CN113020630A - 一种金属3d打印机的透镜保护设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属3D打印机的透镜保护设备，其设置在成型室上并包括鼓风机、底部进气机构、电磁阀、用于对污染气体进行吸入和净化的排气机构和透镜保护机构；透镜保护机构包括依次连通的顶部进气管、透镜保护装置和导向筒；透镜保护装置与透镜连接，顶部进气管设置在成型室的顶板上；底部进气机构和排气机构均设置在成型室的底板上，底部进气机构和排气机构位于成型面的两侧并相对设置；鼓风机的出气端分别与底部进气机构和顶部进气管连接，鼓风机的进气端与排气机构，使得成型室内形成循环气流，实现将透镜成型在成型室内气化形成的污染气体进行净化。本发明可及时把黑烟清除掉，并且能够有效防止透镜不被黑烟污染，从而提高实用性。

Description

一种金属3D打印机的透镜保护设备
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，更具体地说，涉及一种金属3D打印机的透镜保护设备。
背景技术
3D打印技术通过把材料逐层累加在一起制造实体零件，相对于传统制造方法，3D打印技术生产周期短、无需刀具，模具、可以加工出形状复杂的零件。SLM(选择性激光融化)技术利用高能量的激光束照射金属粉末使其快速融化并冷却凝固成型，加工出的零件致密性接近100％，金属3D打印技术已经在汽车、航空航天、医疗、军工等领域有了广泛的应用。
金属3D打印机在工作时，激光扫描金属粉末，金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素燃烧、气化会生成黑烟。若粉末的长期反复使用则会产生更多的黑烟。黑烟存在一个很严重的后果是对透镜产生污染，特别是低速扫描的时候，激光能量输入大，产生的黑烟量也大，长时间以后透镜上粘附上大量的黑烟，导致激光透过镜片时功率衰减严重，镜片很快发热、发烫甚至爆裂，黑烟对透镜的污染还会导致激光入射到粉末时的功率不足，粉末融化不充分。黑烟的另一个危害是：部分黑烟飘落到未加工的金属粉末表面，与粉末混合在一起，使粉末被污染，影响激光加工过程。
为了保证透镜的正常使用，目前的金属3D打印机每隔一段时间就要对透镜进行手工清理掉上面吸附的黑烟，来回拆装过程十分繁琐，耗费人力物力，并且若长时间忘记清理透镜，可能引发透镜炸裂等严重的后果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种金属3D打印机的透镜保护设备；该透镜保护设备可及时把工作产生的黑烟清除掉，并且能够有效防止透镜不被黑烟污染，从而提高实用性。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：设置在成型室上，该成型室的顶板设置有透镜，透镜下方的成型室的底板作为透镜的成型面；该透镜保护设备包括鼓风机、底部进气机构、用于分别控制通氩气和排气的电磁阀、用于对污染气体进行吸入和净化的排气机构和透镜保护机构；所述透镜保护机构包括依次连通的顶部进气管、透镜保护装置和导向筒；所述透镜保护装置与透镜连接，顶部进气管设置在成型室的顶板上；所述底部进气机构和排气机构均设置在成型室的底板上，底部进气机构和排气机构位于成型面的两侧并相对设置；
所述电磁阀设置在成型室的顶板上，并分布在两端；控制通氩气的电磁阀与外部氩气产生装置连接，控制排气的电磁阀与外部排气管连接；
所述鼓风机的出气端分别与底部进气机构和顶部进气管连接，鼓风机的进气端与排气机构，使得成型室内形成循环气流，实现将透镜成型在成型室内气化形成的污染气体进行净化。
在上述方案中，在鼓风机的作用下，透镜成型在成型室内气化形成的污染气体(黑烟)可通过底部进气机构吹进并被吸入至排气机构进行净化，再通过鼓风机进入成型室。一部分污染气体(黑烟)没有被底部进气机构吹进排气机构的，会被顶部进气管的气流通过导向筒向下流出，这样污染气体(黑烟)便会被下压的气流吹走，从而保护透镜不被污染。该透镜保护设备可及时把黑烟清除掉，并且能够有效防止透镜不被黑烟污染，从而提高实用性。另外，
所述底部进气机构与成型室的底板可调节连接，底部进气机构包括依次连通的吹气罩、进气导管和底部进气管；所述进气导管和底部进气管均设置在成型室的底板上，底部进气管与鼓风机的出气端连接；所述吹气罩位于成型室内并与排气机构相对。
