CN113059197B - 一种大幅面3d打印成型仓结构 - Google Patents

Abstract

一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓,属于激光选区熔化成型仓结构设计领域。包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙、出气装置、成型台面及成型仓其它防护结构。所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙及第三侧多孔风墙采用连续斜面结构设计，可以使保护气体气流进入时，能使第一主多孔风墙的气流流速最大，最大程度的将成型仓内部成型产生的烟尘通过保护气体的携带排出至出气装置。保护气体通过第二侧多孔风墙和第三侧多孔风墙后，能够相对第一主多孔风墙减小流速，使烟尘最大化排出的同时，又能使成型台面上方气流形成同向前置气流，能够减小烟尘积累问题，防止烟尘对激光镜头的遮盖作用阻碍加工，并且还可以起到良好的散热效果，提高产品的加工质量。

Description

一种大幅面3D打印成型仓结构

技术领域

本发明属于激光选区熔化(SLM)成型仓结构设计领域，特别设计一种可以使大幅面成型仓内部保护气体流场保持流动均匀性的多孔风墙结构设计。对于大幅面的SLM工艺，保护气体形成的流场均匀性对产品质量更加关键，所以保护气体的流动对于金属制品的质量有重要影响。

背景技术

SLM工艺过程中，由于激光加工会产生飞溅及金属蒸发后冷凝，形成大量黑烟，烟尘的产生的可以导致产品球化、孔隙、裂纹、等现象，尤其在大幅面的成型结构中，烟尘对产品质量有严重的影响。为有效去除加工过程中产生的黑烟，同时也为了防止金属高温时被氧化，合理的结构及进出气装置使可以使保护气体在加工面上形成有效流动的保护气体流场。去除烟尘，所以设计高效流动的保护气体流场，其意义和作用不言而喻。

传统的成型仓结构多是设计结构不同的进气装置，通过结构的改变来控制保护气体进入的流场，此种方式应用在小幅面成型仓结构可以满足要求。随着增材制造技术的成熟，成型尺寸逐渐大幅面化，小型的成型仓已经远不能满足人们的要求。在大幅面流场中，保护气体在成型仓中的运动更加难以控制，仅仅通过改变进出气装置结构已经无法满足打印过程中所需要形成的合理有效的保护气体流场，导致打印过程中产生的烟尘不能及时排除，影响成型产品质量。

综上，针对以上缺点，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可以使大幅面成型仓内部保护气体流场保持流动均匀性的多孔风墙结构设计，所述的成型仓结构用于高效去除SLM加工制造时保护气体产生的烟尘，通过三面多孔风墙设计及布局方式，可以使保护气体气流进入时，能使第一主多孔风墙的气流流速最大，能够最大程度的将成型仓内部成型台面产生的烟尘通过保护气体的携带排出至出气装置。保护气体通过第二侧多孔风墙和第三侧多孔风墙后，能够相对第一主多孔风墙减小流速，达到使烟尘最大化排出的同时，又能使成型台面上方气流形成前置同向气流，形成良好的保护气体流场。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述多孔风墙成型仓主要包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙、出气装置及成型台面；

所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙通过一定角度连接；

所述第一主多孔风墙连接第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的角度是一致的，具体连接角度可以根据实际情况在120°-180°之间进行调整。

进一步地，所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小可以调节。

所述第一主多孔风墙的孔径大小和第二侧多孔风墙孔径大小、第三侧多孔风墙的孔径大小的一致性可以根据实际情况调节。

所述第一主多口径风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小的一致性包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致；第一主多孔风墙孔径大小与第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小均不一致，第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致；第一主多孔风墙、第二侧风多孔墙孔径大小一致，第三侧多孔风墙与此两风墙不一致；第一主多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致，第二侧多孔风墙与此两风墙不一致；第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径均不一致。

进一步地，第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的开孔数量在横向和纵向均可以调节。

所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙上开孔数量可以根据实际情况调节。

进一步地，成型仓保护气体进气口在成型仓上方，具体进气位置可以根据成型仓内部空间大小及实际装配方式调节进气位置；

所述保护气体进气位置及方向垂直于成形仓体进入整体成型仓结构，或平行于成型仓体及平行于多孔风墙方向进入成型仓内部，使气流能够通过第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙进入成型仓内部。

