CN110722158B - 一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，涉及金属粉末床增材制造技术领域；包括工控机、控制器、第一风机、第二风机、第一至第四电磁阀、第一过滤系统、第二过滤系统、第一导流板、第二导流板、保护气氛系统、激光扫描成形腔、压力传感器和排气电磁阀；工控机与控制器连通；控制器分别与第一至第四电磁阀、第一导流板、第二导流板、第一风机和第二风机连通；2个导流板对称设置在激光扫描成形腔的两侧；保护气氛系统与激光扫描成形腔连通；压力传感器设置在激光扫描成形腔的一侧；排气电磁阀与压力传感器连通；本发明实现在设备激发出激光束进行加工时，强化镁合金蒸气烟尘带出的效果，有利于保证成形过程稳定性及成形件质量。

Description

一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置
技术领域
本发明属于金属粉末床增材制造技术领域，涉及一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置。
背景技术
金属粉末床增材制造技术是复杂精密构件直接快速成形的一种方法。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据产品三维图形数据，采用高能束对原材料粉末逐点、逐线、逐层熔化直接制造出零件，相比其它金属增材制造技术，粉末床增材制造技术具有更高的成形精度以及更少的后续加工量，可成形复杂度更高的零件，它以结构功能一体化设计制造、短周期、近终形、无模具、无刀具等技术优势成为复杂金属构件快速制造的先进制造手段，是金属增材制造技术应用的主要方向之一。
目前，激光选区熔化成形设备在加工过程中产生的金属蒸气烟尘主要通过充入惰性保护气体将其吹入循环烟尘过滤系统中，但受限于成形腔内压力控制范围，使得无法持续加大保护气体流量，导致蒸气烟尘去除效果有限。尤其是针对镁合金材料，激光熔化后产生大量的气化烟尘，若无法及时将烟尘排出，将严重影响成形件质量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，实现在设备激发出激光束进行加工时，强化镁合金蒸气烟尘带出的效果，有利于保证成形过程稳定性及成形件质量。
本发明解决技术的方案是：
一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，包括工控机、控制器、第一风机、第二风机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一过滤系统、第二过滤系统、第一导流板、第二导流板、保护气氛系统、激光扫描成形腔、压力传感器和排气电磁阀；其中，工控机与控制器连通；控制器分别与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一导流板、第二导流板、第一风机和第二风机连通；第一导流板和第二导流板对称设置在激光扫描成形腔的两侧；且第一导流板和第二导流板均与激光扫描成形腔连通；保护气氛系统与激光扫描成形腔连通；压力传感器设置在激光扫描成形腔的一侧；排气电磁阀与压力传感器连通；第一导流板、第一过滤系统、第三电磁阀和第一风机形成通路；第一导流板、第一电磁阀和第一风机形成通路；第二导流板、第二过滤系统、第四电磁阀和第二风机形成通路；第二导流板、第二电磁阀和第二风机形成通路。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述第一导流板和第二导流板在控制器的作用下实现180°转动。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述保护气氛系统持续向激光扫描成形腔内注入惰性气体。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述压力传感器实时对激光扫描成形腔内部压力进行测量，当压力传感器测量激光扫描成形腔内部压力大于压力阈值时，打开排气电磁阀实现对激光扫描成形腔泄压；当压力传感器测量激光扫描成形腔内部压力小于或等于压力阈值时，关闭排气电磁阀。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述第一风机实现吹风功能和吸风功能；第二风机实现吹风功能和吸风功能。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述压力阈值为80mbar；第一风机的工作频率为20-40Hz；第二风机的工作频率为20-40Hz。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述蒸气烟尘排出装置的工作过程为：