所述底部进气机构与成型室的底板可调节连接是指：所述底部进气机构还包括螺杆和螺母；所述吹气罩的两侧设置有滑动座，螺杆穿过滑动座后拧入成型室的底板，通过调节滑动座和螺杆的位置以调节吹气罩的高度，最后通过螺母固定。
所述底部进气机构还包括用于防止气流泄露的橡胶套；所述橡胶套设置在成型室的底板与进气导管之间。
所述吹气罩与排气机构相对的端面设置有若干个气流导向孔。
所述排气机构包括吸气罩和排气管；所述吸气罩设置在成型室的底板上并与排气管连接，吸气罩的内部设置有过滤器；所述排气管与鼓风机的进气端连接。
所述吸气罩与成型室的底板之间设置有密封圈一。
所述吸气罩与底部进气机构相对的端面为凹形状。
所述透镜保护装置包括用于放置透镜的透镜座、用于防止气体在透镜与透镜座之间流入或流出的透镜密封圈、透镜压板和透镜保护罩；所述透镜座固定在成型室的顶板上，透镜压板将透镜压在透镜座上；所述透镜密封圈设置在透镜的上下边缘处；所述透镜保护罩设置在成型室的顶板底部，并与顶部进气管和导向筒连通。
所述透镜保护罩设置有空腔，顶部进气管和导向筒与透镜保护罩的空腔连通；所述导向筒与透镜相对设置；所述透镜保护罩与成型室的顶板连接处设置有密封圈二。
本发明金属3D打印机的透镜保护设备是这样工作的：
在使用过程中，成型室的顶板上的两个电磁阀中，一个电磁阀是用来控制充氩气，另一个电磁阀是用来控制排气。金属3D打印机在工作时，激光扫描金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素，当燃烧时气化会生成黑烟，成型面(成型室的底板上与透镜正对应的圆面)上的黑烟会漂浮起来(黑烟质量很小，打印时底部的热气带动黑烟往上飘)。成型室的空间是密闭的，与外界隔离，在打印过程中不能有氧气，否则打印时金属会被氧化，影响正常打印。
为了排空成型室内的氧气，在打印之前先往成型室内通氩气。同时打开两个电磁阀，一个电磁阀开通往里面通氩气，另外一个往外排气，由于氩气的密度比空气大，通入氩气后会往下流动，所以把两个电磁阀都装在成型室上面且分布在两端，距离较远，可以使成型室内的氧气容易被排空，待含氧量测试仪显示成型室内的氧气浓度低于特定指标后，关闭两电磁阀。
鼓风机的出气端连接底部进气管和顶部进气管，同时往底部进气管与顶部进气管充气，鼓风机的进气端连接排气管，鼓风机从排气管往外吸气，在排气管与鼓风机之间装有过滤器，用来吸收掉被气流带出的黑烟从而净化气体。这样气流从排气管被吸出后被过滤净化，又从鼓风机出气端进入到底部进气管与顶部进气管，从而对氩气进行循环利用。
底部的气流从吹气罩流出，带动成型面上方的黑烟使其被吸入到吸气罩，再从排气管出来被过滤器吸收掉。吹气罩的高度可以调节，观察吹气罩不同位置黑烟被气流带进吸气罩的情况，从而经过试验得出吹气罩的最佳高度，使黑烟被吸收的效果达到最好。
有一小部分黑烟在向上漂浮过程中没有被气流吹进吸气罩，这里往顶部进气管充气，气流经过透镜保护罩，最后从导向筒向下流出，这样黑烟便会被下压的气流吹走，从而保护透镜不被黑烟污染。
本发明透镜保护设备的优点为：
(1)吹气罩的气流导向孔作气流导向，使气流沿着吸气罩的方向吹出，使黑烟更容易被吸走。
(2)吹气罩的高度可调节，只需通过调节螺母即可方便调节，且调节的精度高，通过实验能够确定吹气罩的最佳高度，使黑烟吸收率达到最高。
(3)底部进气机构采用有弹性的橡胶套与进气导管连接，可防止气流从两者之间流入或流出。
(4)吸气罩面向吹气罩的一面设计为凹形，使气流更容易被吸收。
(5)透镜保护机构可以产生下压的气流，阻止黑烟靠近透镜，可以有效的保护透镜不被污染。
(6)该结构与外界的连接处都使用到密封圈，结构的密封性能好。
(7)两电磁阀都位于上面，且距离较远，可以使氩气更容易充满成型室。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明金属3D打印机的透镜保护设备可及时把工作产生的黑烟清除掉，并且能够有效防止透镜不被黑烟污染，从而提高实用性。
附图说明
图1是本发明金属3D打印机的透镜保护设备示意图一；
图2是本发明金属3D打印机的透镜保护设备示意图二；
图3是本发明中底部进气机构的示意图；
图4是本发明中底部进气机构的内部示意图；
图5是本发明中排气机构的内部示意图；
图6是本发明中透镜保护机构的内部示意图；
