CN109323019B - 一种3d打印成型的一体化程控阀组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印成型的一体化程控阀组，利用3D打印技术快速精确成型的优点，得到了一种自身内部集成流道的一体化程控阀组，将现有技术中复杂繁多的管道和阀门部件以单元块的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得吸附处理系统的现场阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；同时，针对该一体化程控阀组提供了“打印成型+渗透工艺+烧结工艺”结合的全新3D打印成型工艺，兼具了3D打印快速成型的特点，又使得制件成型后，复杂流道的内壁表面光滑并具有优异的抗磨耐气蚀能力，彻底解决了如吸附处理系统阀区撬装化设计过程中，所设计流道集成度过高时，所存在的加工成型困难以及成型后流道壁表面性能差的问题。

Description

一种3D打印成型的一体化程控阀组

技术领域

本发明涉及集成式控制阀组领域，具体涉及一种3D打印成型的一体化程控阀组。

背景技术

随着半导体、氢燃料电池等行业的不断发展和进步，市场对包括氢气、氨气等高纯气体的需求量越来越大，质量要求也越来越高。除此之外，由于所使用的高纯气体的成本高昂且利用率不高，因此，相应气体的分离提纯和回收再利用也成为了企业关注的重点之一。

作为目前最为有效的气体深度分离提纯技术，变温吸附和变压吸附，其均利用携带有气体吸附质的分子筛在不同温度或压力的条件下对不同气体分子的吸附性能不同来达到混合气体中各组分分离提纯的目的。

以变压吸附技术为例，常见的变压吸附系统，根据实际工况的需要，通常由若干个吸附塔、连接与各吸附塔之间且用于气体流通的气体管线以及安装在各气体管线上且用于控制相应气体管线流断的若干个程控阀门。工作过程中，通过程控阀门控制气体管线的流通，并通过多个程控阀门之间的开启时序配合，从而调整各吸附塔所处的压力和工作状态，如吸附、解析、均压、解析/冲洗等，进而实现对气体的分离提纯。

通常，为了在原料气到产品气高度提纯的同时，保证原料气的处理量和产品气的收率，会在允许的范围内增加吸附塔数量来提升处理量和提纯效果，并增加相匹配的程控阀门和气体管线数量来增加均压次数以提高收率。从上述分析不难看出，在使用变温或变压吸附技术时，为了提高产品气的纯度以及收率，除了必要的工艺参数调整外，吸附设备的规模也必须相应地扩大；但设备大型化又带来了安装运输不便、现场架设施工量大、塔区和阀区占地面积大、设备无法拆装回收等问题。尤其是对于由程控阀门和气体管线组成的吸附塔控制装置，管线复杂化所带来的管道之间连接件过多，还带来以下问题：

第一、对焊接工艺要求高，在导致设备成本大幅提升的同时，并不能有效保证管道以及阀门之间连接的可靠性；

第二，焊缝多、法兰多，导致管线内壁不光滑，存在着如高气速气流摩擦引起火花等风险，安全性能差；

第三，管线路径长，控制设备多，不利与防腐、保温及伴热的设计，导致装置成本进一步增高；

第四，控制装置无法通过一体化工艺实现集成化和撬装化，加大了现场安装的工作量，增加了控制装置性能的不确定性，同时也严重隐形了控制装置的后期机动性和可重复利用率，导致整个吸附系统的总体投资剧增。

针对上述问题，有必要对阀区进行深入的集成化、小型化和撬装化设计。但是，受限于现有阀区规模较大，管道之间的连接关系复杂，单纯以缩小尺寸为手段的集成化设计并不能有效地解决管道以及程控阀之间连接关系复杂、连接部位多的问题。同时随着尺寸的缩小，加工难度提高，尤其是连接部位处的焊接难度成倍提高，焊接后很难做到内壁光滑。除此之外，无论管道还是管道连接件的尺寸减小，为保留相当的流道截面积，构成流道的管壁或连接件壁势必变薄。承压能力和可靠性均大幅降低，基于上述原因，需要一种全新的集成制造工艺来辅助实现吸附处理系统中阀区的真正集成。

发明内容

本发明的目的在于：有针对性地提出了一种全新的吸附处理系统阀区集成后所形成的一体化程控阀组，并针对现有集成化手段在该阀区集成装置的制造过程中所存在的问题，提供了一种3D打印成型的一体化程控阀组，将现有3D打印技术进行了改进，解决现有采用现有集成化和小型化设计制造手段所得到的集成化或一体化阀区装置，依然存在的成型后流道壁表面性能差的问题。

针对背景技术中所提出的吸附处理系统放的集成撬装化，发明人在本发明中首先提出一种较优的解决方案，即一体化程控阀组。

参照图1和图2，上述的一体化程控阀组，一般情况下，包括：阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块，底部设置有若干个左右贯通于单元块的汇集流道；所述单元块内开设有前后贯通于单元块的进气流道和出气流道，以及若干个与汇集流道一一对应的支流道；每一所述支流道的一端均与出气流道连通，另一端均与相应的汇集流道连通，且每一所述支流道上均设置有可控阀门；所述单元块的表面上由开设进气流道、出气流道5和汇集流道形成的开口上均设置有用于与外界连接的固定件。

上述一体化程控阀组通过将复杂繁多的管道和阀门部件以单元块的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；还节省了大量管道和管道接头，节约成本，密封性好，可靠性强，安全性高。

但是结合背景技术，可以知道对阀区进行集成撬装化的现有技术中，存在连接件无法消除、流道内壁不光滑、成型后流道壁表面性能差等问题，而通过本阀区集成撬装化技术方案中，在阀组本体内形成连通且用于模拟气体流通管道的若干流道，能够有效消除阀区中原有的连接件，并将管道线路进行有效整合，从而大幅度缩小阀区尺寸，进而真正实现阀区得到集成撬装化。但是，现有加工成型技术在制造该一体化程控阀组的阀组本体时，还存在者或多或少的问题，进而导致所得到的阀组本体的可靠性和稳定性不能完全达到设计和使用预期。例如，采用机加工成型的方式进行，即使用数控铣钻机直接在合金块内铣削出通孔或盲孔，以使合金块内形成与设计相对应的各种流道。但是受限于机加工工具，往往只能够成型较为简单的流道结构，且当流道内壁光滑度要求较高时，加工难度大，且均会在内壁上留下不同程度的加工纹理或损伤，降低了流道壁的包括强度、耐气蚀、耐腐蚀等在内的表面性能；同时，当流道深度较大时，相应的铣削钻孔等操作不方便，增加了成型工作量；再有，由于集成撬装化的需要以及复杂吸附处理过程对流道数量的需求，上述一体化程控阀组的阀组本体中通常会设置尽可能多的流道以满足使用需求，因此对加工的精度要求非常高，才能够保证加工后阀组本体的结构性能，这种情况下很难实现该一体化程控阀组的大规模批量化生产。

