CN112743106B - 一种气氛净化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种气氛净化方法，包括以下步骤：过滤组件及管路洗气步骤通过惰性气体对过滤组件以及与过滤组件连接的管路充气以排出空气；将3D打印机中的气氛通过吸气管路吸入过滤组件中进行除烟除尘处理后经吹气管路送回3D打印机中形成过滤净化回路，进行循环除烟、除尘。还提供了了一种气氛净化系统，包括过滤组件，该过滤组件通过吸气管路和吹气管路与3D打印机连接构成过滤净化循环回路；吸气管路与3D打印机的连接端设有吸气控制阀，吹气管路与3D打印机的连接端设有吹气控制阀，吸气管路和吹气管路之间通过连接管路连接，过滤组件通过进气管路连接惰性气体气源，连接管路上设有连接管路控制阀。通过过滤组件隔离烟尘得到清洁后的气体进行循环。

Description

一种气氛净化方法及系统

技术领域

本发明属于打印设备领域，涉及3D打印设备，尤其是涉及一种气氛净化方法及系统。

背景技术

目前金属3D打印主流技术都是利用激光为能量源将粉末熔融成型。当激光进行金属粉末熔化时，会伴有烟尘的产生，如果不能及时处理，这些烟尘会在热气流的扰动下附着于成形腔体内，或是弥漫于激光成型面上，造成成型区域污染，降低金属3D打印的精度及工件的质量，烟尘过多会影响激光的穿透力，导致3D 打印机烧结能力下降，也会覆盖激光系统防护镜面，导致透镜烧毁。因为金属3D打印机成型室内通常是充斥着惰性气体，防止金属粉末被氧化和形成粉尘爆炸环境，惰性气体成本较高，若直接将成型室内的烟尘排到大气中，必须同时又要不断的补入惰性气体，这才能保证成型室内的惰性气体环境，但是这样会造成惰性气体的浪费，从而提高3D打印的成本。

上述所谓的烟尘不仅含有激光烧结产生的烟气，还含有未反应的金属粉末，甚至包括一些凝固的大颗粒物质。无论何种成分，其化学活性与残余能量极高，使得捕集的烟尘具有易燃易爆性，这些物质与外界空气接触时极易发生燃烧或爆炸等反应，十分危险。对金属3D打印成型室进行气氛循环过滤，并重复利用惰性气体，很有必要。

发明内容

本申请的目的是针对上述问题，提供一气氛净化方法；

本申请的又一目的是针对上述问题，提供一种气氛净化系统；

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本申请创造性地提供了一种气氛净化方法，包括以下步骤：

过滤组件及管路洗气步骤通过惰性气体对过滤组件以及与过滤组件连接的管路充气以排出空气；

循环过滤净化步骤将3D打印机中的气氛通过吸气管路吸入过滤组件中进行除烟除尘处理后经吹气管路送回3D打印机中形成过滤净化回路，进行循环除烟、除尘。

在上述的气氛净化方法中，除烟除尘处理包括依次将气氛经一级过滤器、二级过滤器和三级过滤器进行过滤。

在上述的气氛净化方法中，一级过滤器为旋风分离器，二级过滤器为高中效过滤器，三级过滤器为高效过滤器。

在上述的气氛净化方法中，还包括打印机洗气步骤，通过惰性气体对3D打印机进行充气以排出空气。

在上述的气氛净化方法中，过滤组件洗气步骤中对过滤组件进行充气至过滤组件中氧含量低于设定值停止。

在上述的气氛净化方法中，循环过滤净化步骤中，当过滤净化循环回路中氧含量高于设定值时，恢复充入惰性气体，当过滤净化循环回路中氧含量低于设定值时，停止充入惰性气体。

在上述的气氛净化方法中，循环过滤净化步骤中，当过滤净化循环回路中气体压力高于设定值时，接通第一排气通道进行排气，当过滤净化循环回路中气体压力低于设定值时，关闭第一排气通道停止排气。

一种根据上述任一项方法的气氛净化系统，包括过滤组件，该过滤组件通过吸气管路和吹气管路与3D打印机连接构成过滤净化循环回路；

吸气管路与3D打印机的连接端设有吸气控制阀，吹气管路与3D打印机的连接端设有吹气控制阀，吸气管路和吹气管路之间通过连接管路连接，过滤组件通过进气管路连接惰性气体气源，连接管路上设有连接管路控制阀。

