CN112742118B - 一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器 - Google Patents

一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器，用于解决现有真空过滤器存在清洗繁琐、抽真空效率较低、使用寿命较低以及存在安全隐患的问题。该真空过滤器包括外筒和过滤组件；外筒的一端设置有与其内腔相连通的进气通道，另一端设置有其内腔相连通的出气通道，筒壁上设置有与其内腔相连通的出粉通道；过滤组件设置在外筒内，包括进气挡板、m个环形挡板和n个支板；进气挡板和m个环形挡板沿进气通道至出气通道的方向依次设置，且中心线同轴；支板的一端固定设置在外筒内壁上，且与外筒内壁之间设置有过粉通道，另一端分别与进气挡板、环形挡板连接，用于支撑进气挡板和环形挡板。

Description

一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器。
背景技术
电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造技术采用电子束作为能量源，在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高，使得其制件具有致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、粉末耗材价格低、未成型的粉末可回收利用、打印效率高、材料利用率高等特点，在医疗、航空航天等领域得到应用广泛。
在打印过程中，若要保证设备正常工作，EBSM的成型室必须为高真空环境。目前，一般采用真空系统对成型室抽真空，从而使成型室在工作时保持高真空状态，进而使电子束选区熔化(EBSM)设备正常工作。因此，真空系统是EBSM设备正常工作的基础。
现有真空系统均设置有真空过滤器，真空过滤器内设置有滤袋或滤网等部件，通过滤袋或滤网对空气中的粉尘进行收集，进而达到过滤的目的。但是，此类过滤装置存在以下问题：1)工作时粉尘会滞留在滤袋或滤网内，打印工作完成后，需要将相关部件拆卸，取出滤袋或滤网进行清理灰尘等工作，使得过滤器的清洗工作比较繁琐，清洗效率较低；2)滤袋或滤网使用一段时间后会挂满粉尘，粉尘将气流通道堵塞，影响气流通过，从而影响抽真空效率，进而影响大尺寸电子束选区熔化(EBSM)设备的打印效率；3)打印过程中产生的粉尘容易快速燃烧，留在滤袋或滤网内部存在一定的安全隐患；4)由于滤袋或滤网的存在，使得过滤器寿命较低，需经常换过滤器，增加了打印成本。
发明内容
本发明的目的是解决现有真空过滤器存在清洗繁琐、抽真空效率较低、使用寿命较低以及存在安全隐患的问题，从而提供一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器，包括外筒和过滤组件；所述外筒的一端设置有与其内腔相连通的进气通道，另一端设置有其内腔相连通的出气通道，筒壁上设置有与其内腔相连通的出粉通道；所述过滤组件设置在外筒内，包括进气挡板、m个环形挡板和n个支板，其中，m为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数，设定外筒内腔的中心线为Z方向，进气挡板所在平面为XY平面；所述进气挡板和m个环形挡板沿进气通道至出气通道的方向依次设置，且中心线同轴，同时，各挡板在XY平面上的投影尺寸依次增大，且各挡板之间的间隔依次减小；所述进气挡板在XY平面上的投影尺寸小于进气通道的尺寸，大于第一个环形挡板的内孔尺寸；所述第m-1个环形挡板在XY平面上的投影尺寸大于第m个环形挡板的内孔在XY平面上的投影尺寸，且最后一个环形挡板在XY平面上的投影尺寸大于出气通道的尺寸；所述支板的一端固定设置在外筒内壁上，且与外筒内壁之间设置有过粉通道，另一端分别与进气挡板、环形挡板连接，用于支撑进气挡板和环形挡板。
