系统，如图1所示，包括进气管IN，进气管IN的一端为气源进气口1，进气管IN的另一端连接进气歧管2，进气歧管2的输出端连接多路气管，每个多路气管进气端上均安装有电磁阀9，多路气管进气端连接工作气路，工作气路包括与多路气管进气端连接3D打印设备的成形室3，成形室3内部顶端上安装有低精度氧分析仪11和高精度氧分析仪12，成形室3内部与多路气管分别相连通的管道输出端均安装有过滤装置8，每个过滤装置8均连接排气管路，排气管路均连接到排气歧管5，排气歧管5连接排气总管OUT-1，排气总管OUT-1上安装有电磁阀9，排气总管OUT-1连接排气口，排气总管OUT-1与排气口之间设置有排气滤芯6；
多路气管进气端还连接清洗气路。
清洗气路包括与多路气管进气端连接的3D打印设备的其他部件4，3D打印设备的其他部件4内部与多路气管相连通的管路输出端均连接排气歧管5，3D打印设备的其他部件4内部与多路气管相连通的管路输出端上均安装有单向阀7。
电磁阀9连接上位机10，低精度氧分析仪11和高精度氧分析仪12连接上位机10。
本发明的一种3D打印设备的气体监测系统，工作原理如下：气源进气口1可以是任何气源输入，如3D打印设备常用的氩气、氮气、压缩空气等，洗气或工作过程中，气体会通过进气歧管2分散成多路气体，分别进入成形室3或其他设备部件4，其中，其他设备部件4与成形室3可能是串联形式，也可能是并联形式，图示仅说明了跟成形室并联的一路部件形式，但不仅仅限于该形式；气体经过3D打印设备的其他设备部件4与成形室3后，最终汇集到排气歧管5，再依次经过排气总管OUT-1和排气滤芯6排出，完成洗气循环，保证设备内部氧含量满足工作要求。图中，IN-m-n代表第m段进气的第n路分支，OUT-m-n代表第m段排气的第n路分支。成形室3顶端同时安装低精度氧分析仪11和高精度氧分析仪12，可实时检测成形室氧含量。上位机10通过PLC控制各个管路上的电磁阀9保证清洗和工作气路配合，形成稳定有效的工作氛围。
实际工作开始前，所有设备循环部件均会进行大清洗，设备清洗连接的相关进气管IN和排气总管OUT均打开，保证氧含量达到要求值。一旦氧含量满足要求，设备开始工作，PLC控制系统通过电磁阀关闭相关清洗气管，仅对成形室进行工作进气和工作排气，当氧含量高于一定值时再打开清洗气路，两个气路配合工作，不仅可以合理消耗气源，也可确保零件成形过程中氧含量在一个稳定的范围
本发明的一种3D打印设备的气体监测系统的工作方法，如图2所示，具体操作过程包括如下步骤：
步骤1.操作上位机10初始化检测系统中的各部件，并且上位机10读取低精度氧分析仪11检测的氧含量数据，然后判断检测的氧含量数据是否为检测下限，如果不是，则记录氧含量数据，执行步骤2；如果是，则读取高精度氧分析仪12检测的氧含量数据，并记录氧含量数据，然后执行步骤2；
步骤2.判断步骤1记录的氧含量是否在A～B范围之内，如果在，则就按照原气路执行打印操作，直到打印结束；如果不在，执行步骤3；
步骤3.判断氧含量是否小于A，如果是，执行工作气路，即，上位机10控制电磁阀9关闭与3D打印设备的其他部件4连接的多路气管，打开与成形室3连接的多路气管，对成形室3进行工作进气和工作排气，执行打印操作，直到打印结束；如果不是，则执行步骤4；
步骤4.判断氧含量是否大于B，如果是，执行清洗气路，即，上位机10控制电磁阀9打开与3D打印设备的其他部件4连接的多路气管，并打开与成形室3连接的多路气管，两个气路同时工作，然后返回依次执行步骤1、步骤2、步骤3和步骤4。
氧含量A和B的值根据打印材料和客户所要求的设备精度而定。
