CN112721153A - 一种增材制造粉末自动回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增材制造粉末自动回收装置及方法，装置包括集成粉末清理头、吸气管、吹气管、旋风分离器、粉末回收罐以及气体压力泵；所述集成粉末清理头包括吸气头以及多个吹气头，吸气头通过吸气管与旋风分离器的进气口连接，吹气头通过吹气管与气体压力泵的出气口连接，旋风分离器出气口与气体压力泵进气口连接，旋风分离器底部设有排料口，通过所述排料口旋风分离器与粉末回收罐连接。本发明通过集吸气与吹气于一体的粉末清理头可将成型平面的粉末及打印零件表面的粘附粉末进行有效清理回收，其中吹气使粉末扬起并更容易被吸入粉末回收系统，提高粉末回收效率，吸气可将粉末吸入粉末回收系统进行回收筛分。

Description

一种增材制造粉末自动回收装置及方法

技术领域

本发明属于増材制造技术领域，具体涉及一种增材制造粉末自动回收装置及方法。

背景技术

激光选区熔化成型技术是一种基于粉末进行成型的增材制造技术，由于可直接制造复杂形状、高精度等而被广泛应用。粉末回收问题一直是激光选区熔化成型技术难以解决的问题之一，并随着该技术的广泛应用而日益突出，成为该技术大规模、产业化生产的阻碍。目前采用的人工回收方式不仅过程繁琐、效率低下，同时难以将设备内的粉末全部有效回收，甚至残留粉末只能通过吸尘器清除并造成直接浪费。另外，现有人工回收方式使粉末与人体直接接触，长此以往会对操作人员的健康容易造成一定程度的损害。

现有大部分技术文献提出的粉末回收方式或装置仅对整个设备的粉末进行回收，可操作自由度低，难以对零件表面粘附粉末进行清理回收。而零件表面的粘附粉末的扬起可对空气造成污染，影响人体健康，同时粘附粉末的流失在一定程度上造成浪费。另外，现有粉末回收装置的筛网需要定期进行人工清理，这不仅影响生产效率，甚至清理过程会导致大量粉尘扬起造成空气污染，影响人体健康。因此，在现阶段的增材制造领域，急需解决粉末回收问题的合适方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种增材制造粉末自动回收装置与方法，装置通过集吸气与吹气于一体的粉末清理头可将成型平面的粉末及打印零件表面的粘附粉末进行有效清理回收，其中吹气使粉末扬起并更容易被吸入粉末回收系统，提高粉末回收效率，吸气可将粉末吸入粉末回收系统进行回收筛分。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种增材制造粉末自动回收装置，包括集成粉末清理头、吸气管、吹气管、旋风分离器、粉末回收罐以及气体压力泵；

所述集成粉末清理头包括吸气头以及多个吹气头，吸气头通过吸气管与旋风分离器的进气口连接，吹气头通过吹气管与气体压力泵的出气口连接，旋风分离器出气口与气体压力泵进气口通过气体导管连接，旋风分离器底部设有排料口，通过所述排料口旋风分离器与粉末回收罐连接；

所述自动回收装置工作时，气体压力泵产生气流并从吹气口吹出，气流使粉末扬起，吸气头吸入携带粉末的气体进入旋风分离器，旋风分离器分离气体与粉末，粉末通过排料口进入粉末回收罐，完成粉末回收。

进一步的，所述集成粉末清理头设置在增材制造设备的密闭成型室内；

所述集成粉末清理头的吸气口设置在集成粉末清理头的中部，贯穿集成粉末清理头，所述吹气口设置在吸气口外部周围。

进一步的，所述气体压力泵支持正反输出，实现进气口与出气口互换，气体压力泵反向输出用于清理筛网过滤器。

进一步的，所述气体压力泵两端设有惰性气体气源，用于补充回路中的气体，保持气压稳定，惰性气体气源通过气体管道分别与气体压力泵的进气口和出气口连接，且两分支气路均设置有电磁阀，用于在气压压力泵正反输出时控制惰性气体气源进入气压压力泵的进气口。

进一步的，所述旋风分离器与粉末回收罐之间还设有粉末筛分系统，所述粉末筛分系统设有用于为粉末筛选提供动力的振动电机以及不同孔径的筛网，粉末筛分系统上端通过开关阀与旋风分离器的排料口连接，下端通过开关阀与粉末回收罐连接。