S1、开启激光选区熔化成形设备，启动工控机；
S2、开启保护气氛系统，持续向激光扫描成形腔内注入惰性气体；同时通过压力传感器和排气电磁阀调节激光扫描成形腔内部压力；
S3、激光扫描成形腔内的氧含量低于100ppm后，激光光束开始扫描制造加工；
S4、控制器判断激光光束的扫描方向，并根据扫描方向分别对第一风机、第二风机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一导流板和第二导流板进行控制；实现将激光光束加工过程中的烟尘导出。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述S4中，激光光束的扫描方向为由第二导流板向第一导流板方向或由第一导流板向第二导流板方向。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述S4中，当激光光束的扫描方向为由第二导流板向第一导流板方向时，控制器控制第一风机为吹风状态，控制第三电磁阀关闭，第一电磁阀打开；同时控制第二电磁阀关闭，第四电磁阀打开，控制第二风机为吸风状态；控制第一导流板转动至指向第二导流板方向；控制第二导流板转动至指向第二过滤系统方向，实现将烟尘依次通过第二导流板、第二过滤系统、第四电磁阀和第二风机，由第二排气口排出。
在上述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，所述S4中，当激光光束的扫描方向为由第一导流板向第二导流板方向时，控制器控制第二风机为吹风状态，控制第四电磁阀关闭，第二电磁阀打开；同时控制第一电磁阀关闭，第三电磁阀打开，控制第一风机为吸风状态；控制第二导流板转动至指向第一导流板方向；控制第一导流板转动至指向第一过滤系统方向，实现将烟尘依次通过第一导流板、第一过滤系统、第三电磁阀和第一风机，由第一排气口排出。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明操作简单，通过工控机控制在激光束加工时同步发出信号给控制器，由控制器完成吹吸气装置转动指令及风机和电磁阀打开指令，强化镁合金蒸气烟尘的排出效果；
(2)本发明采用了第一导流板和第二导流板，导流板方向由控制器控制随激光扫描相位角转动，保持导流板的风向始终与激光扫描方向平行，以便最大程度地吹出镁合金蒸气烟尘；
(3)本发明采用了第一过滤系统及第二过滤系统，两套过滤系统独立工作，可延长过滤系统使用时间，即可以延长激光选区熔化成形时间，为成形大尺寸零件提供设备能力的支撑。
附图说明
图1为本发明蒸气烟尘排出装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明公开了一种增强镁合金激光选区熔化成形蒸气烟尘排出效果的装置，当设备激发出激光束进行镁合金材料熔化成形时，由工控机8同步发出信号给控制器7；控制器7根据工控机发出的激光束扫描相位角信号，给吹吸气装置内部偏转控制机构发出角度偏转信号及电磁阀开闭信号，同步给两台风机分别发出吸风或吹风信号，实现镁合金激光选区熔化成形蒸气烟尘绝大部分或完全被吸出的效果，有利于提升镁合金激光选区熔化成形过程稳定性及成形件质量。
蒸气烟尘排出效果的装置主要解决在激光扫描过程中，激光扫描成形腔1中产生大量的气化烟尘无法及排出的问题，如图1所示，该装置的主要组成部件包括工控机8、控制器7、第一风机61、第二风机62、第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53、第四电磁阀54、第一过滤系统41、第二过滤系统42、第一导流板31、第二导流板32、保护气氛系统2、激光扫描成形腔1、压力传感器9和排气电磁阀10；各部件的连接方式为：工控机8与控制器7通过电信号连通；控制器7分别与第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53、第四电磁阀54、第一导流板31、第二导流板32、第一风机61和第二风机62通过电信号连通；第一导流板31、第一过滤系统1、第三电磁阀53和第一风机61通过管路连通形成通路；第一导流板31、第一电磁阀51和第一风机61通过管路连通形成通路；第二导流板32、第二过滤系统42、第四电磁阀54和第二风机62通过管路连通形成通路；第二导流板32、第二电磁阀52和第二风机62通过管路连通形成通路，实现了4个分支通路。同时2个风机均具备吹风功能和吸风功能；通过选择2个风机的工作状态，配合分支通路的选择，实现每个风机吸气或吹气两种情况的完整闭环管路。