在上述的气氛净化系统中，过滤组件包括沿气路方向依次设置的一级过滤器、二级过滤器和三级过滤器；一级过滤器为旋风分离器，二级过滤器为高中效过滤器，三级过滤器为高效过滤器。

在上述的气氛净化系统中，还包括打印机洗气通路，该打印机洗气通路包括连接惰性气体气源和3D打印机的打印机洗气管路以及连接3D打印机的第二排气通道；

进气管路上设有进气阀，第一排气通道上设有第一排气阀，过滤组件的出口端设有风机、氧含量传感器和压力传感器，氧含量传感器与进气阀信号连接，压力传感器与第一排气阀信号连接；

二级过滤器具有多个，多个二级过滤器并联在以及过滤器和三级过滤器之间。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1)采用气氛循环过滤作为金属3D打印设备的除尘辅助装置，快速带走3D打印设备中的烟尘，并通过将过滤组件隔离烟尘，将清洁后的气体返回3D打印设备的成型腔体中，形成稳定的循环过程。

2)全程进行惰性气体保护，防止粉末被氧化，保证粉末质量，还可以预防粉尘爆炸风险。

3)针对不同成分及烟尘粒径不一的情况，采用三级过滤进行粉剂过滤，同时对收集的危险等级相异的粉尘物质采用不同的防爆处理措施，提升了滤芯的使用寿命，降低了滤芯的更换频次。

4)能够通过氧含量传感器和压力传感器提供实时监测，保证系统内氧含量保持在低浓度，压力值保持稳定。

附图说明

图1是本申请提供的框图。

图2是本申请提供的管路结构图。

图中，吸气管路11、吸气控制阀110、吹气管路12、吹气控制阀120、连接管路13、连接管路控制阀130、第一排气通道14、第一排气阀140、进气管路15、进气阀150、打印机洗气管路16、第二排气通道17、过滤组件2、风机201、氧含量传感器202、压力传感器203、一级过滤器21、二级过滤器22、三级过滤器23、 3D打印机3、惰性气体气源4。

具体实施方式

通过以下具体实施例进一步阐述；

如图1和图2所示，一种气氛净化系统，包括过滤组件2，该过滤组件2通过吸气管路11和吹气管路12与3D打印机3连接构成除尘循环回路，吸气管路11与3D打印机3的连接端设有吸气控制阀110，吹气管路12与3D打印机3的连接端设有吹气控制阀120，该吸气管路11和吹气管路12之间通过连接管路13 连接，过滤组件2通过进气管路15连接惰性气体气源4，连接管路13上设有连接管路控制阀130。

采用气氛循环过滤作为金属3D打印设备的除尘辅助装置，快速带走3D打印设备中的烟尘，并通过将过滤组件隔离烟尘，将清洁后的气体返回3D打印设备的成型腔体中，形成稳定的循环过程。

气氛净化系统中还包括打印机洗气通路，该打印机洗气通路包括连接惰性气体气源4和3D打印机3的打印机洗气管路16以及连接3D打印机3的第二排气通道17。打印机洗气管路16上设有打印机洗气阀160，对打印机进行洗气，以排出打印机中的空气，使系统中充满惰性气体，避免粉末被氧化。

第一排气通道14通过第一排气过滤装置51连接大气，该第一排气通道14上设有第一排气阀140；第二排气通道17通过第二排气过滤装置52连接大气，该第二排气通道17上设有第二排气阀170。对排出气体进行过滤处理，以保护环境。

过滤组件2包括沿气路方向依次设置的一级过滤器21、二级过滤器22和三级过滤器23。

具体而言，一级过滤器21优选为旋风分离器，过滤大颗粒粉尘。二级过滤器22优选为高中效过滤器，可选用F9级过滤器，可过滤粒径大于等于1.0μm的烟尘，过滤效率为90～99％。三级过滤器23优选为高效过滤器，可选用H13级过滤器，可过滤粒径大于等于0.5μm的烟尘，过滤效率大于等于99.99％。

