CN112569703A - 气体过滤装置及三维打印系统 - Google Patents

Abstract

一种气体过滤装置，用于对三维打印装置打印后的气体进行过滤，包括：第一过滤组件，包括第一过滤舱和设置在所述第一过滤舱内的第一滤芯；所述气体过滤装置还包括第二过滤组件、切换装置及反向吹气装置；当所述第一滤芯达到过滤设定条件时，所述切换装置切断通向所述第一过滤组件的待过滤气体、并导向所述第二过滤组件，所述反向吹气装置对所述第一滤芯吹气，以去除所述第一滤芯上的杂质。上述气体过滤装置通过切换过滤芯和反吹气操作，使得污染气体能够及时、连续地被净化，滤芯也能够重复利用，降低气体净化成本。本申请还提供一种具有所述气体过滤装置的三维打印系统。

Description

气体过滤装置及三维打印系统

技术领域

本发明涉及三维打印设备领域，尤其涉及一种气体过滤装置及三维打印系统。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式进行逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

在增材制造成型过程中，增材制造设备内需要保持保护气体氛围(如惰性气体、氮气等)，对粉末成型提供气体保护。在此过程中，连续打印粉末材料层的过程中会产生大量的烟尘、挥发物和雾化物，并与飞扬的粉末细屑混杂，从而造成保护气体的污染。目前，对于受到污染的保护气体，尚缺乏及时有效的在线处理手段，难以保证保护气体的快速净化循环，使增材制造设备的加工效率和加工质量降低。而且，现有的过滤设备中滤芯往往只能使用一次，造成净化成本升高。

发明内容

鉴于上述状况，本发明提供一种及时净化气体并且能够循环使用滤芯的气体过滤装置及三维打印系统。

一种气体过滤装置，用于对三维打印装置打印过程中的气体进行过滤，包括：第一过滤组件，包括第一过滤舱和设置在所述第一过滤舱内的第一滤芯；所述气体过滤装置还包括第二过滤组件、切换装置及反向吹气装置；当所述第一滤芯达到过滤设定条件时，所述切换装置切断通向所述第一过滤组件的待过滤气体、并导向所述第二过滤组件，所述反向吹气装置对所述第一滤芯吹气，以去除所述第一滤芯上的杂质。

可选地，所述切换装置包括连接所述第一过滤组件、所述第二过滤组件和所述反向吹气装置的多个管道及设置在所述多个管道上的多个阀门，通过控制所述多个阀门的开合实现气流通道的切换。

可选地，所述反向吹气装置包括吹气件、压力计和保护气管道；所述吹气件一端连通所述保护气管道，另一端连通所述第一过滤组件和所述第二过滤组件，清洁气体从所述保护气管道充入所述吹气件并储存，所述压力计用于检测所述吹气件的气压。

可选地，所述吹气件与所述第一过滤组件和所述第二过滤组件之间设置多个阀门，所述吹气件通过所述多个阀门选择性地连通所述第一过滤组件和所述第二过滤组件。

可选地，所述气体过滤装置包括第三过滤组件，所述第一过滤组件与所述第三过滤组件串联，所述第三过滤组件用于进一步过滤从所述第一滤芯流出的气体。

可选地，所述气体过滤装置包括测氧仪，设置在所述第三过滤组件上，所述测氧仪用于检测气体中的氧含量。

可选地，所述第一过滤组件包括第一杂质收集舱，设置在所述第一过滤舱底部，所述第一杂质收集装置用于暂存所述第一滤芯上掉落的杂质。

可选地，所述第一过滤组件包括第一压差检测器，用于检测所述第一过滤舱与常压管道之间的压力差，当所述第一压差检测器检测的结果大于或等于一预设值时，所述第一过滤组件与所述三维打印装置断开，所述反向吹气装置与所述第一过滤组件连通并对所述第一过滤组件吹气。

可选地，所述第一过滤舱下部还设置连通所述气体过滤装置外部的管道，用于排出所述反向吹气装置输送的气体。

一种三维打印系统，包括三维打印装置和上述任一项所述的气体过滤装置，所述气体过滤装置用于对三维打印装置的待过滤气体进行过滤。

上述气体过滤装置及三维打印系统通过切换过滤芯和反吹气操作，使得污染气体能够及时、连续地被净化和循环使用，滤芯也能够重复利用，降低气体净化成本。

附图说明

图1为气体过滤装置在一实施例中的结构示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，气体过滤装置100用于对三维打印装置1打印过程中的气体进行过滤，包括切换装置、第一过滤组件2、第二过滤组件3、风机5和反向吹气装置8。所述第一过滤组件2包括第一过滤舱21和设置在所述第一过滤舱21内的第一滤芯22。所述风机5用于提供气流动力。当所述第一滤芯22达到过滤设定条件时，所述切换装置切断通向所述第一过滤组件2的待过滤气体、并导向所述第二过滤组件3，所述反向吹气装置8对所述第一滤芯22吹气，以去除所述第一滤芯22上的杂质。所述切换装置包括连接所述第一过滤组件2、所述第二过滤组件3和所述反向吹气装置8的多个管道及设置在所述多个管道上的多个阀门，通过控制所述多个阀门的开合实现气流通道的切换。

