CN111359881B

CN111359881B - 一种3d打印后处理多级粒料分离系统及其分离方法

Info

Publication number: CN111359881B
Application number: CN202010255816.4A
Authority: CN
Inventors: 于云峰; 李英; 孙茂银; 吴健; 吴泽宏; 梁寅; 张翠翠
Original assignee: GUIZHOU INSTITUTE OF METALLURGY AND CHEMICAL ENGINEERING
Current assignee: GUIZHOU INSTITUTE OF METALLURGY AND CHEMICAL ENGINEERING
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: CN111359881A

Abstract

本发明公开了一种3D打印后处理多级粒料分离系统，属于3D打印技术领域，包括3D打印模型后处理完成的模型室，还包括吸附室、加压室和回收室；所述吸附室内设有用于吸附尼龙粉的多孔吸附层，顶部设有入料口，底部设有出料口，所述入料口分别通过抽气泵与加压室和模型室连接；所述加压室内存放有铁磁性压力珠；所述回收室位于吸附室下部，入口与出料口连接，侧壁设有回收窗，所述回收室底板带磁性。本发明能够有效分离3D打印后处理程序（吹砂工序）中的吹砂材料玻璃珠和3D打印材料尼龙粉，使玻璃珠回收利用，节约资源。此外，本发明还提供了上述分离系统的分离方法。

Description

一种3D打印后处理多级粒料分离系统及其分离方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种能够有效分离3D打印后处理残留粉末的分离系统及其分离方法。

背景技术

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型。3D打印出的模型大都需要进行表面处理，即后处理程序来改善表面的粗糙度（去除毛刺、油污、表皮），以达到更为理想的物理化学特性或是美化外观。

在对3D打印模型的表面处理时通常用的手段有：锉刀打磨、砂纸打磨、电动打磨、珠光处理（吹砂）和蒸汽平滑等。其中珠光处理是通过喷嘴朝着模型对象高速喷射介质小珠从而达到抛光表面的效果，其速度较快，约5-10分钟即可处理完成，处理效果好，被人们广泛使用。常用的珠光处理介质小珠为玻璃珠（细微的颗粒），而尼龙粉为3D模型的常用打印材料，在珠光处理后的模型室充满了大量的玻璃珠和尼龙粉的混合粉末，由于现有技术的本领域中玻璃珠和尼龙粉的混合粉末分离手段尚未成熟或是尚没有有效的分离技术和设备，混合粉末被大量丢弃，而长期使用的玻璃珠具有相当的成本，这就造成了大量的资源浪费。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种能够有效分离3D打印后处理后模型室残留的混合粉末（尼龙粉和玻璃珠）的多级粒料分离系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种3D打印后处理多级粒料分离系统，包括3D打印模型后处理完成的模型室，还包括吸附室、加压室和回收室；所述吸附室内设有用于吸附尼龙粉的多孔吸附层，顶部设有入料口，底部设有出料口，所述入料口分别通过抽气泵与加压室和模型室连接；所述加压室内存放有铁磁性压力珠；所述回收室位于吸附室下部，入口与出料口连接，侧壁设有回收窗，所述回收室底板带磁性。

优选的：所述吸附层为多孔聚丙烯酰胺凝胶，所述压力珠为钢珠。

优选的：所述回收室为内外双层结构，顶部中心设有与出料口活动连接的入口；所述内层底部与驱动电机的输出轴连接，内层侧壁由若干个立杆和横杆分隔为若干个侧壁单元，每个侧壁单元通过顶部与横杆转动连接，并可沿横杆自由翻转；外层底板截面呈向下的锥形，锥形端部开口。

此外，本发明还提供了上述一种3D打印后处理多级粒料分离系统的分离方法，包括如下步骤：

S1.开启抽气泵，将模型室后处理完的玻璃珠及尼龙粉的混合粉末吸入吸附室，使之充分沉淀、过滤，其中尼龙粉经多孔聚丙烯酰胺凝胶吸附停留在吸附层，大多数的玻璃珠沉淀后经出料口进入回收室内层；

S2.开启抽气泵，将加压室内的压力珠抽入吸附室，在压力珠的重力作用下提高残留在吸附层内的玻璃珠的流动性，使残留的玻璃珠继续沉淀流入回收室内层；

S3.开启驱动电机使回收室内层旋转，随着内层的旋转加速，内层的各个侧壁单元向外侧展开，压力珠由内层底板的磁性吸住，玻璃珠在离心力的作用下经展开的侧壁单元飞出内层进入内层和外层之间，由外层底板的锥形开口端回收。