常规的金属3D打印成型技术，如SLM也能够用于本发明中所述一体化程控阀组的打印制备，且同样具有3D打印技术加工成型速度快，制件成型精度较高，且能够自动化控制而节省人力劳动的优点。但是，由于本发明所提供的一体化程控阀组的集成度较高，管路细节精度要求高，因此，采用传统SLM工艺制得的一体化程控阀组的流道内壁上依然存在少量的缺陷。

基于上述问题，本发明所提供3D打印成型方法，其核心要点就是要改进上述一体化阀组加工较为困难且成型后流道内壁表面性能不佳的问题，下面结合具体的技术方案对发明所设计的相关原理和所能够实现的效果进行阐述。

依据现有工艺，在合金制件的3D打印成型过程中，通常选用SLM(Selective LaserMelting)技术，在高能激光的作用下，将合金粉末有序地进行分层堆积并以层为单位进行选择性烧结，以达到精确制作具有复杂构型的三维合金制件的目的。但是，直接采用SLM技术制作本发明中的阀组本体，虽然能够降低制作难度，但是由于作为原材料的合金粉末的单一性，并不会为所成型流道内壁的表面性能带来实质性改变，同时存在这成本较高的问题。因此，本发明在现有SLM技术上作出改进，提出能够进一步解决成型流道内壁表面性能且成本相对较低的3D打印成型技术方案，具体如下：

本技术方案中，所使用3D打印用原料分为三种类型，

骨架料，为合金粉末，用于构成阀组本体的主体金属骨架；

渗透料，主要为可熔材料和纳米碳粉的混和物，用于提供渗碳处理的碳源；

支撑料，主体为高温交联型环氧树脂的预聚体或ABS预聚体，用于在骨架料成型的过程中支撑内部腔体或流道的形状；辅料为均匀混合在支撑料体系中的碳酸氢钠粉末，用于在成型过程中提供一定量的二氧化碳气体；此外，辅料还可以包括均匀分布于支撑料体系中的尿素粉末，用于在成型过程中作为氨源。

结合3D打印过程具体说明上述三种材料的使用方式及其详细作用：

由于设计到三种打印原料，因此所使用的3D打印机应当具有3个打印用喷头，打印喷头的具体结构以及控制方法，在现有3D打印技术中已有诸多应用方案，因此技术人员可以根据实际需求进行合理选用，在此不做赘述。

在进行3D打印前，将相应的打印原料加入到与之相应的打印喷头的供料泵中，并检查供料和喷料动作以保证其功能正常。需要说明的是，骨架料，考虑到制造成本的问题，多选用铁基合金粉末，同时，考虑到减低熔接加工温度，上述铁基合金粉末优选的为超细合金粉末，且其中还可以混入一定量的铝粉末以进一步降低熔接温度；渗透料，其选用的主体可溶材料一般为石蜡，然后在石蜡熔融状态下，过筛加入纳米碳粉，并在超高速搅拌下分散均匀，然后迅速凝固定型，此外根据需要还可以混入含有钛、钴、镍、锰、铬、硼元素的氧化物超细粉末，作为进一步的掺杂原料；支撑料，为环氧树脂或ABS树脂的预交联体，能够在温度或辐射的作用下快速固化成型，同时在预交联体中均匀混入了碳酸氢钠、尿素等粉末，当环氧树脂或ABS树脂固化时，相应的粉末也被固化在其中。

结合以上原材料和建模原理，本技术方案中成型上述一体化阀组的阀组本体的详细步骤如下：

步骤1、原料的准备

a)骨架料：将合金粉末粉碎为超细合金粉末待用；

作为优选的，合金粉末为铁基合金粉末，能够降低原材料成本；同时，更为优选的，可以选用成型后承压强度较高碳钢粉末或不锈钢粉末作为骨架料原料；其中，不锈钢粉末利于成型后所得一体化程控阀组的耐气体腐蚀性能的提升。

更为优选的，铁基合金粉末中混合有金属铝粉末，能够减低3D打印成型中骨架料打印成型的操作温度；

上述合金粉末，其粒径优选的为5～10微米；上述金属铝粉末，其粒径优选为1～8微米；从而进一步降低烧结过程所要求的温度；

当骨架料采用铁基合金粉末和铝金属粉末的均匀混合物时，两者之间的质量比为1：(0.1～0.2)。

b)渗透料：在熔融状态下的石蜡中加入纳米碳粉，并高速搅拌混合均匀后，迅速凝固待用；

作为优选的，所选用石蜡的熔融温度为50～60摄氏度；

作为优选的，所述纳米碳粉的粒径为20～100纳米；

作为优选的，石蜡和纳米碳份之间的质量比为1：(0.3～0.5)。

c)支撑料：在高分子预聚体中均匀换入产气无机粉末后待用。

作为优选的，高分子预聚体为ABS预聚体；

更为优选的，ABS预聚体采用固化温度在40～50摄氏度的中温交联剂；

作为优选的，产气无机粉末为碳酸氢钠、尿素中的一种或两种；当采用碳酸氢钠和尿素的混合物时，两者之间的混合质量比为1:0.5；

更为优选的，ABS预聚体与产气无机粉末之间的质量比为1：(0.4～0.6)。

步骤2、3D打印成型

a)在三喷头3D打印机的不同喷头中分别填充上述骨架料、渗透料和支撑料，其中渗透料对应的喷头做保温处理以防止石蜡体系凝固；

b)依据设置的机械控制指令，在打印底板相应位置分别从喷嘴挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料；

c)打印头抬高或打印底板降低设置的单位距离，依据机械控制指令，在相应位置分别再次挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，使三种原料叠加于前一层原料上，然后重复本步骤直至完成模型打印。

本步骤成型的一体化阀组的阀组本体，除由骨架料构成的合金模型外，在阀组本体的流道中，还填充有分别由渗透料和支撑料形成的呈壳-芯结构的填充模型。具体的，这一填充模型靠近流道壁的一侧为一层有渗透料固化所得到的壳层，而壳层内则为支撑料固化得到且具有实心结构的模芯；上述两者按照上述的成型关系将合金模型中流道部分完全填充。

作为优选的，上述壳层的厚度为1～1.5mm，上述模型的大小则以使流道内的除壳层外的剩余空间完全填充为准。

由上述流道内填充模型的结构以及阀组本体的自身结构，可以用清楚得知本步骤3D打印成型所需要得到的模型的具体形状和结构为流道内填充有上述填充模型的阀组本体。从这一模型出发，本步骤中得到用于控制3D打印机的机械控制指令的方法如下：

i)将上述模型的数字化3D模型分层切片：将上述模型在电脑中进行数字化3D建模，得到与上述模型完全对应相同的建模模型，然后将所得到的建模模型以平行与打印底板的N个平面进行切片，以使建模模型分割成N+1层，镁层厚度为0.01～1mm；

具体可以通过3D打印系统或软件进行分层切片，然后转化为3D打印机设备能够识别的指令代码，发送至3D打印机执行。

ii)在当前打印层挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，骨架料的打印位置为合金模型与切片平面的截面位置，渗透料的打印位置为填充模型中壳层与切片平面的截面位置，支撑料的打印位置为填充模型中模芯与切片平面的截面位置。

