CN112808702A - 3d打印机烟尘吹扫系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3D打印机烟尘吹扫系统，包括：成型仓，成型仓包括仓体，仓体的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口，位于上方的吹扫风口的吹扫方向对齐于保护镜的出光处，位于下方的吹扫风口的吹扫方向对齐于熔化成型平台的上方空间；送风系统，送风系统包括供气管以及气流分配器，气流分配器包括主流管，主流管的进气端连通于供气管的出气端，主流管的出气端分叉并延伸出两个支流管，两个支流管与两个吹扫风口一一对应，并且每个支流管通过一个扩散匀流器密封连通于对应的吹扫风口。本发明既能避免烟尘附着到保护镜的表面，又能避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印机烟尘吹扫系统。
背景技术
金属增材制造主要涉及激光立体成型、选择性激光熔化成型、激光成型修复、增材制造装备制造等技术。采用增材制造技术可以实现航空、汽车制造、模具加工等领域的金属结构件直接成型制造，因而在航空、航天、能源化工、汽车制造、模具加工、医疗等领域具有广泛的应用和需求。在采用选区激光熔化成型设备进行金属零部件成型过程中，成型室内光学元件保护镜片的清洁对于成型件的质量和精度具有重要影响。
在SLM(Selective laser melting，即选择性激光熔化)系列金属3D打印设备中，成型室内的金属粉末都是微米级，在铺粉过程中，金属粉末落下过程会产生一定程度的扬起，部分粉末会附着在光学元件的保护镜片上；再者打印过程中由于激光烧结会产生烟尘，部分烟尘也会附着在保护镜片上。因此，设备长时间工作，光学元件保护镜片会由于粉末和/或烟尘的附着而变脏，从而影响设备的光学质量参数，影响最终的成型件精度和质量。
目前，SLM设备采用的保护镜片清扫方法基本上都是通过氩气环形吹至保护镜片，以减少工作过程中金属粉末和烧结产生的烟尘附着在保护镜片上。然而，氩气环形吹扫效果不太理想，保护镜片仍然需要操作人员定期擦拭清理；为了保持较好的清洁效果，需要氩气在工作过程中始终保持开启，气体用量较大；如果加工零部件尺寸较大时，需要较长周期。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种3D打印机烟尘吹扫系统，既能避免烟尘附着到保护镜的表面，又能避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印机烟尘吹扫系统，包括：
成型仓，成型仓包括仓体，仓体的顶壁处设有允许激光透过的保护镜，仓体的底壁处设有熔化成型平台，仓体的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口，位于上方的吹扫风口的吹扫方向对齐于保护镜的出光处，位于下方的吹扫风口的吹扫方向对齐于熔化成型平台的上方空间；
送风系统，送风系统包括供气管以及气流分配器，供气管延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，气流分配器包括主流管，主流管延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，主流管的进气端连通于供气管的出气端，主流管的出气端分叉并延伸出两个支流管，两个支流管与两个吹扫风口一一对应，并且每个支流管通过一个扩散匀流器密封连通于对应的吹扫风口。
优选地，所述扩散匀流器包括扩散管，扩散管的通流截面积沿气流方向逐渐变大，扩散管内设有呈扇形辐射状分布的多个分流板以将扩散管的内腔划分成多个流道，扩散管的大口端具有与仓体连接的气密法兰，扩散管的小口端具有与支流管连接的对接口。
优选地，所述吹扫风口呈长条状并且水平延伸，所述扩散管的大口端呈扁口状并且与吹扫风口相适配。
优选地，所述扩散管和气密法兰之间设有加强筋。
优选地，所述3D打印机烟尘吹扫系统还包括气流净化器，气流净化器具有进气口和出气口，气流净化器的出气口连通于供气管的进气端。
优选地，所述气流净化器包括风机，风机与供气管管路连通。
优选地，所述供气管和主流管之间设有过渡衔接管。
优选地，所述仓体上还设有第一匀风板和第二匀风板，第一匀风板设置在位于上方的吹扫风口上，第二匀风板设置在位于下方的吹扫风口上。
优选地，所述第一匀风板具有第一吹扫孔，第一吹扫孔呈长条状并且水平延伸；所述第二匀风板具有第二吹扫孔，第二吹扫孔呈圆形并且均匀分布。
优选地，两个所述支流管的流通截面积不同。
如上所述，本发明的3D打印机烟尘吹扫系统，具有以下有益效果：在上述3D打印机烟尘吹扫系统中，仓体的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口，位于上方的吹扫风口的吹扫方向对齐于保护镜的出光处，位于下方的吹扫风口的吹扫方向对齐于熔化成型平台的上方空间；气流分配器包括主流管，主流管的进气端连通于供气管的出气端，主流管的出气端分叉并延伸出两个支流管，两个支流管与两个吹扫风口一一对应，并且每个支流管通过一个扩散匀流器密封连通于对应的吹扫风口。如此设置，在3D打印机运行过程中，首先，供气管内的气流在流经主流管之后分成两股气流对应流入两个支流管内；接着，气流在扩散匀流器的扩散分配作用下流至吹扫风口；最后，由位于上方的吹扫风口均匀喷射而出的气流吹向保护镜的出光处，避免烟尘附着到保护镜的表面；由位于下方的吹扫风口均匀喷射而出的气流吹向熔化成型平台的上方空间，及时吹走位于熔化成型平台的上方空间的烟尘，避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。因此，本发明的3D打印机烟尘吹扫系统既能避免烟尘附着到保护镜的表面，又能避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。