保护气氛系统2设置在激光扫描成形腔1的一侧，且与激光扫描成形腔1形成通路；工作时，保护气氛系统2持续向激光扫描成形腔1内注入惰性气体。惰性气体用于置换成形腔内的空气，最终使成形腔内的氧含量保持在100ppm以下。压力传感器9设置在激光扫描成形腔1的一侧；实现实时对激光扫描成形腔1内部压力进行测量；排气电磁阀10与压力传感器9连通。当压力传感器9测量激光扫描成形腔1内部压力大于压力阈值时，打开排气电磁阀10，将激光扫描成形腔1内部的气体通过排气电磁阀10排出，达到对激光扫描成形腔1泄压的目的。当压力传感器9测量激光扫描成形腔1内部压力小于或等于压力阈值时，关闭排气电磁阀10。压力阈值为80mbar；第一风机61的工作频率为20-40Hz；第二风机62的工作频率为20-40Hz；2个风机的工作频率可根据实际情况进行调整，提高效率，节能。
此外，第一导流板31和第二导流板32的安装位置为：第一导流板31和第二导流板32对称设置在激光扫描成形腔1的两侧；且第一导流板31和第二导流板32均与激光扫描成形腔1连通；第一导流板31和第二导流板32在控制器7的作用下可实现180°转动，随着扫描方向的变动，可通过控制器7控制2个导流板的转向，最高效率的排出腔内的烟尘。
蒸气烟尘排出装置的工作过程为：
S1、开启激光选区熔化成形设备，启动工控机8。
S2、通过开启保护气氛系统2持续向激光扫描成形腔1内注入惰性气体；同时，通过压力传感器9实时测量激光扫描成形腔1内部压力；当高于压力阈值为80mbar时，打开排气电磁阀10调节激光扫描成形腔1内部压力，进行泄压；当压力传感器9测量激光扫描成形腔1内部压力小于等于80mbar时，控制排气电磁阀10关闭，实现激光扫描成形腔1内部压力的实时调节。
S3、对激光扫描成形腔1内的氧含量进行测量，当激光扫描成形腔1内的氧含量低于100ppm后，激光光束开始扫描制造加工；
S4、对激光光束的扫描方向进行判断；控制器7判断激光光束的扫描方向，并根据扫描方向分别对第一风机61、第二风机62、第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53、第四电磁阀54、第一导流板31和第二导流板32进行控制；激光光束的扫描方向为由第二导流板32向第一导流板31方向或由第一导流板31向第二导流板32方向；具体控制过程为：当激光光束的扫描方向为由第二导流板32向第一导流板31方向时，控制器7控制第一风机61为吹风状态，控制第三电磁阀53关闭，第一电磁阀51打开；同时控制第二电磁阀52关闭，第四电磁阀54打开，控制第二风机62为吸风状态；控制第一导流板31转动至指向第二导流板32方向；控制第二导流板32转动至指向第二过滤系统42方向，实现将烟尘依次通过第二导流板32、第二过滤系统42、第四电磁阀54和第二风机62，由第二排气口排出。通过工控机控制在激光束加工时同步发出信号给控制器，由控制器完成导流板转动指令及风机和电磁阀打开指令，强化镁合金蒸气烟尘的排出效果。
当激光光束的扫描方向为由第一导流板31向第二导流板32方向时，控制器7控制第二风机62为吹风状态，控制第四电磁阀54关闭，第二电磁阀52打开；同时控制第一电磁阀51关闭，第三电磁阀53打开，控制第一风机61为吸风状态；控制第二导流板31转动至指向第一导流板31方向；控制第一导流板31转动至指向第一过滤系统41方向，导流板方向由控制器7控制随激光扫描相位角转动，保持导流板的风向始终与激光扫描方向平行，以便最大程度地吹出镁合金蒸气烟尘；实现将烟尘依次通过第一导流板31、第一过滤系统41、第三电磁阀53和第一风机61，由第一排气口排出。最终，不论激光扫描的方向指向哪里，均通过该装置实现将激光光束加工过程中的烟尘导出。同时第一过滤系统41及第二过滤系统42，两套过滤系统独立工作，可延长过滤系统使用时间，即可以延长激光选区熔化成形时间，为成形大尺寸零件提供设备能力的支撑。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：包括工控机(8)、控制器(7)、第一风机(61)、第二风机(62)、第一电磁阀(51)、第二电磁阀(52)、第三电磁阀(53)、第四电磁阀(54)、第一过滤系统(41)、第二过滤系统(42)、第一导流板(31)、第二导流板(32)、保护气氛系统(2)、激光扫描成形腔(1)、压力传感器(9)和排气电磁阀(10)；其中，工控机(8)与控制器(7)连通；控制器(7)分别与第一电磁阀(51)、第二电磁阀(52)、第三电磁阀(53)、第四电磁阀(54)、第一导流板(31)、第二导流板(32)、第一风机(61)和第二风机(62)连通；第一导流板(31)和第二导流板(32)对称设置在激光扫描成形腔(1)的两侧；且第一导流板(31)和第二导流板(32)均与激光扫描成形腔(1)连通；保护气氛系统(2)与激光扫描成形腔(1)连通；压力传感器(9)设置在激光扫描成形腔(1)的一侧；排气电磁阀(10)与压力传感器(9)连通；第一导流板(31)、第一过滤系统(1)、第三电磁阀(53)和第一风机(61)形成通路；第一导流板(31)、第一电磁阀(51)和第一风机(61)形成通路；第二导流板(32)、第二过滤系统(42)、第四电磁阀(54)和第二风机(62)形成通路；第二导流板(32)、第二电磁阀(52)和第二风机(62)形成通路。