需要注意的是，在渗透料打印的过程中，当其挤出到打印位置后，还需要辅助冷却，以保证其快速定型，防止其沿打印平面流动而造成壳层位置和尺寸的偏差；而支撑料，当其挤出到打印位置后，对其在40～50度下进行短时(10～15s)，使其形成初步固化，防止其其沿打印平面流动而造成壳层位置和尺寸的偏差。

由上述步骤，可以明确，完成打印后切片层为由骨架料和/或渗透料和/或支撑料构成的面积不同或相同的实心矩形块，然后有这些实心矩形块之间堆积熔接形成最后的模型，该模型则用于后续的烧结处理。

步骤3、制件烧结

a)预热和支撑料的固结

将步骤2得到的模型置于保压烧结釜中，将釜温提升到50～55摄氏度，然后保持5～10分钟，此时，石蜡熔化，释放出其裹挟的纳米碳粉，与此同时，ABS预聚体开始全面固化，同时ABS预聚体中混合的碳酸氢钠和尿素等产气无机粉末开始分解释放气体，使得ABS本来因固化交联收缩的体积反而进一步膨胀，这一膨胀过程，将熔化的石蜡从模芯与合金模型的流道壁之间的缝隙中挤出，并截留部分纳米碳粉于ABS所固化成型的模芯的表面。与此同时，收到模芯膨胀压力的作用，合金模型流道的内壁表面被进一步填充而修复在打印过程中所遗留下来的微痕缺损；

b)渗碳处理

缓慢提升釜温至500～600摄氏度(温升速度为50～60摄氏度每分钟)，使得合金模型均匀受热升温，并使用氮气对炉内升压至2～3MPa；此时由于高温的作用，合金模型出现一定程度的软化(需要注意，由于采用的是铁基合金粉末，因此，在500～600摄氏度的温度区间内，合金模具虽然出现软化，但并不发生熔融流动，故能够保证合金模具的尺寸精度)；与此同时，采用ABS树脂为原料的模芯在该温度下逐渐热分解，而裹挟于模芯中的碳酸氢钠也完全分解释放出气体(其中，碳酸氢钠分解释放出二氧化碳)；ABS树脂热分解释和碳酸氢钠分解所释放出的气体促使模芯的体积进一步膨胀，将模芯表面所携带的纳米碳粉进一步压向流道内壁，同时这部分纳米碳粉在热运动和外界压力的共同作用下，逐渐渗入到流道内壁表面已软化的金属层中去，从而在流道内壁的表面形成一层碳掺杂的金属层；在该温度下，当支撑料中还混有尿素作为产气无机粉末，其热分解释放的氨气在高压作用下，会与流道内壁表面发生渗氮反应从而进一步完成对流道内壁表面的金属层的渗氮处理。此过程持续30～40分钟，以保证纳米碳粉以及氨气能够对流道内壁表面进行充分的渗透，以保证对流道内壁的表面性能的充分改善。

c)淬火和回火

将釜内压力调整至常压，并仍然在氮气的保护氛围中，然后将釜温快速升温至780～850摄氏度(温升速度为120～150摄氏度每分钟)后，烧结20分钟，然后用水淬或油淬至100摄氏度以下，之后在升高釜温加热至350～400摄氏度，保温20分钟后，自然冷却至室温，即完成烧结。

上述过程中，合金模型先后经过了淬火和中温回火两大过程，从而提升了合金模型成型后的抗屈服强度，减少了合金模型内部应力，从整体上提升了所制得的阀组本体的机械性能。

步骤4、清洗

将步骤3烧结得到的合金模型，先在加压空气下吹除掉流道中残留的支撑料和渗透料分解残留物，然后在水浴缸中进行超声波清洗，震动除去合金模型上附着的支撑料和渗透料的分解残留物，最后进行烘干，即得到所要制得的阀组本体。

特别的，还有步骤5，由于采用了铁基合金粉末，暴露在空气环境中使用时易发生氧化，所以还可以在阀组本体的表面(非流道所在区域)上喷涂烧结上防腐防氧化涂层，以提高其耐环境氧化和腐蚀性能。

从上述的制备可以清楚地知道，区别与传统的机加工方法以及现有的SLM工艺，本技术方案中的3D打印成型工艺，将单纯的堆叠烧结发展为以“打印成型+渗透工艺+烧结工艺”结合的全新3D打印成型工艺，利用原有SLM工艺对阀组本体的金属骨骼进行快速成型，同时利用SLM工艺中建模分层快速打印的成型模式，在欲成型的流道中打印出有渗透料和支撑料组成的具有“壳-芯”结构的填料模型，第一，利用填料模型的支撑作用，更利用阀组本体金属骨骼的准确成型，在提高成型效率的同时，大幅提升了成型精度；第二，利用渗透料和支撑料所具有的特性，在特定的温度以及压力下，利用烧结过程完成对阀组本体流道内壁的表面金属层进行渗碳和渗氮工艺，使得流道的内壁上形成了一层具有高碳氮含量的合金层，其中碳含量的升高能够提升流道内壁的硬度进而提升其耐磨性能，氮含量的升高则能够进一步提升流道内壁的耐磨性、表面硬度、疲劳极限和抗气蚀能力；第三，通过填料模型在烧结过程中存在的膨胀，能够对流道内表面进性压实并对细小的缺损进行填充，从而提升流道内壁的光滑程度，进而更进一步地提升了流道内壁的耐气蚀能力，同时还减少高速气体摩擦产生火花的风险，提高了阀组本体在使用过程中的安全性。

综上所述，本技术方案能够有效解决吸附处理系统的阀区在进行高度集成撬装化后，所形成的一体化程控阀组所存在的加工较为困难且成型后流道内壁表面性能不佳的问题，同时还提供了一种能够快速便捷成型具有高表面性能的流道的一体化程控阀组用阀组本体的全新、多步骤联用3D打印成型方法，大大提高了上述阀组本体的加工精度以及成型效率；此外，利用后期烧结工艺替代原有SLM工艺的过程中烧结，降低了3D打印成型过程中对骨架料的烧结温度和密度的苛刻要求，有效降低了单纯使用SLM工艺所存在的高成本问题。

需要强调的是，由于现有的3D打印成型技术适用于大多数具有复杂构型的之间的制作，因此，本发明中所述的成型方法并不仅限于用作示例的一体化程控阀组的阀组本体的制作，还适用于其他的具有复杂流道或腔体的制件成型及其内壁表面性能的增强。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.利用3D打印技术，精确地将现有技术中复杂繁多的管道和阀门部件以单元块的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得变压/变温吸附现场的阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；

2.利用在单元块内部直接开设或成型流道来替代现有技术中管道以及管道接头的组合，一方面，大幅节省了管道及相关部件的使用量，同时也减少了现场焊接的劳动量，显著地节约了阀区的建设成本；另一方面，利用上述集约式的设计，克服了现有技术中管道焊缝多、法兰多、静电跨接多所带来的成本增加以及连接可靠性降低的问题，同时由于不存在上述连接部位，阀组的流道内壁均为光滑洁净的流体通道，完全消除了因高速气流摩擦引起火花的安全性问题，从而允许大幅缩小流道直径，进一步提升了阀区阀组的小型化和集成化；