其中，1为成型室的顶板、2为透镜、3为成型室的底板、4为成型面、5为底部进气机构、5.1为吹气罩、5.2为进气导管、5.3为底部进气管、5.4为螺杆、5.5为螺母、5.6为滑动座、5.7为橡胶套、5.8为气流导向孔、6为排气机构、6.1为吸气罩、6.2为排气管、6.3为密封圈一、7为顶部进气管、8为透镜保护装置、8.1为透镜座、8.2为透镜密封圈、8.3为透镜压板、8.4为透镜保护罩、8.5为密封圈二、9为导向筒、10为电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图6所示，本发明金属3D打印机的透镜保护设备是设置在成型室上的，该成型室的顶板1设置有透镜2，透镜2下方的成型室的底板3作为透镜的成型面4；该透镜保护设备包括鼓风机(未图示)、底部进气机构5、用于分别控制通氩气和排气的电磁阀10、用于对污染气体进行吸入和净化的排气机构6和透镜保护机构，其中，透镜保护机构包括依次连通的顶部进气管7、透镜保护装置8和导向筒9。该透镜保护装置8与透镜2连接，顶部进气管7设置在成型室的顶板1上，底部进气机构5和排气机构6均设置在成型室的底板3上，底部进气机构5和排气机构6位于成型面4的两侧并相对设置。电磁阀10设置在成型室的顶板1上，并分布在两端；控制通氩气的电磁阀10与外部氩气产生装置连接，控制排气的电磁阀10与外部排气管连接。而鼓风机的出气端分别与底部进气机构5和顶部进气管7连接，鼓风机的进气端与排气机构6，使得成型室内形成循环气流，实现将透镜2成型在成型室内气化形成的污染气体进行净化。
具体地说，底部进气机构5与成型室的底板1可调节连接，底部进气机构5包括依次连通的吹气罩5.1、进气导管5.2和底部进气管5.3，其中，进气导管5.2和底部进气管5.3均设置在成型室的底板3上，底部进气管5.3与鼓风机的出气端连接，吹气罩5.1位于成型室内并与排气机构6相对，吹气罩5.1与排气机构6相对的端面设置有若干个气流导向孔5.8。该底部进气机构5还包括螺杆5.4、螺母5.5和用于防止气流泄露的橡胶套5.7，吹气罩5.1的两侧设置有滑动座5.6，螺杆5.4穿过滑动座5.6后拧入成型室的底板3，通过调节滑动座5.6和螺杆5.4的位置以调节吹气罩5.1的高度，最后通过螺母5.5固定。而橡胶套5.7设置在成型室的底板3与进气导管5.2之间。
本发明的排气机构6包括吸气罩6.1和排气管6.2，其中，吸气罩6.1设置在成型室的底板3上并与排气管6.2连接，吸气罩6.1的内部设置有过滤器，排气管6.2与鼓风机的进气端连接。吸气罩6.1与成型室的底板3之间设置有密封圈一6.3，吸气罩6.1与底部进气机构5相对的端面为凹形状。
本发明透镜保护装置8包括用于放置透镜的透镜座8.1、用于防止气体在透镜2与透镜座8.1之间流入或流出的透镜密封圈8.2、透镜压板8.3和透镜保护罩8.4，透镜座8.1固定在成型室的顶板1上，透镜压板8.3将透镜2压在透镜座8.1上，透镜密封圈8.2设置在透镜2的上下边缘处，透镜保护罩8.4设置在成型室的顶板1底部，并与顶部进气管7和导向筒9连通。
该透镜保护罩8.4设置有空腔，顶部进气管7和导向筒9与透镜保护罩8.4的空腔连通，导向筒9与透镜2相对设置，透镜保护罩8.4与成型室的顶板1连接处设置有密封圈二8.5。
本发明金属3D打印机的透镜保护设备是这样工作的：
在使用过程中，成型室的顶板1上的两个电磁阀10中，一个电磁阀10是用来控制充氩气，另一个电磁阀10是用来控制排气。金属3D打印机在工作时，激光扫描金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素，当燃烧时气化会生成黑烟，成型面4(成型室的底板3上与透镜正对应的圆面)上的黑烟会漂浮起来(黑烟质量很小，打印时底部的热气带动黑烟往上飘)。成型室的空间是密闭的，与外界隔离，在打印过程中不能有氧气，否则打印时金属会被氧化，影响正常打印。
为了排空成型室内的氧气，在打印之前先往成型室内通氩气。同时打开两个电磁阀10，一个电磁阀10开通往里面通氩气，另外一个往外排气，由于氩气的密度比空气大，通入氩气后会往下流动，所以把两个电磁阀10都装在成型室上面且分布在两端，距离较远，可以使成型室内的氧气容易被排空，待含氧量测试仪显示成型室内的氧气浓度低于特定指标后，关闭两电磁阀。
鼓风机的出气端连接底部进气管5.3和顶部进气管7，同时往底部进气管5.3与顶部进气管7充气，鼓风机的进气端连接排气管6.2，鼓风机从排气管6.2往外吸气，在排气管6.2与鼓风机之间装有过滤器，用来吸收掉被气流带出的黑烟从而净化气体。这样气流从排气管6.2被吸出后被过滤净化，又从鼓风机出气端进入到底部进气管5.3与顶部进气管7，从而对氩气进行循环利用。