2.根据权利要求1所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述第一导流板(31)和第二导流板(32)在控制器(7)的作用下实现180°转动。
3.根据权利要求1所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述保护气氛系统(2)持续向激光扫描成形腔(1)内注入惰性气体。
4.根据权利要求1所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述压力传感器(9)实时对激光扫描成形腔(1)内部压力进行测量，当压力传感器(9)测量激光扫描成形腔(1)内部压力大于压力阈值时，打开排气电磁阀(10)实现对激光扫描成形腔(1)泄压；当压力传感器(9)测量激光扫描成形腔(1)内部压力小于或等于压力阈值时，关闭排气电磁阀(10)。
5.根据权利要求4所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述第一风机(61)实现吹风功能和吸风功能；第二风机(62)实现吹风功能和吸风功能。
6.根据权利要求5所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述压力阈值为80mbar；第一风机(61)的工作频率为20-40Hz；第二风机(62)的工作频率为20-40Hz。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述蒸气烟尘排出装置的工作过程为：
S1、开启激光选区熔化成形设备，启动工控机(8)；
S2、开启保护气氛系统(2)，持续向激光扫描成形腔(1)内注入惰性气体；同时通过压力传感器(9)和排气电磁阀(10)调节激光扫描成形腔(1)内部压力；
S3、激光扫描成形腔(1)内的氧含量低于100ppm后，激光光束开始扫描制造加工；
S4、控制器(7)判断激光光束的扫描方向，并根据扫描方向分别对第一风机(61)、第二风机(62)、第一电磁阀(51)、第二电磁阀(52)、第三电磁阀(53)、第四电磁阀(54)、第一导流板(31)和第二导流板(32)进行控制；实现将激光光束加工过程中的烟尘导出。
8.根据权利要求7所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述S4中，激光光束的扫描方向为由第二导流板(32)向第一导流板(31)方向或由第一导流板(31)向第二导流板(32)方向。
9.根据权利要求8所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述S4中，当激光光束的扫描方向为由第二导流板(32)向第一导流板(31)方向时，控制器(7)控制第一风机(61)为吹风状态，控制第三电磁阀(53)关闭，第一电磁阀(51)打开；同时控制第二电磁阀(52)关闭，第四电磁阀(54)打开，控制第二风机(62)为吸风状态；控制第一导流板(31)转动至指向第二导流板(32)方向；控制第二导流板(32)转动至指向第二过滤系统(42)方向，实现将烟尘依次通过第二导流板(32)、第二过滤系统(42)、第四电磁阀(54)和第二风机(62)，由第二排气口排出。
10.根据权利要求9所述的一种增强镁合金激光选区熔化蒸气烟尘排出效果的装置，其特征在于：所述S4中，当激光光束的扫描方向为由第一导流板(31)向第二导流板(32)方向时，控制器(7)控制第二风机(62)为吹风状态，控制第四电磁阀(54)关闭，第二电磁阀(52)打开；同时控制第一电磁阀(51)关闭，第三电磁阀(53)打开，控制第一风机(61)为吸风状态；控制第二导流板(31)转动至指向第一导流板(31)方向；控制第一导流板(31)转动至指向第一过滤系统(41)方向，实现将烟尘依次通过第一导流板(31)、第一过滤系统(41)、第三电磁阀(53)和第一风机(61)，由第一排气口排出。
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