3.阀组内部各种流道均直接成型在相应的单元块之内，且各种流道之间无需通过如管道接头、法兰固定件等连接件进行固定连接，因此能够实现更好的密封性能，进而同时将泄漏量和不平衡力降到最小，克服了现有管阀之间通过连接件连接时所存在的密封性差的问题；

4.简化了可控阀门的组件，在保证其密封稳定性的同时，提高了可控阀门的可靠性；此外，还减少了可控阀门的组件数量，节约了可控阀门布置的成本；

5.通过进一步将现有吸附处理系统所用到的大部分管线均集成于一体化程控阀组中，形成一个整体，能够有效减少管路面积，便于防腐、保温以及伴热，尤其适用于严寒地区等工况恶恶劣的情况；而相关功能管线的统一集成，可实现吸附处理系统中阀区不封的工业化流水线生产，从而进一步降低了阀区的设置成本，同时还可以实现仪表空气管道、液压管道、伴热管道以及静电跨接的集成和一体化，解决了现有技术中阀区仅能依靠传统方式安装，效率低下，安装使用成本高且不能重复利用，不利于仪表驱动机构集成等问题

6.区别与传统的机加工方法以及现有的SLM工艺，本技术方案中的3D打印成型工艺，将单纯的堆叠烧结发展为以“打印成型+渗透工艺+烧结工艺”结合的全新3D打印成型工艺，利用原有SLM工艺对阀组本体的金属骨骼进行快速成型，同时利用SLM工艺中建模分层快速打印的成型模式，在欲成型的流道中打印出有渗透料和支撑料组成的具有“壳-芯”结构的填料模型，第一，利用填料模型的支撑作用，更利用阀组本体金属骨骼的准确成型，在提高成型效率的同时，大幅提升了成型精度；第二，利用渗透料和支撑料所具有的特性，在特定的温度以及压力下，利用烧结过程完成对阀组本体流道内壁的表面金属层进行渗碳和渗氮工艺，使得流道的内壁上形成了一层具有高碳氮含量的合金层，其中碳含量的升高能够提升流道内壁的硬度进而提升其耐磨性能，氮含量的升高则能够进一步提升流道内壁的耐磨性、表面硬度、疲劳极限和抗气蚀能力；第三，通过填料模型在烧结过程中存在的膨胀，能够对流道内表面进性压实并对细小的缺损进行填充，从而提升流道内壁的光滑程度，进而更进一步地提升了流道内壁的耐气蚀能力，同时还减少高速气体摩擦产生火花的风险，提高了阀组本体在使用过程中的安全性。从而彻底解决了吸附处理系统的阀区在进行高度集成撬装化后，所形成的一体化程控阀组所存在的加工较为困难且成型后流道内壁表面性能不佳的问题，同时还提供了一种能够快速便捷成型具有高表面性能的流道的一体化程控阀组用阀组本体的全新、多步骤联用3D打印成型方法，大大提高了上述阀组本体的加工精度以及成型效率；此外，利用后期烧结工艺替代原有SLM工艺的过程中烧结，降低了3D打印成型过程中对骨架料的烧结温度和密度的苛刻要求，有效降低了单纯使用SLM工艺所存在的高成本问题。

附图说明

图1是本发明中一体化程控阀组的立体透视示意图；

图2是本发明中一体化程控阀组的俯视示意图。

图中标记为：1-单元块，2-支流道，3-汇集流道，4-开口，5-出气流道，6-外部动作机构，7-进气流道，8-检修通道，11-可控阀门，12-固定件。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图以及实施例对本发明作详细说明。

实施例1

本实施例提供针对现有吸附处理系统所存在的阀区过大，且不便于集成撬装化设计的问题，提供一体化程控阀组，具体包括：阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块1，底部设置有若干个左右贯通于单元块1的汇集流道3；所述单元块1内开设有前后贯通于单元块1的进气流道7和出气流道5，以及若干个与汇集流道3一一对应的支流道2；每一所述支流道2的一端均与出气流道5连通，另一端均与相应的汇集流道3连通，且每一所述支流道2上均设置有可控阀门6；所述单元块1的表面上由开设进气流道7、出气流道5和汇集流道3形成的开口4上均设置有用于与外界连接的固定件12。

上述阀组本体一般选用承压强度为50kg级以上的合金材料制成，例如奥氏体不锈钢、高碳钢等。由上述阀组本体内各种流道的成型方法可以分为两类，第一为机加工，例如使用数控铣钻机直接在合金块内铣削出通孔或盲孔，以使合金块内形成与设计相对应的各种流道；第二为一体成型，例如使用消失模铸造工艺直接成型内部带有与设计相对应的各种流道的合金件，又例如使用金属3D打印成型工艺，直接打印成型出具有设计流道结构的合金件。需要注意的是，为了方便加工和保持阀组本体的应有的强度，进气流道7和出气流道5通常水平设置且两者之间相互平行，支流道2通常竖直设置，汇集流道3则通常水平设置于阀组本体的底部，上述支流道2和汇集流道3还于进气流道7和出气流道5之间均呈垂直关系；上述设置能够尽可能提高各流道在阀组本体内分布的均匀程度，进而保障了最终成型的一体化程控阀组的机械性能的可靠程度。此外，需要说明的是，成型后的进气流道7，其与其他流道之间，除特殊设计需要外，一般无直接的连通关系。

为了实现变压/变温吸附过程中的精准时序控制，上述可控阀门11一般采用通过气动、液动等方式驱动的切断阀，且主体切断结构通常为结构相对简单、易于自动化控制且可靠性相对较高的板式阀门，例如，闸阀、角阀等；其中，为闸阀时，对应的支流道2一般含有一水平段，且水平段上方开设有一使水平段与外接连通的安装孔，闸阀则穿过安装孔安装在单元块1上，并通过其阀芯对水平段流道的阻隔或开启来实现支流道2的关闭或开启；为角阀时，支流道2一般为可分为水平段和竖直段的直角流道，水平或竖直段中的一个延伸至板单元块1表面，然后自相应的延伸段将角阀安装于直角流道的直角处，从而使得角阀能够通过其阀芯对水平段流道或竖直段流道的封堵或开启来实现支流道2的关闭或开启。此外，所述气动或液动方式驱动一般是指采用带有气缸或液压缸的往复式活塞杆，然后通过电磁阀控制气缸或液压缸的加压或减压动作来实现活塞杆的往复运动，进而带动切断阀阀芯在其安装位置中来回运动以实现流道的截断(关闭)或开启；其中，电磁阀与外界用于程序化时序控制的DSC集散控制系统或PLC控制器相连接，以操作过程中实现自动化控制。

根据上述描述可知，根据设计不同的，进气流道7、出气流道5和每一汇集流道3均会在阀组本体的表面形成开口4，以供与吸附塔、原料供给管线、均压管线、产品收集管线、解析/冲洗管线等吸附过程中功能管线相连接，从而实现本实施例中一体化程控阀组对整个吸附处理系统的控制。这样的情况下，为了提高连接的便捷性和可靠性，所有的开口4处均设置有用于与外部功能管线相连接的固定件12；所述固定件12可以为法兰环、螺纹接头中的一种，且为了保证密封连接的可靠性，优选的为法兰环。