进一步的，所述旋风分离器与气体压力泵之间还设有筛网过滤器，用于进一步分离残留的粉末，所述分离筛网过滤器的进气口与旋风分离器的出气口通过气体导管连接，分离筛网过滤器的出气口与气体压力泵的进气口通过气体导管连接；所述分离筛网过滤器底部设有排料口，排料口通过开关阀连接粉末回收罐。

进一步的，所述粉末筛分系统的筛网孔径范围为50-80微米；所述筛网过滤器中的筛网孔径范围为10-30微米。

本发明还包括基于提供的粉末自动回收装置的粉末自动回收方法，包括以下步骤：

增材制造完成，粉末自动回收装置开始工作，气体压力泵处于正向输出工作状态并产生气流；

密闭成型室内，集成粉末清理头的吹气口吹出气流，粉末被气流扬起并被吸气口吸入；

携带粉末的气体沿吸气管进入旋风分离器，在离心力与重力的作用下，部分粉末沿底部排料口进入粉末筛分系统进行筛分后进入粉末回收罐；

从旋风分离器的出气口排出气体沿气体导管进入筛网过滤器，在气压的作用下经过筛网进一步分离气体与粉末，粉末从筛网过滤器底部的排料口进入粉末回收罐；

不携带粉末的气体进入气体压力泵，惰性气体气源与气体压力泵的进气口连接气路的电磁阀开启，惰性气体气源与气体压力泵的出气口连接气路的电磁阀关闭，惰性气体进入粉末自动回收装置循环气路补充气体。

进一步的，所述气体压力泵处于反向输出工作状态时，用于清理筛网过滤器，气体在粉末自动回收装置循环气路中流动方向相反，所述集成粉末清理头的吹气口与进气口互换，所述旋风分离器、筛网过滤器以及气体压力泵的进气口与出气口互换，并且旋风分离器与粉末筛分系统之间的开关阀以及筛网过滤器与粉末回收罐之间的开关阀关闭。

进一步的，粉末回收过程中，所述集成粉末清理头通过人为操控实现自由移动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明可针对粘附在零件表面的粉末进行清理回收，防止取出零件时其表面的粉末扬起造成空气污染，损害人体健康；同时零件表面粘附粉末的回收可一定程度上减少粉末的浪费。

2、本发明具有集成吹气与吸气于一体的粉末清理头，一方面，吹气使粉末扬起，使粉末更易于被吸走，提高粉末回收效率；另一方面，充分利用循环回路的吹气以平衡回路中的气压，防止回路中形成负压。

3、本发明的粉末回收系统具有双级分离，保证粉末回收效果，一级分离采用旋风分离器可快速将绝大部分粉末与气体分离，提高分离效率，二级分离采用筛网过滤器，保证循环气体的清洁性。

4、本发明的粉末回收系统具有粉末清理回收功能和反向气压清理功能，反向清理功能可使粘附在二级分离-筛网过滤器上的掉落，防止粉末堵塞筛网，不仅提高粉末回收效率，还可以提高筛网使用寿命。

附图说明

图1是本发明装置在使用粉末清理回收功能时的结构示意图；

图2是本发明装置在使用反向气压清理功能时的结构示意图；

图3是集成粉末清理头的结构示意图；

图4a是集成粉末清理头的吹气口为3个的结构示意图；

图4b是集成粉末清理头的吹气口为6个的结构示意图；

图4c是集成粉末清理头的吹气口为环状孔的结构示意图；

附图标号说明：1-成型平面；2-粉末；3-集成粉末清理头；4-吹气管；5-吸气管；6-成型室；7-旋风分离器出气口；8-旋风分离器进气口；9-旋风分离器；10-第一开关阀；11-粉末筛分系统；12-第二开关阀门；13-一级粉末回收罐；14-筛网过滤器进气口；15-筛网过滤器出气口；16-筛网过滤器；17-第三开关阀门；18-二级粉末回收罐；19-气体压力泵进气口；20-气体压力泵出气口；21-气体压力泵；22-第一电磁阀；23-第二电磁阀；24-惰性气体气源；A-吸气口；B-吹气口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，一种增材制造粉末自动回收装置，包括集成粉末清理头3、吸气管5、吹气管4、旋风分离器9、筛网过滤器16、粉末筛分系统11、一级粉末回收罐13、二级粉末回收罐18、第一开关阀门10、第二开关阀门12、第三开关阀门17、气体压力泵21、第一电磁阀22、第二电磁阀23、惰性气体气源24以及气体导管。