其中S3步骤中的驱动电机旋转包括以下两个过程：其一，低速旋转，使进入回收室内层的混合粉末均匀铺展在内层底板，并在低速旋转的情况下使压力珠均匀吸附；其二，高速旋转，在高速旋转下使内层各个侧壁单元向外展开，并在高速旋转情况下离心甩出玻璃珠。

本发明通过吸附室中的吸附层来吸附混合粉末中的尼龙粉，而玻璃珠逐步沉淀过滤并流出回收，其主要利用的是尼龙粉和玻璃珠两种物质不同的物力化学特性（尼龙粉的亲油性、玻璃珠的亲水性以及玻璃珠良好的流动性），吸附层（多孔聚丙烯酰胺凝胶）对混合粉末不同组分的吸附性不同，类似层析的效果。而加压室的压力珠（钢珠）可以使过滤后未沉淀残留在吸附层中的玻璃珠继续沉淀，由于压力珠较大的重力，其在吸附层中的流动性较大，可带动玻璃珠流动沉淀，提高回收效果。通过回收室底部的磁性吸附效果可快速有效的分离铁磁性压力珠和回收的玻璃珠，通过驱动电机及回收室结构设计（内层侧壁结构、外层底板结构）使压力珠和玻璃珠的分离更加自动化，提高分离效果，减少分离时间。由上述分析可知，本发明通过简单的分离原理和巧妙的装置设计可有效回收后处理表面吹砂后的玻璃珠，反复使用，节约成本。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为内层侧壁三维结构示意图。

图中：1、吸附室；11、吸附层；12、入料口；13、出料口；2、回收室；21、内层；211、立杆；212、横杆；22、外层；3、加压室；31、压力珠；4、抽气泵；5、驱动电机。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明所述的分离系统和分离方法进行充分阐述，以使本领域普通技术人员能够充分理解和实施。

本发明主要是针对背景技术中提到的现有技术对3D打印后处理吹砂工序中吹砂用玻璃珠资源浪费的问题，以分离常用的3D打印材料（尼龙粉）和吹砂材料（玻璃珠）展开。

实施例1

如图1所示，一种3D打印后处理多级粒料分离系统，包括3D打印模型后处理完成的模型室A，还包括吸附室1、加压室3和回收室2；所述吸附室1内设有用于吸附尼龙粉的多孔吸附层11，所述吸附层11为多孔聚丙烯酰胺凝胶，所述吸附室1顶部设有入料口12，底部设有出料口13，所述入料口12分别通过抽气泵4与加压室3和模型室A连接；所述加压室3内存放有铁磁性压力珠31，所述压力珠31为钢珠；所述回收室2位于吸附室1下部，入口与出料口13连接，侧壁设有回收窗，所述回收室2底板带磁性。

上述分离系统的工作过程如下：①.开启连接模型室A的抽气泵4，将待分离的混合粉末（尼龙粉和玻璃珠）吸入吸附室1；②.在吸附室1内，混合粉末经过多孔吸附层11（多孔聚丙烯酰胺凝胶）逐步向下扩散，尼龙粉被凝胶吸附，玻璃珠逐步向下沉淀直至经出料口13进入回收室2，在本步骤中玻璃珠的回收率可达到58%-72%；③开启连接加压室3的抽气泵4，将压力珠31抽入吸附室1，压力珠31为钢珠，由于其具有更好的流动性和重力，压力珠31在吸附层11内的流动给残留的玻璃珠提供了流动空间和动力，提高玻璃珠的流动性，使残留的玻璃珠流入回收室2，通过本步骤，玻璃珠的回收率可达到83%-96%；④.流入回收室2的钢珠被磁性吸附，而玻璃珠可自由滚动，从回收窗中取出玻璃珠即达到了回收效果。

实施例2

如图2、图3所示，本实施例在实施例1的基础上对回收室2的结构进行了优化，具体为：所述回收室2为内外双层结构，顶部中心设有与出料口13活动连接的入口（可以为伸缩式的连接口或是可自由转动的插接口）；所述内层21底部与驱动电机5的输出轴连接，侧壁由若干个立杆211和横杆212分隔为若干个侧壁单元，每个侧壁单元通过顶部与横杆212转动连接，并可沿横杆212自由翻转；外层22底板截面呈向下的锥形，锥形端部开口（O）。

通过上述优化，在从回收室2回收玻璃珠时无需人工取出，只需启动驱动电机5，即可实现。具体为：内层21在驱动电机5的带动下旋转，钢珠被内层21底板吸附住，玻璃珠在离心力的作用下向外侧运动，各个侧壁单元在离心力的作用下展开，玻璃珠经侧壁单元飞出至外层22和内层21直接，由于外层22底板的锥度开口设计，玻璃珠经外层22底板开口滚出，即可直接回收。本实施例的回收设计可取消实施例1中回收窗的设置。在一个优选的实施例中，通过计算机辅助程序控制，形成整体的自动化回收系统。为了使离心效果最佳，优选的，侧壁为圆形。