此外，需要结合整个吸附处理系统说明的是：

在本实施例中，所述阀组本体上设置的单元块1与吸附塔之间为一一对应关系，即一个单元块1所提供的流道以及可控阀门11与一个吸附塔对应，用于取代现有设计中对应用于该吸附塔的大部分连接管道和全部程控阀。具体连接和对应关系为，进气流道7的一端与吸附塔的塔底通过管道连通，另一端与原料气供给管线连通或者再通过三通阀同时与解析/冲洗管线连通，从而部分替代原有的原料气供给管线和解析/冲洗管线；出气管线的一端与吸附塔的塔顶通过管道连通，另一端则设置封堵部件密封，进而与阀组本体内的众多支流道2和汇集流道3一起，从而替代现有设计中出气管线以及若干均压管线所组成的管线网络，然后通过设置与支流道2上的可控阀门11替代原有的管线之间的程控阀起到对管线网络内部连通状态的调节；其余可能存在的吸附塔则与阀组本体上的单元块1按照上述方式一一连接。各吸附塔通过本实施例中一体化程控阀组接入后，根据实际使用需要，对阀组本体上的汇集流道3进行功能划分，如取其中一个汇集流道3作为产品收集流道而与外部的产品收集管线连通，取若干个汇集流道3，每个汇集管道的两端均使用封堵部件密封以形成若干个均压管道；其中，均压管道的数量需要根据吸附塔的数量和设计中均压过程的数量确定。

从上述可以看出，由于吸附系统中吸附塔数量不同以及吸附过程中均压等工艺要求不同，对一体化程控阀组中对应的支流道2、汇集流道3的数量要求也是不同的，这样就不利于所述一体化程控阀组的模块化和撬装化设计。为了解决此问题，本实施例中还提供了一种解决方案，即按照一定的尺寸和规格批量生产出适合撬装运输的模块化一体化程控阀组，例如，阀组本体上可以选择性地设置4～8个单元块1，对应地设置6～8个汇集流道3，并在每个单元块1内设置与汇集流道3数量相一直的支流道2；这种设置下，能够使得一体化程控阀组具有一定的规格，且尺寸和重量能够限制在一定的范围内，方便撬装运输。然后根据实际吸附系统的需求，有选择性地对已经制作好的一体化程控阀组进行组合使用；例如，现场有12个吸附塔，则可以将三个具有4个单元块1的一体化程控阀组的汇集流道3一一连通，也可以将两个具有6个单元块1的一体化程控阀组的汇集流道3一一连通，还可以将一个具有4个单元块1的一体化程控阀组和一个具有8个单元块1的一体化程控阀组的汇集流道3一一连通，以满足使用要求；又例如，系统实际需要8组均压管道，即要求每一单元块1内至少具有8个支流道2和与之对应的至少8个汇集流道3，则可以将三个具有4个汇集通道的一体化程控阀组的进气流道7和出气流道5一一连通，也可以两个具有6个汇集流道3的一体化程控阀组的进气流道7和初期流道一一连通，以满足均压管线和其他功能管线共同使用的要求；当然，如果对预制的一体化程控阀组中的汇集流道3以及相对应的支流道2使用不完时，仅需要将相应的汇集流道3的开口4密封并同时保持支流道2相应的可控阀门11保持闭合状态即可。上述解决方案，既能够满足撬装运输集约化的要求，又能够适应实际使用过程中的复杂设计要求，同时还能够利用制件大批量生产的优势，有效地降低所得到一体化程控阀组的成本。

前述中已经记载清楚了本实施例所提供的一体化程控阀组在吸附处理系统中的安装连接方式，而安装好的一体化程控阀组的在系统中的工作过程如下：

原料气通过外部设置的原料气管线经一体化程控阀组内的进气流道7从吸附塔塔底泵送入吸附塔，原料气经吸附塔吸附处理后，自吸附塔的顶部进入到一体化程控阀组的出气流道5中，然后一体化阀门上安装的若干个可控阀门11在预设时序程序下有有规律的进行打开，使得进入到出气流道5中的吸附后原料气有选择地进入到特定的支流道2中，并通过支流道2进入到汇集流道3中。如果该汇集流道3与外界产品气管线连通，则可以通过该汇集流道3对产品气进行收集；同样的，为了增加单位时间的原料气处理量，可以在吸附塔采取与上述过程相同的处理模式下，设置同时打开于产品气管线相连通的汇集流道3上的多个单元块1中与该汇集流道3连通的支流道2上的可控阀门11，从而使被多个吸附塔同时吸附处理得原料气通过同一汇集管道进行汇集并通过产品气管线实现。除了产品气收集外，为了提高产品气的收率，需要进行均压操作来进一步释放残留在吸附塔死空间内的残留气体，此时，则可以选择两个可以进行均压操作的吸附塔，然后选择一体化程控阀组上预设为均压管线用的一个汇集流道3流道，然后控制与该汇集流道3连通且与两个吸附塔分别对应的支流道2上的可控阀门11打开，并控制前述两个支流道2以外的支流道2上的可控阀门11关闭，从而使得被选择的两个吸附塔之间连通，从而进行均压操作。当吸附塔完成吸附和均压过程后需要进行解析以为下一次吸附循环做准备，则可以控制被解析的吸附塔在选择作为解析管线的汇集流道3上所对应的可控阀门11单独开启，然后通过与该汇集流道3向连接的外界减压回收装置的减压作用，使得待解析吸附塔能够单独完成解析过程；当然，若有多个吸附塔需要同时进行解析，则可以同时开启被选做，解析管线的汇集流道3上这些吸附塔各自对应的支流道2上的可控阀门11，从而使得多个吸附塔能够同时进行解析过程，而解析出来的废气则通过各自的支流道2汇聚于该汇集流道3总并最终通过外界减压回收装置实现废气回收。为了方便理解，上述描述中，将变压/变温吸附过程中的典型过程进行了拆解，并以拆解后的过程对本实施例中一体化程控阀组的工作原理和过程做了独立说明，但在实际吸附处理系统中，由于通常采用多个吸附塔进行组合，所以上述过程通常是同时存在且受预设控制程序控制的，而这一预设控制程序与现有技术中采用一般管道和程控阀所组成的阀控系统的设置和控制方式一致，因此可以参考现有技术，在此不做赘述。

本实施例中的一体化程控阀组通过将现有技术中复杂繁多管道和阀门部件以单元块1的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得变压/变温吸附现场的阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化。同时，利用在单元块1内部直接开设或成型流道来替代现有技术中管道以及管道接头的组合，一方面，大幅节省了管道及相关部件的使用量，同时也减少了现场焊接的劳动量，显著地节约了阀区的建设成本；另一方面，利用上述集约式的设计，克服了现有技术中管道焊缝多、法兰多、静电跨接多所带来的成本增加以及连接可靠性降低的问题，同时由于不存在上述连接部位，阀组的流道内壁均为光滑洁净的流体通道，完全消除了因高速气流摩擦引起火花的安全性问题，从而允许大幅缩小流道直径，进一步提升了阀区阀组的小型化和集成化。此外，阀组内部各种流道均直接成型在相应的单元块1之内，且各种流道之间无需通过如管道接头、法兰固定件12等连接件进行固定连接，因此能够实现更好的密封性能，进而同时将泄漏量和不平衡力降到最小，克服了现有管阀之间通过连接件连接时所存在的密封性差的问题。