底部的气流从吹气罩5.1流出，带动成型面4上方的黑烟使其被吸入到吸气罩6.1，再从排气管6.2出来被过滤器吸收掉。吹气罩5.1的高度可以调节，观察吹气罩5.1不同位置黑烟被气流带进吸气罩6.1的情况，从而经过试验得出吹气罩5.1的最佳高度，使黑烟被吸收的效果达到最好。
有一小部分黑烟在向上漂浮过程中没有被气流吹进吸气罩6.1，这里往顶部进气管7充气，气流经过透镜保护罩8.4，最后从导向筒9向下流出，这样黑烟便会被下压的气流吹走，从而保护透镜2不被黑烟污染。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：设置在成型室上，该成型室的顶板设置有透镜，透镜下方的成型室的底板作为透镜的成型面；该透镜保护设备包括鼓风机、底部进气机构、用于分别控制通氩气和排气的电磁阀、用于对污染气体进行吸入和净化的排气机构和透镜保护机构；所述透镜保护机构包括依次连通的顶部进气管、透镜保护装置和导向筒；所述透镜保护装置与透镜连接，顶部进气管设置在成型室的顶板上；所述底部进气机构和排气机构均设置在成型室的底板上，底部进气机构和排气机构位于成型面的两侧并相对设置；
所述电磁阀设置在成型室的顶板上，并分布在两端；控制通氩气的电磁阀与外部氩气产生装置连接，控制排气的电磁阀与外部排气管连接；
所述鼓风机的出气端分别与底部进气机构和顶部进气管连接，鼓风机的进气端与排气机构，使得成型室内形成循环气流，实现将透镜成型在成型室内气化形成的污染气体进行净化。
2.根据权利要求1所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述底部进气机构与成型室的底板可调节连接，底部进气机构包括依次连通的吹气罩、进气导管和底部进气管；所述进气导管和底部进气管均设置在成型室的底板上，底部进气管与鼓风机的出气端连接；所述吹气罩位于成型室内并与排气机构相对。
3.根据权利要求2所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述底部进气机构与成型室的底板可调节连接是指：所述底部进气机构还包括螺杆和螺母；所述吹气罩的两侧设置有滑动座，螺杆穿过滑动座后拧入成型室的底板，通过调节滑动座和螺杆的位置以调节吹气罩的高度，最后通过螺母固定。
4.根据权利要求2所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述底部进气机构还包括用于防止气流泄露的橡胶套；所述橡胶套设置在成型室的底板与进气导管之间。
5.根据权利要求2所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述吹气罩与排气机构相对的端面设置有若干个气流导向孔。
6.根据权利要求1所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述排气机构包括吸气罩和排气管；所述吸气罩设置在成型室的底板上并与排气管连接，吸气罩的内部设置有过滤器；所述排气管与鼓风机的进气端连接。
7.根据权利要求6所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述吸气罩与成型室的底板之间设置有密封圈一。
8.据权利要求6所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述吸气罩与底部进气机构相对的端面为凹形状。
9.根据权利要求1所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述透镜保护装置包括用于放置透镜的透镜座、用于防止气体在透镜与透镜座之间流入或流出的透镜密封圈、透镜压板和透镜保护罩；所述透镜座固定在成型室的顶板上，透镜压板将透镜压在透镜座上；所述透镜密封圈设置在透镜的上下边缘处；所述透镜保护罩设置在成型室的顶板底部，并与顶部进气管和导向筒连通。
10.根据权利要求8所述的金属3D打印机的透镜保护设备，其特征在于：所述透镜保护罩设置有空腔，顶部进气管和导向筒与透镜保护罩的空腔连通；所述导向筒与透镜相对设置；所述透镜保护罩与成型室的顶板连接处设置有密封圈二。
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