如图1所示，清洗时IN-1与OUT-1所有管路均打开，工作时，除成形室3，外虚线框内的3D打印设备的其他部件4均停止进气，成形室3一直有工作进气，即导致排气歧管B处和A处存在压力差，且B>A。由于零件成形过程中会产生大量粉尘，粉尘由于压差经由排气歧管5进入3D打印设备的其他部件，长时间使用对这些部件性能造成极大损坏，影响设备整体质量。为了避免类似情况发生，本系统中还特别增加两种部件，首先，在成形室3中每一路排气气管上增加过滤装置81，82，……，8n，保证成形室3排除的气体尽量无过大粉尘，保证气路上电磁阀不会堵塞，影响性能。另外，在仅有清洗进气没有工作进气的气路终端、歧管前端增加单向阀7，单向阀7仅在清洗排气时才会气路连通，确保即使排气歧5管存在压差，也不会将粉尘等杂质吹入设备其他部件，保证设备各项功能良好运行。

Claims (5)

1.一种3D打印设备的气体监测系统，其特征在于，包括进气管IN，所述进气管IN的一端为气源进气口(1)，所述进气管IN的另一端连接进气歧管(2)，所述进气歧管(2)的输出端连接多路气管，每个所述多路气管进气端上均安装有电磁阀(9)，所述多路气管进气端连接工作气路，所述工作气路包括与所述多路气管进气端连接的3D打印设备的成形室(3)，所述成形室(3)内部顶端上安装有低精度氧分析仪(11)和高精度氧分析仪(12)，所述成形室(3)内部与所述多路气管分别相连通的管道输出端均安装有过滤装置(8)，每个所述过滤装置(8)均连接排气管路，所述排气管路均连接到排气歧管(5)，所述排气歧管(5)连接排气总管OUT-1，所述排气总管OUT-1上安装有电磁阀(9)，所述排气总管OUT-1连接排气口；
所述多路气管进气端还连接清洗气路。
2.如权利要求1所述的一种3D打印设备的气体监测系统，其特征在于，所述清洗气路包括与所述多路气管进气端连接的3D打印设备的其他部件(4)，所述3D打印设备的其他部件(4)内部与所述多路气管相连通的管路输出端均连接所述排气歧管(5)，所述3D打印设备的其他部件(4)内部与所述多路气管相连通的管路输出端上均安装有单向阀(7)。
3.如权利要求1所述的一种3D打印设备的气体监测系统，其特征在于，所述电磁阀(9)连接上位机(10)，所述低精度氧分析仪(11)和高精度氧分析仪(12)连接上位机(10)。
4.一种3D打印设备的气体监测系统的工作方法，其特征在于，使用如权利要求3所述的一种3D打印设备的气体监测系统，具体操作过程包括如下步骤：
步骤1.操作上位机(10)初始化监测系统中的各部件，并且上位机(10)读取低精度氧分析仪(11)检测的氧含量数据，然后判断检测的氧含量数据是否为检测下限，如果不是，则记录氧含量数据，执行步骤2；如果是，则读取高精度氧分析仪(12)检测的氧含量数据，并记录氧含量数据，然后执行步骤2；
步骤2.判断步骤1记录的氧含量是否在A～B范围之内，如果在，则就按照原气路执行打印操作，直到打印结束；如果不在，执行步骤3；
步骤3.判断氧含量是否小于A，如果是，执行工作气路，即，上位机(10)控制电磁阀(9)关闭与所述3D打印设备的其他部件(4)连接的多路气管，打开与所述成形室(3)连接的多路气管，对所述成形室(3)进行工作进气和工作排气，执行打印操作，直到打印结束；如果不是，则执行步骤4；
步骤4.判断氧含量是否大于B，如果是，执行清洗气路，即，上位机(10)控制电磁阀(9)打开与所述3D打印设备的其他部件(4)连接的多路气管，并打开与所述成形室(3)连接的多路气管，两个气路同时工作，然后返回依次执行步骤1、步骤2、步骤3和步骤4。
5.如权利要求4所述的一种3D打印设备的气体监测系统的工作方法，其特征在于，所述氧含量A和氧含量B的值根据打印材料和客户所要求的设备精度而定。
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