进一步的，所有支流道2之间相互平行，且每一支流道2均为直角形流道。相对于其它异形的支流道2，直角形流道由一段水平流道和一段竖直流道组成，这样有利于直接采用技术相对较为成熟的机加工在阀组本体上进行开孔作业，一方面降低了成型难度并降低了一体化程控阀组的制作成本，另一方面提高了支流道2的加工精度，提高了一体化程控阀组在使用过程中的可靠性并减少了泄露和压降。此外，由于阀组本体的初始形状为一合金块，因此支流道2之间相互平行，能够提高支流道2间的阀组本体在尺寸上的均一性，从而能够减少成型后阀组本体内部的不均匀性，进而保证了阀组本体在形成流道后的自身强度和耐压能力。

更进一步的，所述可控阀门11连接有外部动作机构6，以实现阀门的开合。与现有技术相比较，本实施例中的一体化程控阀组上已经集成了可控阀门11，因此需要在可控阀门11上连接能够带动可控阀门11进行开合运动的外部动作机构6，如前述，该外部动作机构6一般是指采用带有气缸或液压缸的往复式活塞杆，然后通过电磁阀控制气缸或液压缸的加压或减压动作来实现活塞杆的往复运动，进而带动切断阀阀芯在其安装位置中来回运动以实现流道的截断(关闭)或开启；其中，电磁阀与外界用于程序化时序控制的DSC集散控制系统或PLC控制器相连接，以操作过程中实现自动化控制，这也是实现一体化程控阀组时序化自动控制的关键。

再进一步的，可控阀门11为角阀，且所述角阀设置于所述直角形流道的直角处。相对于采用其他阀门结构，在支流道2为直角形流道的情况下，采用角阀作为可控阀门11，一方面能够减少阀门部件，节约成本的同时提高阀门的可靠性，另一方面利用角阀阀芯与支流道2的水平或竖直流道之间的紧密配合，能够进一步地提高阀门密封的稳定性，从而较少泄露量。

根据上述角阀可以选择与支流道2中的水平流道或者竖直流道之间形成配合，以下提供两种角阀的安装方式：

第一种为，所述直角形流道包括竖直设置于单元块1内且与相应的汇集流道3连通的竖直流道、水平设置于单元块1内且与出气流道5相连通的水平流道；所述竖直流道的向上延伸并于单元块1的上表面形成连接口；所述角阀自连接口安装于竖直流道中，并能够使所述竖直流道和所述水平流道之间连通或隔断；该方式下，所述角阀包括阀芯、阀杆；所述阀芯安装于竖直流道中且与竖直流道之间成往复式动密封配合；所述阀杆固定于所述阀芯的顶部且延伸出连接口，以与外部动作机构6连接，并将外部动作机构6的竖直上下动作通过阀杆传递给阀芯。

第二中为，所述直角形流道包括竖直设置于单元块1内且与相应的汇集流道3连通的竖直流道、水平设置于单元块1内且与出气流道5相连通的水平流道；所述水平流道的水平延伸并于单元块1的侧面形成连接口；所述角阀自连接口安装于水平流道中，并能够使所述竖直流道和所述水平流道之间连通或隔断；该方式下，所述角阀包括阀芯、阀杆；所述阀芯安装于水平流道中且与水平流道之间成往复式动密封配合；所述阀杆固定于所述阀芯的顶部且延伸出连接口，以与外部动作机构6连接，并将外部动作机构6的竖直上下动作通过阀杆传递给阀芯。

对于上述角阀组成部件的具体选用，作为优选方案的，所述阀芯为橡圈阀芯或陶瓷阀芯中的一种。根据支流道2内承受压力的不同以及角阀开合频率的不同，承压小、开合频率低的支流道2上，可以选择橡圈阀芯以降低角阀成本，承压大、开合频率高的支流道2上，可以选择陶瓷阀芯以提高角阀的可靠性。

对于外部动作机构6及动作控制方式而言，作为优选方案的，有两种：

第一种为，所述外部动作机构6包括与阀杆连接的气动活塞和与气动活塞连接且用于控制气动活塞充/放气的电磁阀；第二种为，所述外部动作机构6包括与阀杆连接的液压活塞和与液压活塞连接且用于控制液压活塞充/放液的电磁阀。需要注意的是，该外部动作机构6通常直接安装于单元块1的表面，具体安装的方式，可以为但不限于，在单元块1对应安装位置设螺纹盲孔，然后外部动作机构6再安装固定于与前述螺纹盲孔固定连接的支架上。

为了便于对一体化程控阀组进行维护和维修，作为优选方案的，多个单元块1之间依次并列设置，且相邻两个所述单元块1之间形成检修通道8，以方便对一体化程控阀组的巡检和维护/维修。

同时，为了便于一体化程控阀组的功能扩展，每一所述支流道2与出气流道连接的一端均向单元块1的表面延伸并在单元块1表面形成辅助开口，且所述辅助开口上设置有用于与外界连接的固定件12。通过这些辅助开口，可以在一体化程控阀组上引入相关的包括气体成本检测仪、温度检测仪、压力传感仪等检测设备，也可以做出进一步的包括外接气体管组、外接吸附辅助设备等外接扩展，从而扩大了一体化程控阀组可实现的功能范围，提高了一体化程控阀组的实用性。

对于阀组本体上所设置的开口4，并非每一个开口4都需要与外部的管线或设备相连接，因此需要在所有未使用的固定件12上均设置有封堵部件，以实现一体化程控阀组内部各种流道之间的的连通配合，进而保证一体化程控阀组对吸附塔各种工作状态的有效控制。

前述阀组本体表面的开口4上所设置的固定件12，可以为法兰环，也可以为螺纹接头，等。针对不同的固定件12，所需要的封堵部件也是不相同的；当所述固定件12为法兰环时，所述封堵部件为与法兰环相匹配且能够实现密封的盲法兰；当所述固定件12为螺纹接头时，所述封堵部件为与螺纹接头相匹配且能够实现密封的螺纹堵头。