进一步地，所述进气挡板为圆形挡板，所述环形挡板为圆环挡板，且m个圆环挡板与圆形挡板同轴设置。
进一步地，所述进气挡板与第一个环形挡板的距离T1＝(D2 2-D1 2)/d2，其中，D1为进气挡板的外径；D2为第一个环形挡板的外径；d2为第一个环形挡板的内径；第m-1个环形挡板与第m个环形挡板之间的间距T2＝(D2m 2-D1m 2)/d2m，其中，D1为第m-1个环形挡板的外径；D2为第m个环形挡板的外径；d2为第m个环形挡板的内径。
进一步地，所述支板的数量为三个，沿外筒的轴线均匀布置。
进一步地，所述支板的另一端设置有多个安装缺口，所述进气挡板和环形挡板分别卡接在安装缺口内，实现与支板的连接。
进一步地，所述外筒和过滤组件均采用不锈钢制作。
进一步地，所述外筒的两端分别设置有入口法兰和出口法兰，用于与外部设备连接。
进一步地，所述进气通道和出气通道的尺寸相同，且其中心线同轴设置。
进一步地，所述环形挡板的数量为4个。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果为：
1.本发明真空过滤器无需设置滤袋或滤网，避免了滤袋或滤网挂满粉尘后使气流通道堵塞的问题，使得气道中气体的流通比较流畅，从而减少了抽真空时间，提高了抽真空效率，进而提高了大尺寸电子束选区熔化(EBSM)设备的打印效率。
2.本发明真空过滤器不含滤袋或滤网，不仅使得过滤器易于清理，还可以降低更换滤袋或滤网等部件的频率，从而提高了打印效率；此外，该真空过滤器由于不包含滤袋或滤网，使得其使用寿命较长，同时还避免了滤袋或滤网带来的安全隐患。
3.本发明真空过滤器由内外两部分组成，外部包括中间外筒，内部为一组尺寸不同的环形挡板和一个进气挡板，内部与外部连接通过多个沿圆周均布的支板与外筒固定，使得该过滤器结构简单、易于加工制造，加工方式灵活，可焊、可锻、可3d打印。
附图说明
图1为本发明用于电子束3d打印系统的真空过滤器的结构示意图；
图2为本发明真空过滤器中多个环形挡板的安装示意图；
图3为本发明真空过滤器中出粉通道的布置示意图；
图4为本发明真空过滤器中支板的安装示意图；
图5为本发明真空过滤器的剖视图；
图6为本发明真空过滤器中支板的结构示意图。
附图标记：1-外筒，2-进气挡板，3-环形挡板，4-支板，11-进气通道，12-出气通道，13-出粉通道，14-入口法兰，15-出口法兰，41-过粉通道，42-安装缺口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器，该真空过滤器用于大尺寸电子束选区熔化(EBSM)设备中，对真空中的分子起到隔离作用，防止真空打印室内的金属粉尘进入真空系统，可有效过滤真空打印室中的粉尘。该过滤器无需使用过滤网或过滤袋等部件，使得气道中气体的流通比较流畅，从而提高了抽真空效率；同时，由于该过滤器中未设置过滤网，避免了频繁更换过滤网或滤袋。因此，与现有的过滤器相比，具有不容易堵、易于清理、寿命长等特点。
如图1至图4所示，本发明用于电子束3d打印系统的真空过滤器包括外筒1和过滤组件；外筒1的一端设置有与其内腔相连通的进气通道11，另一端设置有其内腔相连通的出气通道12，筒壁上设置有与其内腔相连通的出粉通道13，此时，可将进气通道11和出气通道12设置为相同的尺寸，且两者其中心线同轴。过滤组件设置在外筒1内，包括进气挡板2、m个环形挡板3和n个支板4，其中，m为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数，设定外筒内腔的中心线为Z方向，进气挡板2所在平面为XY平面；进气挡板2和m个环形挡板3沿进气通道11至出气通道12的方向依次设置，且中心线同轴，同时，各挡板在XY平面上的投影尺寸依次增大，且各挡板之间的间隔依次减小。