CN109285437B - 一种可视化3d打印装备循环过滤系统模拟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置及方法。本发明采用模拟试验设计思路，对增材制造装备循环系统简化处理，采用透明玻璃材质模拟成形舱，实现循环系统风场可视化；进风口结构采用分段式，通过卡环连接，便于拆卸安装；进风口结构采用非金属3D打印技术成形，能够实现进风口结构快速设计‑制造‑验证，进风口结构研制周期，降低研制成本，解决目前循环系统结构设计制造迭代周期问题。该种发明适用于工业化增材制造装备研制过程中循环系统的设计，尤其是粉末床激光选区熔化成形技术(SLM)，粉末床激光选区烧结成形技术(SLS)，在设备研制阶段具有较高的价值。

Description

一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置及方法
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置及方法。
背景技术
3D打印技术是一种基于离散-堆积原理，综合计算机图形处理、数字化信息和控制、机电控制技术和材料技术，采用材料逐层累加的方法实现零件快速自由成形制造的技术。
3D打印技术的发展很大程度的依赖设备的发展，产品打印质量取决于打印装备稳定性，装备的稳定性将直接影响产品是否能够成功打印。粉末床选区熔化成形过程中存在粉末飞溅以及烟尘，因此在该类尤其金属成形装备，需要提供循环过滤系统，以便于实现成形舱室内部的循环过滤，去除烟尘以及超细粉尘颗粒。成形过程的循环过滤效果取决于循环系统结构，不同循环系统结构导致在成形平面上形成的风场存在较大差异，因此一个合适的循环系统结构是3D打印装备必不可少的。然而，目前装备过滤循环系统基于经验设计，采用简单流场分析，通过分析结果确定循环系统结构，最终完成装备整体装配到调试。如果在工艺调试阶段存在风场不均匀，需要重新对循环结构进行优化，重新设计，效率低，效果不显著，导致设备整体研发周期长，因此急需一种能够针对循环过滤系统实现快速设计与调试的系统与方法，满足3D打印装备研制需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置及方法，以解决如何确定循环过滤系统最佳风场的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置，该模拟装置包括成形模拟舱、进风口、烟雾发生器、循环风机、烟雾过滤器、出风口和循环管道；其中，以循环风机作为起点，连接顺序为循环风机-进风口-成形模拟舱-出风口-烟雾过滤器-循环风机；烟雾发生器采用T型管连接在循环风机与进风口之间；成形模拟舱相对两侧面连接进风口与出风口。
进一步地，成形模拟舱采用玻璃或者有机玻璃制作。
进一步地，进风口包括一级分流结构、二级分流结构、整流结构、下进风口与上进风口；其中，一级分流结构分别连接上进风口与二级分流结构，二级分流结构连接整流结构，整流结构连接下进风口，下进风口与出风口位置相对，并保持在同一水平位置，上进风口在下进风口正上方。
进一步地，上进风口和下进风口与成形模拟舱采用固定连接方式，并进行密封。
进一步地，一级分流结构两端均采用卡环连接方式；二级分流结构一端采用卡环与一级分流结构连接，另一端采用螺钉与整流结构连接。
进一步地，出风口结构位于成形模拟舱的侧面底部。
此外，本发明还提出一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置使用方法，其采用上述模拟装置，该使用方法包括如下步骤：
S1、采用流场模拟辅助方法设计进风口结构，通过3D打印技术实现进风口结构快速成形；
S2、打开循环风机，调节风速或流量大小，待循环过滤系统工作稳定；
S3、打开烟雾发生器，调节烟雾发生量大小；
S4、通过成形模拟舱观察风场烟雾效果；
S5、判定成形模拟舱观察的结果，若风场均匀，则进风口设计合理，若风场非均匀，则进风口设计不合理，按照步骤S1进行再次优化，重复步骤S2-S5，直至风场均匀。
(三)有益效果
本发明提出的可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置及方法，本发明采用模拟试验设计思路，对增材制造装备循环系统简化处理，采用透明玻璃材质模拟成形舱，实现循环系统风场可视化；进风口结构采用分段式，通过卡环连接，便于拆卸安装；进风口结构采用非金属3D打印技术成形，能够实现进风口结构快速设计-制造-验证，进风口结构研制周期，降低研制成本，解决目前循环系统结构设计制造迭代周期问题。该种发明适用于工业化增材制造装备研制过程中循环系统的设计，尤其是粉末床激光选区熔化成形技术(SLM)，粉末床激光选区烧结成形技术(SLS)，在设备研制阶段具有较高的价值。
附图说明
图1为本发明实施例的循环过滤系统模拟装置整体结构示意图；