变温/变压吸附过程中，除需要通过一体化程控阀组实现对吸附塔吸附过程进行时序控制外，流经一体化程控阀组的各类处理前、处理中或处理后气体，还需要相应保障措施，以保证吸附处理得顺利完成，因此，还可以在所述阀组本体的下方还集成有辅助管线层，且所述辅助管线层中至少设置有仪表空气流道和伴热流道，且所述空气流道和伴热流道均左右贯通于所述辅助管线层。其中，仪表空气流道与外部动作机构6的气压缸或液压缸连通，用于通过气压泵或液压泵向外部动作机构6给予或抽离压力，如此便减少了仪表控制管道的用量；伴热流道则有两个作用，一个是将用于吸附塔加热或冷却的供热或冷却管道集成与一体化程控阀组上，进一步减少了吸附塔部设过程中所需要的管道用量，另一个则是可以通过热传递效应实现对一体化程控阀组的加热或冷却，从而实现对经过一体化程控阀组的各类气体的温度调控，进一步增加了对吸附处理系统工艺参数调整的手段。此外，将现有技术中所用到的大部分管线均集成于一体化程控阀组中，形成一个整体，能够有效减少管路面积，便于防腐、保温以及伴热，尤其适用于严寒地区等工况恶恶劣的情况；而相关功能管线的统一集成，可实现吸附处理系统中阀区不封的工业化流水线生产，从而进一步降低了阀区的设置成本，同时还可以实现仪表空气管道、液压管道、伴热管道以及静电跨接的集成和一体化，解决了现有技术中阀区仅能依靠传统方式安装，效率低下，安装使用成本高且不能重复利用，不利于仪表驱动机构集成等问题。

实施例2

一种3D打印成型的一体化程控阀组，包括以下步骤：

1)原料准备：按一体化程控阀组的需要，配制好骨架料、渗透料和支撑料；

2)打印成型：使用多喷头3D打印机，依照一体化程控阀组的形状和尺寸，逐层进行打印，并形成初步成型制件；其中，每一层均由骨架料、渗透料和支撑料中的一种或多种构成；

3)制件烧结：将步骤2得到的初步成型制件先后经过预热和支撑料固结、渗碳处理，以及淬火和回火后，得到烧结成型制件；

4)制件清洗：将步骤3得到烧结成型制件经吹除热分解残留物和超声波水洗后，得到成型制件。

其中，所述骨架料包括粒径为5微米的铁基合金粉末；所述渗透料为包含石蜡和纳米碳粉的均匀混合物；所述石蜡和纳米碳粉的质量比为1：0.3；所述支撑料包括质量比为1：0.4的ABS预聚体和产气无机粉末；其中，ABS预聚体中含有固化温度为40摄氏度的中温交联剂；所述产气无机粉末为碳酸氢钠。

上述中，所述步骤2具体为：

a)在三喷头3D打印机的不同喷头中分别填充上述骨架料、渗透料和支撑料；其中，渗透料对应的喷头做加热处理以防止渗透料过度凝固；

b)依据设置的机械控制指令，在打印底板相应位置分别从喷嘴挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料；

c)打印头抬高或打印底板降低设置的单位距离，依据机械控制指令，在相应位置分别再次挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，使三种原料叠加于前一层原料上，然后重复本步骤直至形成初步成型制件。

所述步骤3具体为：

a)预热和支撑料的固结

将步骤2得到的初步成型制件置于保压烧结釜中，将釜温提升到50摄氏度，然后保持5分钟；

b)渗碳处理

缓慢提升釜温至500摄氏度(温升速度为50摄氏度每分钟)，使得初步成型制件均匀受热升温，并使用氮气对炉内升压至2MPa，持续30分钟；

c)淬火和回火

将釜内压力调整至常压，并仍然在氮气的保护氛围中，然后将釜温快速升温至780摄氏度(温升速度为120摄氏度每分钟)后，烧结20分钟，然后用水淬或油淬至100摄氏度以下，之后在升高釜温加热至350摄氏度，保温20分钟后，自然冷却至室温，即完成烧结。

步骤4具体为：将步骤3得到的烧结成型制件，先在加压空气下吹除掉流道中残留的支撑料和渗透料分解残留物，然后在水浴缸中进行超声波清洗，最后烘干，即得到所要制得的一体化程控阀组。

实施例3

一种3D打印成型的一体化程控阀组，包括以下步骤：

1)原料准备：按一体化程控阀组的需要，配制好骨架料、渗透料和支撑料；

2)打印成型：使用多喷头3D打印机，依照一体化程控阀组的形状和尺寸，逐层进行打印，并形成初步成型制件；其中，每一层均由骨架料、渗透料和支撑料中的一种或多种构成；

3)制件烧结：将步骤2得到的初步成型制件先后经过预热和支撑料固结、渗碳处理，以及淬火和回火后，得到烧结成型制件；

4)制件清洗：将步骤3得到烧结成型制件经吹除热分解残留物和超声波水洗后，得到成型制件。

其中，所述骨架料包括粒径为10微米的铁基合金粉末；所述渗透料为包含石蜡和纳米碳粉的均匀混合物；所述石蜡和纳米碳粉的质量比为1：0.5；所述支撑料包括质量比为1：0.6的ABS预聚体和产气无机粉末；其中，ABS预聚体中含有固化温度为50摄氏度的中温交联剂；所述产气无机粉末为碳酸氢钠。

上述中，所述步骤2具体为：

a)在三喷头3D打印机的不同喷头中分别填充上述骨架料、渗透料和支撑料；其中，渗透料对应的喷头做加热处理以防止渗透料过度凝固；

b)依据设置的机械控制指令，在打印底板相应位置分别从喷嘴挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料；

c)打印头抬高或打印底板降低设置的单位距离，依据机械控制指令，在相应位置分别再次挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，使三种原料叠加于前一层原料上，然后重复本步骤直至形成初步成型制件。

所述步骤3具体为：

a)预热和支撑料的固结

将步骤2得到的初步成型制件置于保压烧结釜中，将釜温提升到55摄氏度，然后保持5～10分钟；

b)渗碳处理

缓慢提升釜温至600摄氏度(温升速度为60摄氏度每分钟)，使得初步成型制件均匀受热升温，并使用氮气对炉内升压至3MPa，持续40分钟；

c)淬火和回火

将釜内压力调整至常压，并仍然在氮气的保护氛围中，然后将釜温快速升温至850摄氏度(温升速度为150摄氏度每分钟)后，烧结20分钟，然后用水淬或油淬至100摄氏度以下，之后在升高釜温加热至400摄氏度，保温20分钟后，自然冷却至室温，即完成烧结。

步骤4具体为：将步骤3得到的烧结成型制件，先在加压空气下吹除掉流道中残留的支撑料和渗透料分解残留物，然后在水浴缸中进行超声波清洗，最后烘干，即得到所要制得的一体化程控阀组。

实施例4

一种3D打印成型的一体化程控阀组，包括以下步骤：

1)原料准备：按一体化程控阀组的需要，配制好骨架料、渗透料和支撑料；

2)打印成型：使用多喷头3D打印机，依照一体化程控阀组的形状和尺寸，逐层进行打印，并形成初步成型制件；其中，每一层均由骨架料、渗透料和支撑料中的一种或多种构成；

3)制件烧结：将步骤2得到的初步成型制件先后经过预热和支撑料固结、渗碳处理，以及淬火和回火后，得到烧结成型制件；

4)制件清洗：将步骤3得到烧结成型制件经吹除热分解残留物和超声波水洗后，得到成型制件。

其中，所述骨架料包括粒径为8微米的铁基合金粉末；所述渗透料为包含石蜡和纳米碳粉的均匀混合物；所述石蜡和纳米碳粉的质量比为1：0.4；所述支撑料包括质量比为1：0.5的ABS预聚体和产气无机粉末；其中，ABS预聚体中含有固化温度为40～50摄氏度的中温交联剂；所述产气无机粉末为碳酸氢钠。