附图说明
图1显示为本发明的3D打印机烟尘吹扫系统的立体图；
图2显示为本发明的3D打印机烟尘吹扫系统的第一剖视图；
图3显示为本发明的3D打印机烟尘吹扫系统的第二剖视图；
图4显示为图3中C部分的放大图；
图5显示为图3中D部分的放大图；
图6显示为扩散匀流器的立体图；
图7显示为扩散匀流器的侧视图；
图8显示为沿图7中A-A线的剖视图；
图9显示为沿图7中B-B线的剖视图。
元件标号说明
1 成型仓
11 仓体
12 保护镜
13 吹扫风口
14 第一匀风板
141 第一吹扫孔
15 第二匀风板
151 第二吹扫孔
16 熔化成型平台
2 送风系统
21 供气管
22 气流分配器
221 主流管
222 支流管
23 扩散匀流器
231 扩散管
232 分流板
233 流道
234 气密法兰
235 对接口
236 加强筋
24 过渡衔接管
3 气流净化器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1、图2以及图3所示，本发明提供一种3D打印机烟尘吹扫系统，包括：
成型仓1，成型仓1包括仓体11，仓体11的顶壁处设有允许激光透过的保护镜12，仓体11的底壁处设有熔化成型平台16，仓体11的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口13，位于上方的吹扫风口13的吹扫方向对齐于保护镜12的出光处，位于下方的吹扫风口13的吹扫方向对齐于熔化成型平台16的上方空间；
送风系统2，送风系统2包括供气管21以及气流分配器22，供气管21延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，气流分配器22包括主流管221，主流管221延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，主流管221的进气端连通于供气管21的出气端，主流管221的出气端分叉并延伸出两个支流管222，两个支流管222与两个吹扫风口13一一对应，并且每个支流管222通过一个扩散匀流器23密封连通于对应的吹扫风口13。
由于3D打印机内的熔化成型平台16在激光熔化粉末过程中会产生烟尘和飞溅颗粒，一方面，为了保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量，需要将熔化成型平台16的上方空间内的烟尘及时吹走，进而保证在激光扫描路径上无遮挡，从而避免损耗激光能量；另一方面，由于大量的烟尘很难全部被及时吸走，致使一部分烟尘会飘至保护镜12的出光处，造成保护镜12的污染；而附着于保护镜12表面的烟尘会吸收掉一部分激光的能量，造成保护镜12因温度过高而烧损，同时造成激光能量的衰减。
基于上述两个方面的原因，在上述3D打印机烟尘吹扫系统中，仓体11的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口13，位于上方的吹扫风口13的吹扫方向对齐于保护镜12的出光处，位于下方的吹扫风口13的吹扫方向对齐于熔化成型平台16的上方空间；气流分配器22包括主流管221，主流管221的进气端连通于供气管21的出气端，主流管221的出气端分叉并延伸出两个支流管222，两个支流管222与两个吹扫风口13一一对应，并且每个支流管222通过一个扩散匀流器23密封连通于对应的吹扫风口13。如此设置，在3D打印机运行过程中，首先，供气管21内的气流在流经主流管221之后分成两股气流对应流入两个支流管222内；接着，气流在扩散匀流器23的扩散分配作用下流至吹扫风口13；最后，由位于上方的吹扫风口13均匀喷射而出的气流吹向保护镜12的出光处，避免烟尘附着到保护镜12的表面；由位于下方的吹扫风口13均匀喷射而出的气流吹向熔化成型平台16的上方空间，及时吹走位于熔化成型平台16的上方空间的烟尘，避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。因此，本发明的3D打印机烟尘吹扫系统既能避免烟尘附着到保护镜12的表面，又能避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。
上述供气管21可以是波纹管，这样便于连接气源和气流分配器22。作为上述气流分配器22的一种实施例：主流管221横向弯曲延伸并且呈U型，主流管221的进气端和出气端均背向于仓体11；两个支流管222竖向弯曲延伸并且上下对称布置，这样能够使气流分配器22的占用空间更小。
如图6、图7、图8以及图9所示，为了在保护镜12的出光处或熔化成型平台16的上方空间形成均匀的吹扫风场，上述扩散匀流器23包括扩散管231，扩散管231的通流截面积沿气流方向逐渐变大，扩散管231内设有呈扇形辐射状分布的多个分流板232以将扩散管231的内腔划分成多个流道233，扩散管231的大口端具有与仓体11连接的气密法兰234，扩散管231的小口端具有与支流管222连接的对接口235。