具体地，所述第一过滤舱21的下部通过一进气管6与所述三维打印装置1连通，所述第一滤芯22通过一出气管7与所述三维打印装置1连通，所述风机5安装于所述出气管7。所述三维打印装置1中的污染气体从所述进气管6进入所述第一过滤舱21，经所述第一滤芯22过滤后，过滤后的气体从所述出气管7流入所述三维打印装置1。所述气体过滤装置100还包括反向吹气装置8，所述反向吹气装置8连通所述第一滤芯22。所述第一过滤组件2与所述三维打印装置1断开时，所述反向吹气装置8对所述第一滤芯22吹气，吹气方向与气体过滤方向相反，所述第一滤芯22上吸附的杂质掉落至所述第一过滤舱21的底部。

所述气体过滤装置100还包括第三过滤组件4，所述第三过滤组件4与所述第一过滤组件2串联。所述第二过滤组件3与所述第一过滤组件2并联在所述进气管6和所述第三过滤组件4之间，所述第三过滤组件4直接连通所述风机5和所述出气管7。所述第二过滤组件3包括第二过滤舱31和设置在所述第二过滤舱31内的第二滤芯32，所述第二过滤舱31的下部与所述进气管6连通，所述第二滤芯32与所述出气管7连通。可以理解，在其他实施例中，所述第一过滤组件2还可以并联更多的过滤组件，本申请不对过滤组件的数量进行限定。

具体地，所述第一过滤舱21下部的一侧和所述第二过滤舱31下部的一侧通过管道101和管道103并联至所述进气管6，所述进气管6的两端分别设置阀门A和阀门G，所述管道101和所述管道103上分别设置阀门D和阀门E。管道102从所述第一过滤舱21顶部伸入并连通所述第一滤芯22，管道104从所述第二过滤舱31顶部伸入并连通所述第二滤芯32，所述管道102和所述管道104并联至所述第三过滤组件4。所述管道102和所述管道104上分别设置阀门M和阀门O。所述管道102和所述管道104与所述第三过滤组件4连通的总管道上还设置阀门R。所述多个阀门分别用于控制各个管道的导通与关闭。

所述反向吹气装置8包括吹气件81、压力计82和保护气管道83。所述吹气件81下端连通所述保护气管道83，所述保护气管道83连通外部充气装置，保护气体从所述保护气管道83进入所述吹气件81并储存。所述压力计82连通所述吹气件81，用于检测所述吹气件81内的气体压力，当测得的压力达到一预设值时，所述保护气管道83关闭，停止对所述吹气件81充气。所述保护气管道83与所述吹气件81之间设置阀门J，用于导通或阻断所述保护气管道83和所述吹气件81。所述第一过滤组件2和所述第二过滤组件3通过管道105并联至所述吹气件81上端，即所述吹气件81连通所述第一过滤组件2和所述第二过滤组件3。所述保护气管道83与进气管6之间还设置阀门T，用于导通或阻断所述反向吹气装置8与所述进气管6。

具体地，所述管道102通过管道106与所述管道105连通，使所述管道105连通所述第一滤芯22。所述管道104通过管道107与所述管道105连通，使所述管道连通所述第二滤芯32。所述管道105靠近所述吹气件81的一端端设置阀门K，尾端设置阀门Q，用于导通过关闭所述管道105。所述管道106和所述管道107与所述管道105的接口之间还设置有阀门N，用于选择性地连通管道106和管道107。当所述阀门N打开时，所述管道105连通所述管道106和所述管道107，当所述阀门N关闭时，所述管道105只连通所述管道106。所述管道106和所述管道107上分别设置阀门L和阀门P，根据使用需要导通或关闭所述管道106和所述管道107，使所述反向吹气装置8选择性地连通所述第一滤芯22或所述第二滤芯32。

所述第一过滤舱21下部的另一侧和所述第二过滤舱31下部的另一侧分别通过管道108和管道109连通所述气体过滤装置100外部，反向吹气装置8产生的气体通过所述管道108和所述管道109排出。所述管道108和所述管道109并联至管道110，所述管道110连通所述气体过滤装置100外部。所述管道108上设置阀门B，所述管道109上设置阀门H，所述管道110尾端设置阀门I，通过控制阀门B、H、I的开合，使所述第一过滤舱21和所述第二过滤舱31选择性地连通所述气体过滤装置100的外部，使所述反向吹气装置8输送的气体排出所述气体过滤装置100。