一级过滤器21和三级过滤器23之间并联有多个二级过滤器 22，各二级过滤器22的上游端和下游端均设有一个一级过滤控制阀220，并且各二级过滤器22的上游端和下游端设有压差传感器 221。

在其中一种实施方式中，一级过滤器21和三级过滤器23之间并联有四个二级过滤器22，其中三个二级过滤器22上游端和下游端的一级过滤控制阀220在除尘过程中开启，另一各个二级过滤器22上游端和下游端的一级过滤控制阀220关闭作为备用，当其中一个二级过滤器22上游端和下游端的压差传感器221监测到压力差超过设定值时，启动备用的二级过滤器22，以保证除尘的稳定进行，可实现在线不停机更换，即提高了打印效率又方便清理，提高了互换性的同时也降低了使用成本。

每个二级过滤器22的出口侧分别对应连接一个反吹气包24，各反吹气包24连接惰性气体气源4。对粗滤滤芯进行反向吹扫，降低了滤芯更换频次，提高了工作效率。

进气管路15上设有进气阀150，第一排气通道14上设有第一排气阀140，过滤组件2的出口端设有风机201、氧含量传感器 202和压力传感器203，氧含量传感器202与进气阀150信号连接。压力传感器203与第一排气通道14上的第一排气阀140信号连接。通过氧含量传感器202能够用于检测系统中氧含量，当氧含量高于设定值时对进气阀150产生开启信号，进行惰性气体输入。压力传感器203能够用于检测系统中的压力值，当压力高于设定值时对第一排气阀140产生开启信号，进行排气，从而提高安全性能。

第一排气通道14连接与风机201的下游端。进气管路15连接于吸气管路11上。使气路洗气通路能够在风机201的作用下形成洗气通路，充分对过滤组件2进行清洗。

连接管路13连接吸气管路11和吹气管路12，以使吸气管路 11、过滤组件2、吹气管路12和连接管路13形成洗气回路，独立实现过滤组件2洗气步骤。

上述吸气控制阀110、吹气控制阀120、连接管路控制阀130、第一排气阀140、进气阀150、打印机洗气阀160、第二排气阀170、一级过滤控制阀220等阀门可以选用夹管阀、球阀、蝶阀、电磁阀或其他阀门。

一种基于上述系统的气氛净化方法，包括以下步骤：

S1洗气

包括过滤组件及管路洗气步骤和打印机洗气步骤，两个步骤可以同时进行也可以分别进行。

过滤组件及管路单独洗气的方法为：接通连接管路控制阀 130、进气阀150和第一排气阀140，关闭吸气控制阀110和吹气控制阀120，采用惰性气体对过滤组件2及与其连接的吸气管路11和吹气管路12进行充气以排出空气，充气至氧含量传感器202 氧含量低于设定值停止。氧含量设定值为0.05～1％VOL。

打印机单独洗气的方法为：接通打印机洗气阀160和第二排气阀170，通过惰性气体对3D打印机3进行充气以排出空气。

同时对过滤组件2和3D打印机3进行洗气的方法为：接通连接管路控制阀130、进气阀150、第一排气阀140、吸气控制阀110、吹气控制阀120、打印机洗气阀160和第二排气阀170，同时对过滤组件2和3D打印机3进行充气，以排出空气，充气至氧含量传感器202氧含量低于设定值停止。氧含量设定值为 0.05～1％VOL。

S2循环过滤净化步骤

关闭连接管路控制阀130、进气阀150和第一排气阀140，接通吸气控制阀110和吹气控制阀120，将3D打印机3中的气氛通过吸气管路11吸入过滤组件2中进行除烟除尘处理，除烟除尘处理步骤如下；

S21一级过滤

通过一级过滤器21对气氛进行一级过滤，过滤大颗粒粉尘。

S21二级过滤

经过一级过滤的气体经过二级过滤器22中进行二级过滤，过滤效率为90～99％。

S22三级过滤

经过二级过滤的气体经过三级过滤器23中进行三级过滤，过滤效率大于等于99.99％。

得到洁净气体在风机201的作用下，经吹气管路12送回3D 打印机3中完成一次循环过滤净化。

循环过滤净化步骤S2中，当过滤净化循环回路中氧含量传感器202测得氧含量高于设定值时，恢复充入惰性气体，当过滤净化循环回路中氧含量传感器202测得氧含量低于设定值时，停止充入惰性气体。氧含量设定值为0.05～1％VOL。