上述中，所述步骤2具体为：

a)在三喷头3D打印机的不同喷头中分别填充上述骨架料、渗透料和支撑料；其中，渗透料对应的喷头做加热处理以防止渗透料过度凝固；

b)依据设置的机械控制指令，在打印底板相应位置分别从喷嘴挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料；

c)打印头抬高或打印底板降低设置的单位距离，依据机械控制指令，在相应位置分别再次挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，使三种原料叠加于前一层原料上，然后重复本步骤直至形成初步成型制件。

所述步骤3具体为：

a)预热和支撑料的固结

将步骤2得到的初步成型制件置于保压烧结釜中，将釜温提升到53摄氏度，然后保持7分钟；

b)渗碳处理

缓慢提升釜温至550摄氏度(温升速度为55摄氏度每分钟)，使得初步成型制件均匀受热升温，并使用氮气对炉内升压至2.5MPa，持续2.5分钟；

c)淬火和回火

将釜内压力调整至常压，并仍然在氮气的保护氛围中，然后将釜温快速升温至810摄氏度(温升速度为135摄氏度每分钟)后，烧结20分钟，然后用水淬或油淬至100摄氏度以下，之后在升高釜温加热至375摄氏度，保温20分钟后，自然冷却至室温，即完成烧结。

步骤4具体为：将步骤3得到的烧结成型制件，先在加压空气下吹除掉流道中残留的支撑料和渗透料分解残留物，然后在水浴缸中进行超声波清洗，最后烘干，即得到所要制得的一体化程控阀组。

实施例5

区别与实施例1，本实施例中，所使用的骨架料中还包括粒径为1微米的金属铝粉末；其中，所述铁基合金粉末与金属铝粉末之间的质量比问1：0.1。

实施例6

区别与实施例2，本实施例中，所使用的骨架料中还包括粒径为5微米的金属铝粉末；其中，所述铁基合金粉末与金属铝粉末之间的质量比问1：0.15。

实施例7

区别与实施例2，本实施例中，所使用的骨架料中还包括粒径为8微米的金属铝粉末；其中，所述铁基合金粉末与金属铝粉末之间的质量比问1：0.2。

实施例8

区别与实施例1，本实施例所使用的产气无机粉末为尿素。

实施例9

区别与实施类1，本实施例中，所使用的产气无机粉末为碳酸氢钠和尿素的混合物，且两者的质量混合比为1:0.5.

试验例

试验对象：实施例1～6所制得的阀组本体；以及直接采用铁基合金粉末经SLM工艺制得的阀组本体作为对比例。

试验方法：将上述阀组本体在吸附处理系统中，在处理气体、压力以及流速完全相同的情况下，连续使用一个月，然后观察是否出现故障，并拆卸观察流道内壁的气蚀情况。

试验结果：

1、一个月运行故障情况：被试阀组本体均未出现明显故障。

2、一个月运行流道气蚀情况：

表1阀组本体流道气蚀情况统计表

上述中，轻微气蚀是指在借助分析仪器的情况下观察到管道内壁出现气蚀微孔；中度气蚀是指肉眼情况下能够发现少量的气蚀空穴。此外，实施例5出现气蚀的原因，可能在于铝金属的引入使得流道内壁的表面硬度和耐气蚀能力有所下降。但从整体来说，本技术方案中提供的方法，能够有效提升由3D打印成型的阀组本体内流道的表面性能。此外，经逐一测试，被试验的各实施例中一体化程控阀组的承压能力，根据合金粉末的选择的不同，可以达到50～70公斤级。

以上为本方案的主要特征及其有益效果，本行业的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本方案的原理，在不脱离本方案精神和范围的前提下，本方案还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本方案要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，包括采用3D打印技术成型的阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块，所述阀组本体的底部设置有若干个贯通单元块左右两侧的汇集流道；每一所述单元块内开设有分别贯通单元块前后两端的进气流道和出气流道，以及若干个与汇集流道一一对应的支流道；每一所述支流道的一端均与出气流道连通，另一端均与相应的汇集流道连通，且每一所述支流道上均开设有用于连接外部可控阀门的连接口；所述单元块的表面上进气流道、出气流道和汇集流道开口处均设置有用于与外界连接的固定件。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，一体化程控阀组的3D打印成型方法包括以下步骤：

1)原料准备：按一体化程控阀组的需要，配制好骨架料、渗透料和支撑料；

2)打印成型：使用多喷头3D打印机，依照一体化程控阀组的形状和尺寸，逐层进行打印，并形成初步成型制件；其中，每一层均由骨架料、渗透料和支撑料中的一种或多种构成；

3)制件烧结：将步骤2得到的初步成型制件先后经过预热和支撑料固结、渗碳处理，以及淬火和回火后，得到烧结成型制件；

4)制件清洗：将步骤3得到烧结成型制件经吹除热分解残留物和超声波水洗后，得到成型制件。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述骨架料包括粒径为5-10微米的铁基合金粉末。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述铁基合金粉末为碳钢粉末或不锈钢粉末。

5.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述渗透料为包含石蜡和纳米碳粉的均匀混合物。

6.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述支撑料包括ABS预聚体和产气无机粉末。

7.根据权利要求6所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述产气无机粉末为碳酸氢钠和尿素中的一种或两种。

8.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，所述步骤2具体为：

a)在三喷头3D打印机的不同喷头中分别填充上述骨架料、渗透料和支撑料；其中，渗透料对应的喷头做加热处理以防止渗透料过度凝固；

b)依据设置的机械控制指令，在打印底板相应位置分别从喷嘴挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料；

c)打印头抬高或打印底板降低设置的单位距离，依据机械控制指令，在相应位置分别再次挤出或喷射出骨架料或渗透料或支撑料，使三种原料叠加于前一层原料上，然后重复本步骤直至形成初步成型制件。

9.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，所述步骤3具体为：

a)预热和支撑料的固结

将步骤2得到的初步成型制件置于保压烧结釜中，将釜温提升到50～55摄氏度，然后保持5～10分钟；

b)渗碳处理

缓慢提升釜温至500～600摄氏度，使得初步成型制件均匀受热升温，并使用氮气对炉内升压至2～3MPa，持续30～40分钟；

c)淬火和回火

将釜内压力调整至常压，并仍然在氮气的保护氛围中，然后将釜温快速升温至780～850摄氏度后，烧结20分钟，然后用水淬或油淬至100摄氏度以下，之后在升高釜温加热至350～400摄氏度，保温20分钟后，自然冷却至室温，即完成烧结。

10.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，步骤4具体为：将步骤3得到的烧结成型制件，先在加压空气下吹除掉流道中残留的支撑料和渗透料分解残留物，然后在水浴缸中进行超声波清洗，最后烘干，即得到所要制得的一体化程控阀组。

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