CN109848416A - 一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置，包括成型缸，与成型缸相连成一闭合循环管道回路的烟尘过滤装置，和粉末回收装置，其也与成型缸相连，在成型缸的上方设有吸尘罩，并通过管道与分离区相连。本发明解决了选区激光熔化成形过程烟尘难以有效处理的难题，实现了烟尘的有效实时处理，保证了零件的高质量成形；本发明还提高了金属粉末的回收效率，降低了由人工操作而造成的失误。
Description
技术领域
本发明涉及3D快速成型领域，涉及一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置。
背景技术
选区激光熔化(SLM)技术是制造复杂零件的一种有效方式，金属选区激光熔化的能量来源为光纤激光器，激光只熔化选择区域的金属粉末，未熔化区域粉末可以回收再利用，大大提高了材料的利用率。选区激光熔化技术制件只需进行少量加工，就可以达到较高的精度要求，无需其他后续处理工艺，这种近净成型技术的诸多优点使得其应用范围越来越广。
然而，选区激光熔化成型过程中产生的烟尘难以有效处理，由于重力作用烟尘会落在成形零件表面，对零件性能产生影响；而且，选区激光熔化成型结束后，金属粉末回收一直是难点之一，这一问题在一定程度上也阻碍了这项技术的推广和规模化生产的发展。现有金属粉末回收方式基本采用人工方式，这种方式降低了生产效率，另外，还可能造成操作失误，对回收的金属粉末造成污染和浪费，而且在空气中操作大量金属粉末危险性较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置，以及使用该烟尘过滤及粉末回收装置的方法，
本发明的技术方案如下：
一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置，包括
成型缸，其为选区激光熔化成型区；
烟尘过滤装置，其与所述的成型缸相连，成一闭合的循环管道回路，其中，所述的烟尘过滤装置包括设在管道回路上的第一离心式通风机、冷却装置和过滤器；
和，粉末回收装置，其与所述的成型缸相连，其中，所述的粉末回收装置包括吸尘罩、第二离心式通风机、分离区、鼓风机和集粉盒，所述的吸尘罩设于所述的成型缸的上方，并通过管道与所述的分离区相连，所述的第二离心式通风机设于该管道上，所述的集粉盒设于所述的分离区的下端，所述的鼓风机与所述的分离区相连。
本发明的一实施例中，所述的分离区包括由两级相连的分离室构成，其中，所述的吸尘罩通过管道与第一级分离室相连，所述的集粉盒设于所述的第一级分离室的下端，所述的鼓风机与第二级分离室相连，在所述的第二级分离室的上端设有出风口。
本发明的一实施例中，所述的分离室由空心圆柱体经平滑过渡至空心圆锥体构成。
本发明的一实施例中，所述的吸尘罩为可拆卸式连接至所述的成型缸上方进行吸附和离开所述的成型缸上方区域避免干扰激光束熔化成型。
本发明的一实施例中，所述的第一离心式通风机设于所述的成型缸的一侧，所述的过滤器设于所述的成型缸的另一侧，所述的冷却装置设于所述的成型缸与所述的过滤器之间。
本发明的一实施例中，所述的冷却装置包括水箱，其中，穿过所述的水箱的管道为螺旋式设计。
本发明的一实施例中，连通所述的成型缸与所述的水箱的管道由耐高温材料制成。
本发明的一实施例中，所述的耐高温材料为无规共聚聚丙烯。
本发明的一实施例中，在近所述的水箱侧的所述的成型缸管道上设有阻火圈。
本发明还公开了上述的烟尘过滤及粉末回收装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)在选区激光熔化之前，将所述的成型缸和所述的烟尘过滤装置里的气体抽空并充满惰性气体，然后，进行单层截面熔化成型；
(2)开启所述的第一离心式通风机，将所述的成型缸里的烟尘依次送入所述的冷却装置和所述的过滤器，过滤烟尘中的杂质；
(3)开启所述的第二离心式通风机，将过滤后的烟尘抽至所述的第一级分离室作为一次风，向下旋转，旋转气流下旋到达反射板反转成上升气流，此时，旋转气流中所含的粗粉末颗粒由于离心力和重力的作用，从气流中分离出来掉入所述的集粉盒，而上升气流中的细粉末颗粒向旋转气流的外周汇集；
(4)同时，所述的鼓风机向所述的第二级分离室送入二次风，成为下旋气流，在上升气流外侧同方向旋转，使细粉末加速向外周汇集，并被二次风强制带到所述的集粉盒，上旋气流从所述的出风口排出；