进一步地，所述第一过滤组件2包括第一压差检测器23和第一杂质收集舱24。所述第一杂质收集舱24设置在所述第一过滤舱21底部并连通所述第一过滤舱21，所述第一杂质收集舱24与所述第一过滤舱21之间设置阀门C。所述第一压差检测器23用于检测所述第一过滤舱21与所述管道105之间的气压差，即检测第一过滤舱21与常压管道之间的压力差。当测得的气压差值达到一预设值时，表示所述第一滤芯22需要清理，第一过滤组件2切断与所述进气管6和第三过滤组件4的连通，反向吹气装置8连通所述第一过滤组件2，阀门C打开，所述吹气件81对所述第一滤芯22吹气，使所述第一滤芯22上附着的杂质掉落至所述第一过滤舱21底部并进入所述第一杂质收集舱24内暂存。

所述第二过滤组件3包括第二压差检测器33和第二杂质收集舱34。所述第二杂质收集舱34设置在所述第二过滤舱31底部并连通所述第二过滤舱31，所述第二杂质收集舱34与所述第二过滤舱31之间设置阀门F。所述第二压差检测器33用于检测所述第二过滤舱31与所述管道105之间的气压差，即检测所述第二过滤舱31与常压管道之间的压力差。当测得的气压差值达到一预设值时，所述第二滤芯32需要清理。第二过滤组件3切断与所述进气管6和第三过滤组件4的连通，反向吹气装置8连通所述第二过滤组件3，阀门F打开，所述吹气件81对所述第二滤芯32吹气，使所述第二滤芯32上附着的杂质落入所述第二杂质收集舱34。

当所述第一杂质收集舱24或所述第二杂质收集舱34内收集到一定量的杂质时，可以将所述第一杂质收集舱24或所述第二杂质收集舱34取下以清理杂质和更换新的杂质收集舱。

所述第三过滤组件4的过滤级别高于所述第一过滤组件2和所述第二过滤组件3，能够过滤更细小的杂质。在一实施例中，所述第一滤芯22和所述第二滤芯32优选采用金属筒状滤芯，具有拆装方便的优点，过滤精度为1-10纳米，过滤效率可以达到95％，能够将气体中大部分的杂质进行过滤，保证气体通过率和气体纯净度。所述第三过滤组件4优选采用板格状抽屉滤芯，也具有更换方便的优点，过滤精度大于或等于0.3纳米，过滤效率可以达到99.99％，能够对气体进行更彻底的过滤，从而进一步保证了气体纯净度。

所述气体过滤装置100包括测氧仪41，设置在所述第三过滤组件4上。所述风机5设置在出气管7和第三过滤组件4之间，所述出气管7的出气端还设置阀门S，所述阀门S与风机5之间还连通风速计51和排气管道9。打印开始前进行除氧操作，所述阀门S、阀门G、阀门I、阀门A和阀门Q关闭，所述气体过滤装置100中的气体从所述排气管道9流出，直到所述测氧仪41检测到气体中氧含量低于一预设值时停止除氧操作，关闭所述排气管道9，打开所述阀门S，打印过程可以开始，所述气体过滤装置100对打印过程中的气体进行过滤。所述风速计51用于检测所述出气管7内的气体流速，并根据检测结果调整所述风机5的功率，避免气流速度过高，影响所述三维打印装置1的正常运行。

所述气体过滤装置100的气体过滤过程及方法如下：

初始启动所述气体过滤装置100时，第一滤芯22和第二滤芯32均为干净滤芯。打开阀门A、D、M、R、S，其他阀门关闭，连通进气管6、第一过滤组件2、第三过滤组件4和出气管7。启动风机5，使三维打印装置1中的污染气体从进气管6和管道101进入第一过滤舱21，气体从下至上穿过第一滤芯22，经第一滤芯22的初级过滤后的气体从管道102流入第三过滤组件4，气体被所述第三过滤组件4二次过滤净化后从所述出气管7流入所述三维打印装置1。

当第一压差检测器23检测到管道105与第一过滤舱21之间的气压差值大于或等于一预设值时，关闭阀门D、M，同时继续打开阀门E、O，第一过滤组件2断开与进气管6和第三过滤组件4的连通，第二过滤组件3连通进气管6和第三过滤组件4，替代第一过滤组件2对污染气体进行初级过滤。