进一步地，成型仓的前端类似锥形结构，此前端锥形护板结构对保护气体的流动方向有一定的影响，所以具体设计锥形护板结构可以根据实际情况调节前端锥形护板的角度。

进一步地，成型仓保护气体的出气口在成型仓前端中心位置处，此出气口距离成型仓底部的距离可以根据实际情况进行调整，出气口位置的出气结构长度也可以根据实际情况进行调整，并且出气口的方向也可以根据实际情况调整；

所述成型仓出气口的高度即距离成型仓底端的距离，此距离可以根据实际情况向上或向下进行调整；若出气口结构设计为弯管出气，则直管部分的长度可以根据实际情况进行调整；出气装置的方向可以根据实际管路情况调整，方向可以向前或向上向下等。

进一步地，此多孔风墙成型仓的出气口结构设计为圆管出口或为方形出口或其它形状出口，圆管出口可以直接连接圆形管道，具体可以根据实际设计情况进行调整。

进一步地，所述出气装置可以设置采取一到两个等直径的弯头，具体设置数量可以根据实际情况进行选择。

进一步地，所述出气装置的出气口若采用两个，则需采用对称分布。

进一步地，所述成型台面固定在成型仓底部中心位置,若采用多激光镜头进行增材制造，可以根据激光镜头布置的位置来调整成型台面的大小及位置，适应实际加工情况。图中成型台面的布局位置适用于单激光镜头情况。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明采用新型的一种可以使大幅面成型仓内部保护气体流场保持流动均匀性的多孔风墙成型仓结构设计。在SLM加工制造时，首先保护气体从进气口进入成型仓体，由于惯性大部分保护气体会从进气口顺着仓体结构向成型仓体底部流动。当保护气体到达成型仓体的底部时，由于成型仓壁面的限制，保护气流从第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙进入成型仓主体内部。这样保护气体在从多孔风墙进入成型仓主体之前可以形成从上到下流速逐渐变小的保护气流，然后均匀的通过多孔风墙进入成型仓体。保护气流稳定后，在进气口也会有少部分保护气体直接会从多孔风墙上端的孔径处进入成型仓主体内部，由于只是少部分保护气流在多孔风墙上端进入，所以此部分保护气体流速会小于在多孔风墙底部进入成型仓体保护气体的流速，此处的保护气流流速较小，所以为后续循环气流的汇聚提供了条件。通过第一主多孔风墙的气流能够最先达到出气装置，大部分气流会从沿着出气锥形护板通过出气口流出。由于成型仓壁面的限制，还有一部分保护气体会随着出口锥形护板结构向上流动，在成型仓上层空间形成流速较慢的气流向多孔风墙结构回流的现象，回流后的保护气体能够到达从进气口进入的保护气体处，然后顺着保护气体向成型仓出口处进行流动，从而形成保护气体的循环流动。通过第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的保护气体，相对第一主多孔风墙流速较小，所以能使整个空间气流形成前置同向气流而不至于形成气体回流。当激光发射装置对铺设好的原材料进行烧结熔化，此时会产生大量的烟尘，大部分烟尘会随着从多孔风墙流出的保护气体气流流经至出气口，从出气口处直接排出。另外，少部分烟尘会随着气流随着出口锥形护板向上运动最终可以随保护气体到达汇聚的循环气中，将此少部分烟尘去除。这样就可以有效去除打印过程中产生的大量烟尘，防止烟尘对激光镜头的遮盖作用阻碍加工，并且还可以起到良好的散热效果，提高产品的加工质量。

附图说明

图1为本发明实施例中一种大幅面3D打印成型仓结构的示意图；

图2为本发明一种大幅面3D打印成型仓结构的左视图；

图3为本发明一种大幅面3D打印成型仓结构的主视图。

其中：1-第一主多孔风墙；2-第二侧多孔风墙；3-第三侧多孔风墙；4-出气口；5-成型台面；6-进气口；7-出口锥形护板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案由更完整、准确和深入的理解，并有助于实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提出一种大幅面3D打印成型仓结构，如图1所示，所述的成型仓结构用于高效去除SLM加工制造时保护气体产生的烟尘；所述装置包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙、出气装置、成型台面及成型仓其它防护结构；