循环过滤净化步骤S2中，当过滤净化循环回路中压力传感器203测得气体压力高于设定值时，接通第一排气通道14进行排气，当过滤净化循环回路中压力传感器203测得气体压力低于设定值时，关闭第一排气通道14停止排气。压力设定值应当依据设备要求的安全压力进行设置。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了吸气管路11、吸气控制阀110、吹气管路12、吹气控制阀120、连接管路13、第一排气通道14、第一排气阀140、进气管路15、进气阀150、打印机洗气管路16、第二排气通道17、过滤组件2、风机201、氧含量传感器202、压力传感器203、一级过滤器21、二级过滤器22、三级过滤器23、3D 打印机3、惰性气体气源4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种气氛净化方法，其特征在于，包括以下步骤，

过滤组件及管路洗气步骤：接通连接管路控制阀（130）、进气阀（150）和第一排气阀（140），关闭吸气控制阀（110）和吹气控制阀（120），采用惰性气体对过滤组件（2）及与其连接的吸气管路（11）和吹气管路（12）进行充气以排出空气，充气至氧含量传感器（202）氧含量低于设定值停止；

打印机洗气步骤：接通打印机洗气阀（160）和第二排气阀（170），通过惰性气体对3D打印机（3）进行充气以排出空气；

循环过滤净化步骤：关闭连接管路控制阀（130）、进气阀（150）和第一排气阀（140），接通吸气控制阀（110）和吹气控制阀（120），将3D打印机（3）中的气氛通过吸气管路（11）吸入过滤组件（2）中进行除烟除尘处理，经吹气管路（12）送回3D打印机（3）中形成过滤净化回路；

过滤组件及管路洗气步骤和打印机洗气步骤分别进行；

所述气氛净化方法采用气氛净化系统，气氛净化系统包括过滤组件（2）和打印机洗气通路，

所述过滤组件（2）通过吸气管路（11）和吹气管路（12）与3D打印机（3）连接构成过滤净化循环回路；吸气管路（11）与3D打印机（3）的连接端设有吸气控制阀（110），吹气管路（12）与3D打印机（3）的连接端设有吹气控制阀（120），吸气管路（11）和吹气管路（12）之间通过连接管路（13）连接，所述过滤组件（2）通过进气管路（15）连接惰性气体气源（4），所述连接管路（13）上设有连接管路控制阀（130）；

所述打印机洗气通路包括连接惰性气体气源（4）和3D打印机（3）的打印机洗气管路（16）以及连接3D打印机（3）的第二排气通道（17）； 打印机洗气管路（16）上设有打印机洗气阀（160），第二排气通道（17）上设有第二排气阀（170）；

所述进气管路（15）上设有进气阀（150），所述过滤组件（2）的出口端设有风机（201）、氧含量传感器（202）和压力传感器（203），风机（201）的下游端连接有第一排气通道（14），第一排气通道（14）上设有第一排气阀（140），所述氧含量传感器（202）与进气阀（150）信号连接，所述压力传感器（203）与第一排气阀（140）信号连接。

2.如权利要求1所述的气氛净化方法，其特征在于：所述过滤组件（2）包括沿气路方向依次设置的一级过滤器（21）、二级过滤器（22）和三级过滤器（23）；所述除烟除尘处理包括依次将气氛经一级过滤器（21）、二级过滤器（22）和三级过滤器（23）进行过滤。

3.如权利要求2所述的气氛净化方法，其特征在于：所述一级过滤器（21）为旋风分离器，所述二级过滤器（22）为高中效过滤器，所述三级过滤器（23）为高效过滤器。

4.如权利要求1所述的气氛净化方法，其特征在于：所述循环过滤净化步骤中，当过滤净化循环回路中氧含量高于设定值时，恢复充入惰性气体，当过滤净化循环回路中氧含量低于设定值时，停止充入惰性气体。

5.如权利要求1所述的气氛净化方法，其特征在于：所述循环过滤净化步骤中，当过滤净化循环回路中气体压力高于设定值时，接通第一排气通道（14）进行排气，当过滤净化循环回路中气体压力低于设定值时，关闭第一排气通道（14）停止排气。

Images