(5)判断成型件是否已完成，若已完成，取出成型件，否则继续重复上述步骤(1)～(4)直到成型件加工完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过设置烟尘过滤装置和粉末回收装置，一旦单层截面熔化成型完毕后，就依次启动烟尘过滤装置和粉末回收装置，先将成型缸中的烟尘送至过滤器，除去烟尘的杂质，然后净化后的烟尘送至粉末回收装置，经分离，完成此次的粉末回收，再继续下一单层的熔化成型，重复上述步骤，直至完成成型件的制作。因此，本发明解决了烟尘沉积在工件表面，以及粉末回收难的问题，使得制得的成型件精度高、质量优，且粉末回收率高、易回收。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明实施例的一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置的结构示意图；
图2为图1的分离区33的结构示意图；
图3为图2的剖视图。
图中标记：1-成型缸、2-烟尘过滤装置、21-循环管道回路、22-第一离心式通风机、23-冷却装置、231-水箱、232-阻火圈、24-过滤器、3-粉末回收装置、31-吸尘罩、32-第二离心式通风机、33-分离区、331(332)-分离室、34-鼓风机、35-集粉盒、36-管道、37-出风口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
参见图1～3所述，本发明实施例的一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置，包括
成型缸1，其为选区激光熔化成型区，提供工件3D成型所需要的各功能部件，如输出模型制造分层信息的计算机控制台、铺粉装置等；
烟尘过滤装置2，其与所述的成型缸1相连，成一闭合的循环管道回路21，以除去烟尘中的杂质，其中，所述的烟尘过滤装置2包括设在管道回路21上的第一离心式通风机22、冷却装置23和过滤器24，第一离心式通风机22提供管道回路中空气的循环动力，以使成型缸1的烟尘经过所述的过滤器24；
和，粉末回收装置3，其与所述的成型缸1相连，其中，所述的粉末回收装置3包括吸尘罩31、第二离心式通风机32、分离区33、鼓风机34和集粉盒35，所述的吸尘罩31设于所述的成型缸1的上方，并通过管道36与所述的分离区33相连，所述的第二离心式通风机32设于该管道36上，所述的集粉盒35设于所述的分离区33的下端，所述的鼓风机34与所述的分离区33相连；
烟尘经过滤后，所述的第二离心式通风机32经吸尘罩31将其送入分离区33，经分离，粉末汇集于所述的集粉盒35，完成粉末回收。
本发明通过设置烟尘过滤装置2和粉末回收装置3，一旦单层截面熔化成型完毕后，就依次启动烟尘过滤装置2和粉末回收装置3，先将成型缸1中的烟尘送至过滤器24，除去烟尘的杂质，然后净化后的烟尘送至粉末回收装置3，经分离，完成此次的粉末回收，再继续下一单层的熔化成型，重复上述步骤，直至完成成型件的制作。因此，本发明在每一次单层截面熔化成型完毕后，解决了烟尘沉积在工件表面，以及粉末回收难的问题，使得制得成型件精度高、质量优，且粉末回收率高、易回收。
所述的分离区33用于提供粉末分离的区域，其可以由多级串联、并联或混合设置的分离室构成，其中，在本发明的另一实施例中，所述的分离区33包括由两级相连的分离室331(332)构成，其中，所述的吸尘罩31通过管道36与第一级分离室331相连，所述的集粉盒35设于所述的第一级分离室331的下端，所述的鼓风机34与第二级分离室332相连，在所述的第二级分离室332的上端设有出风口37。
其中，优选为，所述的分离室331(332)由空心圆柱体经平滑过渡至空心圆锥体构成。
在发明的又一实施例中，所述的吸尘罩31为可拆卸式连接至所述的成型缸1上方进行吸附和离开所述的成型缸1上方区域避免干扰激光束熔化成型。其中可选的可拆卸式连接方式为：螺纹连接。
本发明的又一实施例中，所述的第一离心式通风机22设于所述的成型缸1的一侧，所述的过滤器24设于所述的成型缸1的另一侧，所述的冷却装置23设于所述的成型缸1与所述的过滤器24之间。
本发明的一实施例中，所述的冷却装置23包括水箱231，其中，穿过所述的水箱231的管道为螺旋式设计，且水箱231中的水漫过管道，即在烟尘过滤前先冷却烟尘，再将其送至过滤器24吸附杂质，其中，螺旋式设计是为了延长烟尘在管道内的流动时长，提高冷却效果。
优选，连通所述的成型缸1与所述的水箱231的管道由耐高温材料制成。更优选，所述的耐高温材料为无规共聚聚丙烯(PPR)，PPR管韧性好、强度高、较高温度下抗蠕变性能好，可以承受成形缸1中排出的较高温度气体。
此外，还进一步优选，在近所述的水箱231侧的所述的成型缸1管道上设有阻火圈232，以防止激光熔化过程中的火星溅射进PPR管中造成火灾。
本发明还公开了一种烟尘过滤及粉末回收装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)在选区激光熔化之前，将所述的成型缸和所述的烟尘过滤装置里的气体抽空并充满惰性气体，然后，进行单层截面熔化成型；