所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙采用斜面焊接连接；

所述出气装置与成型仓为焊接连接方式；

所述成型台面固定在成型仓底部中心位置；

基于上述，本发明结构的一种用于大幅面3D打印的成型仓结构，在密封的成型工作仓内，首先保护气体从进气口6进入成型仓体，由于惯性大部分保护气体会从进气口顺着仓体结构向成型仓体底部流动。当保护气体到达成型仓体的底部时，由于成型仓壁面的限制，保护气流从第一主多孔风墙1、第二侧多孔风墙2、第三侧多孔风墙3进入成型仓主体内部。这样保护气体在从多孔风墙进入成型仓主体之前可以形成从上到下流速逐渐变小的保护气流，然后均匀的通过多孔风墙进入成型仓体。保护气流稳定后，在进气口6也会有少部分保护气体直接会从多孔风墙上端的孔径处进入成型仓主体内部，由于只是少部分保护气流在多孔风墙上端进入，所以此部分保护气体流速会小于在多孔风墙底部进入成型仓体保护气体的流速，此处的保护气流流速较小，所以为后续循环气流的汇聚提供了条件。通过第一主多孔风墙1的气流能够最先达到出气装置，大部分气流会从沿着出口锥形护板7至出气口4流出。由于成型仓壁面的限制，还有一部分保护气体会随着出口锥形护板结构7向上流动，在成型仓上层空间形成流速较慢的气流向多孔风墙结构回流的现象，回流后的保护气体能够到达从进气口6进入的保护气体处，然后顺着保护气体向成型仓出口4进行流动，从而形成保护气体的循环流动。通过第二侧多孔风墙2、第三侧多孔风墙3的保护气体，相对第一主多孔风墙1流速较小，所以能使整个空间气流形成前置同向气流而不至于形成气体回流。当激光发射装置对铺设好的原材料进行烧结熔化，此时成型台面5会产生大量的烟尘，大部分烟尘会随着从多孔风墙流出的保护气体气流流经至出口，从出气口4直接排出。另外，少部分烟尘会随着气流随着出口锥形护板7向上运动最终可以随保护气体到达汇聚的循环气中，将此少部分烟尘去除。这样就可以有效去除打印过程中产生的大量烟尘，防止烟尘对激光镜头的遮盖作用阻碍加工，并且还可以起到良好的散热效果，提高产品的加工质量。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受限上述方式的限制，只要是采用了本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明上述构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述多孔风墙成型仓主要包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙、出气装置及成型台面；出气装置由出口锥形护板和出气口组成；

所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙通过一定角度连接；

所述第一主多孔风墙连接第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的角度是一致的，具体连接角度在120°-180°之间进行调整；

成型仓保护气体进气口在成型仓上方，具体进气位置可以根据成型仓内部空间大小及实际装配方式调节进气位置；

保护气体进气位置及方向垂直于成形仓体进入整体成型仓结构，或平行于成型仓体及平行于多孔风墙方向进入成型仓内部，使气流能够通过第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙进入成型仓内部；

成型仓保护气体的出气口在成型仓前端中心位置处；

若出气口结构设计为弯管出气，则直管部分的长度能够调整。

2.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小可以调节；

第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小的一致性包括第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致；第一主多孔风墙孔径大小与第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的孔径大小均不一致，第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致；第一主多孔风墙、第二侧风多孔墙孔径大小一致，第三侧多孔风墙与此两风墙不一致；第一主多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径大小一致，第二侧多孔风墙与此两风墙不一致；第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙孔径均不一致。

3.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，第一主多孔风墙、第二侧多孔风墙、第三侧多孔风墙的开孔数量在横向和纵向均可以调节。

4.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，成型仓的前端类似锥形结构，前端锥形护板的角度能够调节。

5.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，此多孔风墙成型仓的出气口结构设计为圆管出口或为方形出口或其它形状出口，圆管出口可以直接连接圆形管道。

6.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述出气装置设置采取一到两个等直径的弯头。

7.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述出气装置的出气口若采用两个，则需采用对称分布。

8.根据权利要求1所述的一种大幅面3D打印多孔风墙成型仓，其特征在于，所述成型台面固定在成型仓底部中心位置；成型台面，若采用多激光镜头进行增材制造，可以根据激光镜头布置的位置来调整成型台面的大小及位置，适应实际加工情况。

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