进一步的，上述吹扫风口13呈长条状并且水平延伸，上述扩散管231的大口端呈扁口状并且与吹扫风口13相适配。如此设置，能够更加有效避免烟尘附着到保护镜12的表面并且避免激光能量的损失。
为了提高上述扩散匀流器23的刚强度，上述扩散管231和气密法兰234之间设有加强筋236。
为了保证供气管21内的气流的纯净度，上述3D打印机烟尘吹扫系统还包括气流净化器3，气流净化器3具有进气口和出气口，气流净化器3的出气口连通于供气管21的进气端。
进一步的，上述气流净化器3包括风机，风机与供气管21管路连通。风机的转速与气体的流速相关。
为了便于连接上述供气管21和主流管221，上述供气管21和主流管221之间设有过渡衔接管24。
如图3所示，为了使上述吹扫风场更加均匀，上述仓体11上还设有第一匀风板14和第二匀风板15，第一匀风板14设置在位于上方的吹扫风口13上，第二匀风板15设置在位于下方的吹扫风口14上。
如图4和图5所示，进一步的，由于只吹扫上述保护镜12的出光处，上述第一匀风板14具有第一吹扫孔141，第一吹扫孔141呈长条状并且水平延伸；由于需要吹扫上述熔化成型平台16的上方空间，上述第二匀风板15具有第二吹扫孔151，第二吹扫孔151呈圆形并且均匀分布。
为了使流向两个吹扫风口13的气体流量不同，两个上述支流管222的流通截面积不同。
本发明的3D打印机烟尘吹扫系统还包括烟尘吸排装置，烟尘吸排装置用于吸取仓体11内的带有烟尘的气体并且将带有烟尘的气体排放至仓体11外或者回流至上述气流净化器3。
综上所述，本发明的3D打印机烟尘吹扫系统既能避免烟尘附着到保护镜12的表面，又能避免激光能量的损失，充分保证3D打印过程的稳定性和成型产品的打印质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于，包括：
成型仓(1)，成型仓(1)包括仓体(11)，仓体(11)的顶壁处设有允许激光透过的保护镜(12)，仓体(11)的底壁处设有熔化成型平台(16)，仓体(11)的侧壁处设有上下分布的两个吹扫风口(13)，位于上方的吹扫风口(13)的吹扫方向对齐于保护镜(12)的出光处，位于下方的吹扫风口(13)的吹扫方向对齐于熔化成型平台(16)的上方空间；
送风系统(2)，送风系统(2)包括供气管(21)以及气流分配器(22)，供气管(21)延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，气流分配器(22)包括主流管(221)，主流管(221)延伸方向上的两端分别为进气端和出气端，主流管(221)的进气端连通于供气管(21)的出气端，主流管(221)的出气端分叉并延伸出两个支流管(222)，两个支流管(222)与两个吹扫风口(13)一一对应，并且每个支流管(222)通过一个扩散匀流器(23)密封连通于对应的吹扫风口(13)。
2.根据权利要求1所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述扩散匀流器(23)包括扩散管(231)，扩散管(231)的通流截面积沿气流方向逐渐变大，扩散管(231)内设有呈扇形辐射状分布的多个分流板(232)以将扩散管(231)的内腔划分成多个流道(233)，扩散管(231)的大口端具有与仓体(11)连接的气密法兰(234)，扩散管(231)的小口端具有与支流管(222)连接的对接口(235)。
3.根据权利要求2所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述吹扫风口(13)呈长条状并且水平延伸，所述扩散管(231)的大口端呈扁口状并且与吹扫风口(13)相适配。
4.根据权利要求2所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述扩散管(231)和气密法兰(234)之间设有加强筋(236)。
5.根据权利要求1所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述3D打印机烟尘吹扫系统还包括气流净化器(3)，气流净化器(3)具有进气口和出气口，气流净化器(3)的出气口连通于供气管(21)的进气端。
6.根据权利要求5所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述气流净化器(3)包括风机，风机与供气管(21)管路连通。
7.根据权利要求1所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述供气管(21)和主流管(221)之间设有过渡衔接管(24)。
8.根据权利要求1所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述仓体(11)上还设有第一匀风板(14)和第二匀风板(15)，第一匀风板(14)设置在位于上方的吹扫风口(13)上，第二匀风板(15)设置在位于下方的吹扫风口(14)上。
9.根据权利要求8所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：所述第一匀风板(14)具有第一吹扫孔(141)，第一吹扫孔(141)呈长条状并且水平延伸；所述第二匀风板(15)具有第二吹扫孔(151)，第二吹扫孔(151)呈圆形并且均匀分布。
10.根据权利要求1所述的3D打印机烟尘吹扫系统，其特征在于：两个所述支流管(222)的流通截面积不同。
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