在本实施例中，集成粉末清理头的吸气口A通过吸气管5与旋风分离器进气口8连接，旋风分离器出气口7通过气体导管与筛网过滤器进气口14连接，筛网过滤器出气口15通过气体导管与气体压力泵进气口19连接，气体压力泵出气口20通过吹气管4与集成粉末清理头吹气口B连接；各部件形成一个循环回路，粉末2在气体循环作用下完成粉末分离与回收、粉末筛分，实现粉末回收利用目的，吹气与吸气共同工作有利于平衡密闭成型室内的气压。

在本实施例中，旋风分离器9以及筛网过滤器16的底部设有排料口，旋风分离器9的排料口通过第一开关阀10与粉末筛分系统11的上端相连，粉末筛分系统11的底端通过第二开关阀12连接一级粉末回收罐13；筛网过滤器16的排料口通过第三开关阀门17与二级粉末回收罐18相连。

在本实施例中，惰性气体气源24连接在气体压力泵21的两端，与气体压力泵进气口19和气体压力泵出气口20相连，并在两气路分别设置第一电磁阀22和第二电磁阀23。惰性气体气源24用于补充整个回路中的气体，保持气压稳定；第一电磁阀22和第二电磁阀23用于在气体压力泵正反输出时控制惰性气体气源进入气体压力泵的进气口。

在本实施例中，如图3所示，所述集成粉末清理头的吸气口位于头部中心位置，吹气口则分布在吸气口外部周围，吸气口和吹气口为圆形，吹气口分布在吸气口外围，数量为3个以上。如图4a、图4b所示，可为3孔或6孔；如图4c所示，吹气口也可为环状孔。

在本实施例中，所述粉末筛分系统可以装配具有不同孔径大小的筛网，得到特定直径大小的粉末颗粒，粉末筛分系统配备的振动电机可为粉末筛选提供动力。粉末筛分系统的筛网孔径为50-80微米；筛网过滤器中的筛网孔径为10-30微米。

在更换粉末筛分系统的筛网时，所述第一开关阀门可以关闭，防止旋风分离器内的残留粉末漏出；在提取一级粉末回收罐内的粉末时，所述第二开关阀门可以关闭，防止粉末筛分系统内的残留粉末漏出；在提取二级粉末回收罐内的粉末时，与筛网过滤器连接的第三开关阀门可以关闭，以防止筛网过滤器内的残留粉末漏出。一级粉末回收罐和二级粉末回收罐内的粉末均可直接用于激光选区熔化成型。

在本实施例中，所述集成粉末清理头置于激光选区熔化成型设备的密闭成型室6内，操作人员可通过配备的成型腔内的隔离舱手套手持集成粉末清理头自由移动进行粉末清理回收。

所述气体压力泵可正反输出，即可实现进气口与出气口互换，气体压力泵的反向输出用于实现反向气压清理功能，如图2所示。

基于上述实施例的粉末自动回收方法，包括以下步骤：

S1、增材制造成型过程完成后，在成型室处于密闭情况下，粉末自动回收装置开始工作，气体压力泵处于正向输出工作状态并产生气流。

S2、成型室内的成型平面1上的粉末在吹气头吹出气流的作用下扬起，吸气口吸入携带粉末的气体并进入吸气管。

S3、携带粉末的气体经过吸气管进入旋风分离器，在离心力与重力的作用下，较重的粉末沿底部排料口排出，进入粉末筛分系统进行筛分后进入一级粉末回收罐；较轻的气体则从中间向上的出气口排出，经过一级分离实现了绝大部分粉末与气体的分离。

S4、从旋风分离器出气口排出的气体进入筛网过滤器，在气压作用下经过筛网进行二级分离，未能通过筛网的细小粉末颗粒从筛网过滤器的排料口排出，由二级粉末回收罐进行收集。

S5、从筛网过滤器出气口排出的清洁气体进入处于正向输出状态下的气体压力泵，此时惰性气体气源两端的第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，惰性气体从第一电磁阀进入循环回路补充气体；从气体压力泵出气口排出的气体进入吹气管。

S6、重复步骤S1至S5，直至增材制造粉末回收完毕。

在本实施例中，如图1所示，在气体压力泵正向输出时，进行粉末清理回收功能：

第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，惰性气体气体进入气体压力泵的进气端。

如图2所示，气体压力泵反向输出，进行反向气压清理功能，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，惰性气体气体同样进入气体压力泵的进气端。同时，第一开关阀门以及第三开关阀门关闭。