此时，要求进气挡板在XY平面上的投影尺寸小于进气通道的尺寸，大于第一个环形挡板的内孔尺寸；第m-1个环形挡板在XY平面上的投影尺寸大于第m个环形挡板的内孔在XY平面上的投影尺寸，且最后一个环形挡板在XY平面上的投影尺寸大于出气通道的尺寸；支板4的一端固定设置在外筒1内壁上，且与外筒1内壁之间设置有过粉通道41，另一端分别与进气挡板2、环形挡板3连接，用于支撑进气挡板2和环形挡板3。
本发明各挡板尺寸根据需求进行设置，其内外径尺寸应保证所有通过的粉尘颗粒均有机会撞到挡板或支板4，同时还需保证气道通畅。各挡板之间的距离需要计算，计算原则是气流通过每个板时的流通量相等。气流通过状态如图5所示，气流从进气通道11进入，依次通过各挡板之间的间隙和各环形挡板3的内孔从出气通道12流出，此结果充分保证气流流通顺畅，并挡住粉尘。实际设计中可根据不同相关件尺寸及气流大小设计成不同规格的过滤器。为了满足气流均匀流动，进气挡板2与第一个环形挡板3的距离T1＝(D2 2-D1 2)/d2，其中，D1为进气挡板2的外径；D2为第一个环形挡板3的外径；d2为第一个环形挡板3的内径；第m-1个环形挡板3与第m个环形挡板3之间的间距T2＝(D2m 2-D1m 2)/d2m，其中，D1为第m-1个环形挡板3的外径；D2为第m个环形挡板3的外径；d2为第m个环形挡板3的内径，在本发明实施例中，进气挡板2与环形挡板3之间的距离为40mm。
由于本发明过滤器在真空环境使用，各部件材料全部为不锈钢，内部件粗糙度为1.6，避免粉尘挂落滞留其上。同时，在外筒1的两端分别设置有入口法兰14和出口法兰15，用于与外部设备连接。
本发明真空过滤器适应性强，尺寸可灵活可变，可根据相关连接件确定入口法兰14、出口法兰15尺寸。环形挡板3和支板4的数量可根据需求进行相应的设置。在本发明实施例中，支板4的数量为三个，沿外筒1的轴线圆周均布，环形挡板3的数量为4个。同时，进气挡板2和环形挡板3的形状也可灵活设置，例如圆形、菱形，矩形等，在本发明实施例中，进气挡板2为圆形挡板，环形挡板3为圆环挡板，且圆环挡板与圆形挡板同轴设置。
本发明过滤器由外部和内部两部分组成，外部主要由入口法兰14、出口法兰15及中间外筒1组成，中间外筒1下部设有出粉通道13；内部为一组尺寸不同的环形挡板3和一个进气挡板2，内部与外部通过三个沿圆周均布的支板4连接。此种设置使得过滤器结构简单、易于加工制造，加工方式灵活可焊、可锻、可3d打印。在本发明实施例中，该过滤器为焊接件，两端连接法兰通过中间外筒1连接起来，内部为一组尺寸不同的圆环挡板和一个圆形挡板，圆形挡板、圆环挡板通过支板4与外筒1固定，圆环挡板数量为四个，四个圆环挡板的内、外径沿着气体流通方向依次增大，且第一个圆环挡板的外径大于第二个圆环挡板的内孔直径，第二个圆环挡板的外径大于第三个圆环挡板的内孔直径，第三个圆环挡板的外径大于第四个圆环挡板的内孔直径。
如图6所示，支板4不经用于固定内外部分，还可起到使粉尘颗粒沿其表面下落、从下部过粉通道41通过的导向作用。其一端的两侧设置有焊接处，与外筒1的内壁相焊接为一体(或直接打印为一体)，中间部分留5mm间隙，使落下的粉尘颗粒在此顺利通过后落入出粉通道13。为使颗粒不粘附在支板4上，支板4的表面应设置为光滑平面。此外，可在支板4的另一端设置有四个安装缺口42，进气挡板2和环形挡板3分别卡接在安装缺口42内，实现与支板4的连接。
本发明过滤器结构简单、寿命长，应用于电子束选区熔化(EBSM)制造设备的真空室与真空系统之间，有效保证真空系统零部件不受污染，能正常工作。该真空过滤器的原理为：利用真空中粉尘颗粒相互间碰撞几率小而碰到固体几率大的原理进行设计，当气流通过一组挡板时，粉尘颗粒撞击挡板后其动能被挡板吸收，使其失去动量而自由落下，落下的粉尘颗粒最后落入出粉通道13，当打印结束后，清除粉尘即可。