图2为本发明实施例的模拟装置中进风口结构示意图；
图3为本发明实施例的模拟装置中一级分流结构示意图；
图4为本发明实施例的模拟装置中二级分流结构示意图；
图5为本发明实施例的模拟装置中整流结构示意图；
图6为本发明实施例的模拟装置中出风口结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置，其结构如图1所示。该模拟装置包括成形模拟舱1、进风口2、烟雾发生器3、循环风机4、烟雾过滤器5、出风口6和循环管道7。其中，以循环风机4作为起点，连接顺序为循环风机4-进风口2-成形模拟舱1-出风口6-烟雾过滤器5-循环风机4。烟雾发生器3采用T型管连接在循环风机4与进风口2之间。成形模拟舱1采用玻璃或者有机玻璃等透明材质制作，尺寸为300mm×300mm×400mm，成形模拟舱1相对两侧面连接进风口2与出风口6。
如图2-5所示，进风口2包括一级分流结构8、二级分流结构9、整流结构10、下进风口11与上进风口12。其中，一级分流结构8分别连接上进风口12与二级分流结构9，二级分流结构9连接整流结构10，整流结构10连接下进风口11，下进风口11与出风口6位置相对，并保持在同一水平位置，上进风口12在下进风口11正上方，上进风口12与下进风口11高度方向距离为300mm。上进风口12与下进风口11与成形模拟舱1采用固定连接方式，并进行密封；一级分流结构8两端均采用卡环13连接方式，便于设计优化后拆卸更换，二级分流结构9一端采用卡环13与一级分流结构8连接，另一端采用螺钉与整流结构10连接，便于拆卸更换。出风口6结构位于成形模拟舱1侧面底部，出风口结构尺寸为50mm×50mm×450mm，出风口6另一端与烟雾过滤器5连接，保证进入循环风机气体无烟尘污染。循环风机4位于进风口2与烟雾过滤器5之间，中间采用循环管道7连接；烟雾发生器3通过T型管连接在循环风机4与进风口2之间，实现发生烟雾功能。
采用上述可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置进行模拟的方法包括如下步骤：
S1、采用流场模拟辅助方法设计进风口2结构，通过3D打印技术实现进风口2结构快速成形；
S2、打开循环风机4，调节风速或流量大小，待循环过滤系统工作稳定；
S3、打开烟雾发生器3，调节烟雾发生量大小；
S4、通过成形模拟舱1观察风场烟雾效果；
S5、判定成形模拟舱1观察的结果，若风场均匀，则进风口2合理，若风场非均匀，则进风口2不合理，按照步骤S1进行再次优化，重复步骤S2-S5，直至风场均匀。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括成形模拟舱、进风口、烟雾发生器、循环风机、烟雾过滤器、出风口和循环管道；其中，以所述循环风机作为起点，连接顺序为循环风机-进风口-成形模拟舱-出风口-烟雾过滤器-循环风机；所述烟雾发生器采用T型管连接在所述循环风机与进风口之间；所述成形模拟舱相对两侧面连接所述进风口与出风口；所述进风口包括一级分流结构、二级分流结构、整流结构、下进风口与上进风口；其中，所述一级分流结构分别连接所述上进风口与二级分流结构，所述二级分流结构连接整流结构，所述整流结构连接所述下进风口，所述下进风口与所述出风口位置相对，并保持在同一水平位置，所述上进风口在所述下进风口正上方。
2.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述成形模拟舱采用玻璃或者有机玻璃制作。
3.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述上进风口和下进风口与所述成形模拟舱采用固定连接方式，并进行密封。
4.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述一级分流结构两端均采用卡环连接方式；所述二级分流结构一端采用卡环与所述一级分流结构连接，另一端采用螺钉与所述整流结构连接。
5.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述出风口结构位于所述成形模拟舱的侧面底部。
6.一种可视化3D打印装备循环过滤系统模拟装置使用方法，其特征在于，采用上述任一项权利要求所述的模拟装置，所述使用方法包括如下步骤：
S1、采用流场模拟辅助方法设计进风口结构，通过3D打印技术实现进风口结构快速成形；
S2、打开循环风机，调节风速或流量大小，待所述循环过滤系统工作稳定；
S3、打开烟雾发生器，调节烟雾发生量大小；
S4、通过所述成形模拟舱观察风场烟雾效果；
S5、判定所述成形模拟舱观察的结果，若风场均匀，则进风口设计合理，若风场非均匀，则所述进风口设计不合理，按照步骤S1进行再次优化，重复步骤S2-S5，直至风场均匀。
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