本发明通过集吸气与吹气于一体的粉末清理头可将成型平面的粉末及打印零件表面的粘附粉末进行有效清理回收，其中吹气使粉末扬起并更容易被吸入粉末回收系统，提高粉末回收效率，吸气可将粉末吸入粉末回收系统进行回收筛分，吹气与吸气共同工作有利于平衡封闭成型室内的气压。同时，该粉末回收装置采用双级分离，一级旋风分离可迅速、高效分离绝大部分粉末和气体，二级筛网过滤分离可进一步有效过滤气体中的细小粉末颗粒，以保证获得干净的吹气气体。装置还具备反向气压功能以清理筛网，可有效防止二级筛网堵塞，提高过滤效率及筛网使用寿命。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，包括集成粉末清理头、吸气管、吹气管、旋风分离器、粉末回收罐以及气体压力泵；

所述集成粉末清理头包括吸气头以及多个吹气头，吸气头通过吸气管与旋风分离器的进气口连接，吹气头通过吹气管与气体压力泵的出气口连接，旋风分离器出气口与气体压力泵进气口通过气体导管连接，旋风分离器底部设有排料口，通过所述排料口旋风分离器与粉末回收罐连接；

所述自动回收装置工作时，气体压力泵产生气流并从吹气口吹出，气流使粉末扬起，吸气头吸入携带粉末的气体进入旋风分离器，旋风分离器分离气体与粉末，粉末通过排料口进入粉末回收罐，完成粉末回收。

2.根据权利要求1所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述集成粉末清理头设置在增材制造设备的密闭成型室内；

所述集成粉末清理头的吸气口设置在集成粉末清理头的中部，贯穿集成粉末清理头，所述吹气口设置在吸气口外部周围。

3.根据权利要求1所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述气体压力泵支持正反输出，实现进气口与出气口互换，气体压力泵反向输出用于清理筛网过滤器。

4.根据权利要求3所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述气体压力泵两端设有惰性气体气源，用于补充回路中的气体，保持气压稳定，惰性气体气源通过气体管道分别与气体压力泵的进气口和出气口连接，且两分支气路均设置有电磁阀，用于在气压压力泵正反输出时控制惰性气体气源进入气压压力泵的进气口。

5.根据权利要求4所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述旋风分离器与粉末回收罐之间还设有粉末筛分系统，所述粉末筛分系统设有用于为粉末筛选提供动力的振动电机以及不同孔径的筛网，粉末筛分系统上端通过开关阀与旋风分离器的排料口连接，下端通过开关阀与粉末回收罐连接。

6.根据权利要求4或5所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述旋风分离器与气体压力泵之间还设有筛网过滤器，用于进一步分离残留的粉末，所述分离筛网过滤器的进气口与旋风分离器的出气口通过气体导管连接，分离筛网过滤器的出气口与气体压力泵的进气口通过气体导管连接；所述分离筛网过滤器底部设有排料口，排料口通过开关阀连接粉末回收罐。

7.根据权利要求6所述的一种增材制造粉末自动回收装置，其特征在于，所述粉末筛分系统的筛网孔径范围为50-80微米；所述筛网过滤器中的筛网孔径范围为10-30微米。

8.基于权利要求1所述粉末自动回收装置的粉末自动回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

增材制造完成，粉末自动回收装置开始工作，气体压力泵处于正向输出工作状态并产生气流；

密闭成型室内，集成粉末清理头的吹气口吹出气流，粉末被气流扬起并被吸气口吸入；

携带粉末的气体沿吸气管进入旋风分离器，在离心力与重力的作用下，部分粉末沿底部排料口进入粉末筛分系统进行筛分后进入粉末回收罐；

从旋风分离器的出气口排出气体沿气体导管进入筛网过滤器，在气压的作用下经过筛网进一步分离气体与粉末，粉末从筛网过滤器底部的排料口进入粉末回收罐；

不携带粉末的气体进入气体压力泵，惰性气体气源与气体压力泵的进气口连接气路的电磁阀开启，惰性气体气源与气体压力泵的出气口连接气路的电磁阀关闭，惰性气体进入粉末自动回收装置循环气路补充气体。

9.根据权利要求8所述的粉末自动回收方法，其特征在于，所述气体压力泵处于反向输出工作状态时，用于清理筛网过滤器，气体在粉末自动回收装置循环气路中流动方向相反，所述集成粉末清理头的吹气口与进气口互换，所述旋风分离器、筛网过滤器以及气体压力泵的进气口与出气口互换，并且旋风分离器与粉末筛分系统之间的开关阀以及筛网过滤器与粉末回收罐之间的开关阀关闭。

10.根据权利要求8所述的粉末自动回收方法，其特征在于，粉末回收过程中，所述集成粉末清理头通过人为操控实现自由移动。

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