基于上述结构，本发明过滤器具有以下特点：1)该过滤器易于加工制造，加工方式灵活可焊、可锻、可3d打印；2)该过滤器不使用滤袋或滤网，所以不影响气道的流通；3)该过滤器结构简单，由内外两部分组成，外部由两端连接法兰及中间圆筒组成，内部为一组尺寸不同的圆环挡板和一个小圆挡板，内部与外部连接通过三个沿圆周均布的支板4，与圆筒固定；4)该过滤器不含滤袋或滤网，易于清理；5)该过滤器由于不考虑滤袋，所以使用寿命较长；(6)该过滤器无需经常更换滤袋或滤网等件，节省了打印时间。7)该过滤器的使用，因为减少了抽真空时间，提高了抽真空效率，使电子束打印大件称为可能。

Claims (7)

1.一种用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：包括外筒（1）和过滤组件；
所述外筒（1）的一端设置有与其内腔相连通的进气通道（11），另一端设置有其内腔相连通的出气通道（12），筒壁上设置有与其内腔相连通的出粉通道（13）；
所述过滤组件设置在外筒（1）内，包括进气挡板（2）、m个环形挡板（3）和n个支板（4），其中，m为大于等于2的整数，n为大于等于1的整数，设定外筒（1）内腔的中心线为Z方向，进气挡板（2）所在平面为XY平面；
所述进气挡板（2）和m个环形挡板（3）沿进气通道（11）至出气通道（12）的方向依次设置，且中心线同轴，同时，进气挡板（2）和m个环形挡板（3）在XY平面上的投影的外径依次增大，且进气挡板（2）和m个环形挡板（3）之间的间隔依次减小；
所述进气挡板（2）在XY平面上的投影尺寸小于进气通道（11）的尺寸，大于第一个环形挡板（3）的内孔尺寸；第m-1个所述环形挡板（3）在XY平面上的投影的外径大于第m个环形挡板（3）的内孔在XY平面上的投影尺寸，且最后一个环形挡板（3）在XY平面上的投影的外径大于出气通道（12）的尺寸；
所述支板（4）的一端固定设置在外筒（1）内壁上，且与外筒（1）内壁之间设置有过粉通道（41），另一端分别与进气挡板（2）、环形挡板（3）连接，用于支撑进气挡板（2）和环形挡板（3）；
所述进气挡板（2）为圆形挡板，所述环形挡板（3）为圆环挡板，且m个圆环挡板与圆形挡板同轴设置。
2.根据权利要求1所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述支板（4）的另一端设置有多个安装缺口（42），所述进气挡板（2）和环形挡板（3）分别卡接在安装缺口（42）内，实现与支板（4）的连接。
3.根据权利要求2所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述支板（4）的数量为三个，沿外筒（1）的轴线均匀布置。
4.根据权利要求3所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述外筒（1）和过滤组件均采用不锈钢制作。
5.根据权利要求4所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述外筒（1）的两端分别设置有入口法兰（14）和出口法兰（15），用于与外部设备连接。
6.根据权利要求5所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述进气通道（11）和出气通道（12）的尺寸相同，且其中心线同轴设置。
7.根据权利要求6所述的用于电子束3d打印系统的真空过滤器，其特征在于：所述环形挡板（3）的数量为4个。
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