打开阀门J，关闭阀门T，干净气体从所述保护气管道83进入吹气件81，在所述吹气件81内预存一定量的清洁的保护气体，压力计82达到一预设值后，关闭阀门J。打开阀门K、L、B、C、I，第一过滤组件2连通反向吹气装置8。吹气件81对第一过滤组件2进行反向吹气，清洁的保护气体流入管道105，经过管道106和管道102到达第一滤芯22的上端，对所述第一滤芯22从上至下吹气，将所述第一滤芯22上附着的杂质吹落至第一杂质收集舱24，从而实现对所述第一滤芯22的清理，所述反向吹气装置8输送的气体从管道108和管道110流出所述气体过滤装置100。在一实施例中，所述管道108的进气端口可以设置过滤件，避免在清理所述第一滤芯22的过程中，杂质随气体流出所述气体过滤装置100，造成空气污染。

当第二压差检测器33检测到管道105与第二过滤舱31之间的气压差值大于或等于一预设值时，关闭阀门E、O及阀门B、C、L，继续打开阀门D、M，已经清洁过第一滤芯22的第一过滤组件2重新与进气管6和第三过滤组件4连通。再次对所述吹气件81进行预存气体操作，随后打开阀门F、H、N、P，所述第二过滤组件3与所述反向吹气装置8连通以清理第二滤芯32。所述第二滤芯32的清理过程与前述第一滤芯22的清理过程类似，这里不再赘述。

在气体过滤装置100运行的过程中，还可以根据压力计82检测的结果和实际操作情况，对所述吹气件81内的气体进行补充。

本申请还提供一种三维打印系统，包括三维打印装置1和前述的气体过滤装置100，所述气体过滤装置100用于对三维打印装置1的待过滤气体进行过滤。

本申请的气体过滤装置100通过切换滤芯和反吹气操作，使得污染气体能够及时被净化和循环使用，第一滤芯22和第二滤芯32也能够重复利用。另外系统设有压力检测、含氧量检测、风速检测、压差检测，保证设备的安全性和稳定性。此外可以根据三维打印装置1的使用要求，通过添加滤芯或过滤组件的形式对气体过滤装置100进行定制开发，满足绝大多部分客户使用要求，在特定应用领域内属于重大技术突破。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种气体过滤装置，用于对三维打印装置打印过程中的气体进行过滤，包括：

第一过滤组件，包括第一过滤舱和设置在所述第一过滤舱内的第一滤芯；

其特征在于，所述气体过滤装置还包括第二过滤组件、切换装置及反向吹气装置；

当所述第一滤芯达到过滤设定条件时，所述切换装置切断通向所述第一过滤组件的待过滤气体、并导向所述第二过滤组件，所述反向吹气装置对所述第一滤芯吹气，以去除所述第一滤芯上的杂质。

2.如权利要求1所述的气体过滤装置，其特征在于，所述切换装置包括连接所述第一过滤组件、所述第二过滤组件和所述反向吹气装置的多个管道及设置在所述多个管道上的多个阀门，通过控制所述多个阀门的开合实现气流通道的切换。

3.如权利要求2所述的气体过滤装置，其特征在于，所述反向吹气装置包括吹气件、压力计和保护气管道；所述吹气件一端连通所述保护气管道，另一端连通所述第一过滤组件和所述第二过滤组件，清洁气体从所述保护气管道充入所述吹气件并储存，所述压力计用于检测所述吹气件的气压。

4.如权利要求3所述的气体过滤装置，其特征在于，所述吹气件与所述第一过滤组件和所述第二过滤组件之间设置多个阀门，所述吹气件通过所述多个阀门选择性地连通所述第一过滤组件和所述第二过滤组件。

5.如权利要求1所述的气体过滤装置，其特征在于，所述气体过滤装置包括第三过滤组件，所述第一过滤组件与所述第三过滤组件串联，所述第三过滤组件用于进一步过滤从所述第一滤芯流出的气体。

6.如权利要求5所述的气体过滤装置，其特征在于，所述气体过滤装置包括测氧仪，设置在所述第三过滤组件上，所述测氧仪用于检测气体中的氧含量。

7.如权利要求1所述的气体过滤装置，其特征在于，所述第一过滤组件包括第一杂质收集舱，设置在所述第一过滤舱底部，所述第一杂质收集装置用于暂存所述第一滤芯上掉落的杂质。

8.如权利要求1所述的气体过滤装置，其特征在于，所述第一过滤组件包括第一压差检测器，用于检测所述第一过滤舱与常压管道之间的压力差，当所述第一压差检测器检测的结果大于或等于一预设值时，所述第一过滤组件与所述三维打印装置断开，所述反向吹气装置与所述第一过滤组件连通并对所述第一过滤组件吹气。

9.如权利要求1所述的气体过滤装置，其特征在于，所述第一过滤舱下部还设置连通所述气体过滤装置外部的管道，用于排出所述反向吹气装置输送的气体。

10.一种三维打印系统，其特征在于，包括三维打印装置和如权利要求1-9任一项所述的气体过滤装置，所述气体过滤装置用于对三维打印装置的待过滤气体进行过滤。

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