(2)开启所述的第一离心式通风机，将所述的成型缸里的烟尘依次送入所述的冷却装置和所述的过滤器，过滤烟尘中的杂质；
(3)开启所述的第二离心式通风机，将过滤后的烟尘抽至所述的第一级分离室作为一次风，向下旋转，旋转气流下旋到达反射板反转成上升气流，此时，旋转气流中所含的粗粉末颗粒由于离心力和重力的作用，从气流中分离出来掉入所述的集粉盒，而上升气流中的细粉末颗粒向旋转气流的外周汇集；
(4)同时，所述的鼓风机向所述的第二级分离室送入二次风，成为下旋气流，在上升气流外侧同方向旋转，使细粉末加速向外周汇集，并被二次风强制带到所述的集粉盒，上旋气流从所述的出风口排出；
(5)判断成型件是否已完成，若已完成，取出成型件，否则继续重复上述步骤(1)～(4)直到成型件加工完成。
综上，本发明解决了选区激光熔化成形过程烟尘难以有效处理的难题，实现了烟尘的有效实时处理，保证了零件的高质量成形；本发明还提高了金属粉末的回收效率，降低了由人工操作而造成的失误。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种金属选区激光熔化用的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，包括成型缸，其为选区激光熔化成型区；
烟尘过滤装置，其与所述的成型缸相连，成一闭合的循环管道回路，其中，所述的烟尘过滤装置包括设在管道回路上的第一离心式通风机、冷却装置和过滤器；
和，粉末回收装置，其与所述的成型缸相连，其中，所述的粉末回收装置包括吸尘罩、第二离心式通风机、分离区、鼓风机和集粉盒，所述的吸尘罩设于所述的成型缸的上方，并通过管道与所述的分离区相连，所述的第二离心式通风机设于该管道上，所述的集粉盒设于所述的分离区的下端，所述的鼓风机与所述的分离区相连。
2.根据权利要求1所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的分离区包括由两级相连的分离室构成，其中，所述的吸尘罩通过管道与第一级分离室相连，所述的集粉盒设于所述的第一级分离室的下端，所述的鼓风机与第二级分离室相连，在所述的第二级分离室的上端设有出风口。
3.根据权利要求2所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的分离室由空心圆柱体经平滑过渡至空心圆锥体构成。
4.根据权利要求1所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的吸尘罩为可拆卸式连接至所述的成型缸上方进行吸附和离开所述的成型缸上方区域避免干扰激光束熔化成型。
5.根据权利要求1或2所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的第一离心式通风机设于所述的成型缸的一侧，所述的过滤器设于所述的成型缸的另一侧，所述的冷却装置设于所述的成型缸与所述的过滤器之间。
6.根据权利要求5所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的冷却装置包括水箱，其中，穿过所述的水箱的管道为螺旋式设计。
7.根据权利要求6所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，连通所述的成型缸与所述的水箱的管道由耐高温材料制成。
8.根据权利要求7所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，所述的耐高温材料为无规共聚聚丙烯。
9.根据权利要求6所述的烟尘过滤及粉末回收装置，其特征在于，在近所述的水箱侧的所述的成型缸管道上设有阻火圈。
10.权利要求1～9所述的烟尘过滤及粉末回收装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在选区激光熔化之前，将所述的成型缸和所述的烟尘过滤装置里的气体抽空并充满惰性气体，然后，进行单层截面熔化成型；
(2)开启所述的第一离心式通风机，将所述的成型缸里的烟尘依次送入所述的冷却装置和所述的过滤器，过滤烟尘中的杂质；
(3)开启所述的第二离心式通风机，将过滤后的烟尘抽至所述的第一级分离室作为一次风，向下旋转，旋转气流下旋到达反射板反转成上升气流，此时，旋转气流中所含的粗粉末颗粒由于离心力和重力的作用，从气流中分离出来掉入所述的集粉盒，而上升气流中的细粉末颗粒向旋转气流的外周汇集；
(4)同时，所述的鼓风机向所述的第二级分离室送入二次风，成为下旋气流，在上升气流外侧同方向旋转，使细粉末加速向外周汇集，并被二次风强制带到所述的集粉盒，上旋气流从所述的出风口排出；
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