此外，本实施例还提供了上述一种3D打印后处理多级粒料分离系统的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.开启抽气泵4，将模型室A后处理完的玻璃珠及尼龙粉的混合粉末吸入吸附室1，使之充分沉淀、过滤，其中尼龙粉经多孔聚丙烯酰胺凝胶吸附停留在吸附层11，大多数的玻璃珠沉淀后经出料口13进入回收室2的内层21；

S2.开启抽气泵4，将加压室3内的压力珠31抽入吸附室1，在压力珠31的重力作用下提高残留在吸附层11内的玻璃珠的流动性，使残留的玻璃珠继续沉淀流入内层21；

S3.开启驱动电机5使内层21旋转，随着内层21的旋转加速，内层21的各个侧壁单元向外侧展开，压力珠31由内层21底板的磁性吸住，玻璃珠在离心力的作用下经展开的侧壁单元飞出内层21进入内层21和外层22之间，由外层22底板的锥形开口端O回收。

其中S3步骤中的驱动电机5旋转包括以下两个过程：其一，低速旋转，使进入内层21的混合粉末均匀铺展在内层21底板，并在低速旋转的情况下使压力珠31均匀吸附；其二，高速旋转，在高速旋转下使内层21各个侧壁单元向外展开，并在高速旋转情况下离心甩出玻璃珠。

上述实施例仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做出的任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的技术原理及方案范围情况下，都可利用以上公开的方法对本发明的技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的原理或方案，依据本发明的技术实质对本发明公开的技术特征做出的任何组合、修改或替换均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种3D打印后处理多级粒料分离系统，包括3D打印模型后处理完成的模型室，其特征在于，还包括吸附室（1）、加压室（3）和回收室（2）；所述吸附室（1）内设有用于吸附尼龙粉的多孔吸附层（11），顶部设有入料口（12），底部设有出料口（13），所述入料口（12）分别通过抽气泵（4）与加压室（3）和模型室连接；所述加压室（3）内存放有铁磁性压力珠（31）；所述回收室（2）位于吸附室（1）下部，入口与出料口（13）连接，侧壁设有回收窗，所述回收室（2）底板带磁性；所述回收室（2）为内外双层结构，顶部中心设有与出料口（13）活动连接的入口；内层（21）底部与驱动电机（5）的输出轴连接，侧壁由若干个立杆（211）和横杆（212）分隔为若干个侧壁单元，每个侧壁单元通过顶部与横杆（212）转动连接，并可沿横杆（212）自由翻转；外层（22）底板截面呈向下的锥形，锥形端部开口。

2.如权利要求1所述的一种3D打印后处理多级粒料分离系统，其特征在于，所述吸附层（11）为多孔聚丙烯酰胺凝胶，所述压力珠（31）为钢珠。

3.如权利要求1所述的一种3D打印后处理多级粒料分离系统的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.开启抽气泵（4），将模型室后处理完的玻璃珠及尼龙粉的混合粉末吸入吸附室（1），使之充分沉淀、过滤，其中尼龙粉经多孔聚丙烯酰胺凝胶吸附停留在吸附层（11），大多数的玻璃珠沉淀后经出料口（13）进入回收室（2）的内层（21）；

S2.开启抽气泵（4），将加压室（3）内的压力珠（31）抽入吸附室（1），在压力珠（31）的重力作用下提高残留在吸附层（11）内的玻璃珠的流动性，使残留的玻璃珠继续沉淀流入内层（21）；

S3.开启驱动电机（5）使内层（21）旋转，随着内层（21）的旋转加速，内层（21）的各个侧壁单元向外侧展开，压力珠（31）由内层（21）底板的磁性吸住，玻璃珠在离心力的作用下经展开的侧壁单元飞出内层（21）进入内层（21）和外层（22）之间，由外层（22）底板的锥形开口端回收。

4.如权利要求3所述的一种3D打印后处理多级粒料分离系统的分离方法，其特征在于，其中S3步骤中的驱动电机（5）旋转包括以下两个过程：其一，低速旋转，使进入内层（21）的混合粉末均匀铺展在内层（21）底板，并在低速旋转的情况下使压力珠（31）均匀吸附；其二，高速旋转，在高速旋转下使内层（21）各个侧壁单元向外展开，并在高速旋转情况下离心甩出玻璃珠。