CN113164839A - 3d打印的过滤器中心管 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器中心管(100)包括多个固化材料层，所述多个固化材料层包括：第一层(102)，所述第一层具有在第一预定方向(106)上延伸的固化材料的第一起伏条(104)；以及第二层(108)，所述第二层具有在第二预定方向(112)上延伸的固化材料的第二起伏条(110)。第一层(102)与第二层(108)接触，并且第一预定方向(106)与第二预定方向(112)不平行，在所述第一层和第二层之间形成多个孔(114)。

Description

3D打印的过滤器中心管
技术领域
本公开涉及用于去除各种流体(例如液压流体、空气过滤、油和燃料等)中的污染物的过滤器和通气器，所述流体用于为土方移动、施工和采矿设备等(例如，汽车、农业、HVAC(加热、通风和空调)、机车、船舶、排气处理或任何其它使用过滤器和通气器的行业)的机构和发动机提供动力。确切地说，本公开涉及使用过滤器中心管制造的过滤器，其提供支承以帮助防止过滤介质塌缩。
背景技术
土方移动、施工和采矿设备等经常使用过滤器和/或通气器，该过滤器或通气器用于去除各种流体(例如液压流体、油和燃料等)中的染污物，所述流体用于为设备的机构和发动机提供动力。随着时间的推移，污染物聚集在流体中，其可能对各种机构(例如，液压汽缸)和发动机的部件有害，使得需要维修。过滤器和/或通气器的目标是去除各种流体中的污染物以延长这些部件的使用寿命。使用过滤器和/或通气器的任何行业也可能需要从液压流体、空气、油和燃料等去除污染物。这些其它行业的实例包括但不限于汽车、农业、HVAC、机车、船舶、排气处理等。
通常用于提供过滤介质的技术包括折叠多孔织物或去除污染物的其它材料。过滤器中心管可用于帮助防止织物塌缩。过滤介质的塌缩可能阻碍过滤器去除污染物的有效性，同时允许足够的流体流通过过滤器以供应设备的各种系统。
过滤器中心管可以占据过滤器内部中的相当大的空间，从而限制流体可以流过过滤器的速率，同时仍保持期望的污染去除水平。也就是说，由于仅提供支承且无过滤功能的中心管，故过滤器的吞吐量可能降低。
发明内容
根据本公开的实施例的过滤器中心管包括多个固化材料层，所述多个固化材料层包括：第一层，所述第一层具有在第一预定方向上延伸的固化材料的第一起伏条；以及第二层，所述第二层具有在第二预定方向上延伸的固化材料的第二起伏条。所述第一层与所述第二层接触，并且所述第一预定方向与所述第二预定方向不平行，在其之间形成多个孔。
根据本公开的另一实施例的过滤器包括壳体，所述壳体包括外壁和内壁。外壁和内壁限定相同的纵向轴线，内壁限定穿过纵向轴线并且垂直于纵向轴线的径向方向，以及与径向方向相切并且垂直于纵向方向的周向方向。内壁与外壁在径向上间隔开，并且本体进一步限定沿着纵向轴线设置的第一端和第二端，以及中空内部。入口与中空内部流体连通，并且出口与中空内部流体连通。过滤器中心管可设置在包括多个层的中空内部中，其中每个层包括固化材料的起伏条。
根据本公开的实施例的用于制造过滤器中心管的方法包括提供过滤器的计算机可读三维模型，该三维模型配置为转换成多个切片，每个切片均限定过滤器中心管的横截面层，以及通过增材制造依次形成过滤器中心管的每一层。
附图说明
并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干实施例，并且与描述一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1是根据本公开的实施例的使用过滤器中心管的过滤器的截面视图，所述过滤器中心管使用3D打印或其它增材制造技术制造。
图2是图1的过滤器中心管的一部分的放大透视图，示出了通过形成材料的起伏条的各层而形成过滤器中心管，所述材料的起伏条的各层沿着Z方向在从一层(X方向)到相邻层(Y方向)的交替方向上起伏。
图3是图2的中心管的侧视图，其示出了可以减小形成于层之间的孔的大小的各层的变形(例如，下垂)。
图4是描绘方法并表示系统的示意图，该方法和系统用于根据本公开的任何实施例生成过滤器中心管和/或过滤介质的三维模型。
图5是示出根据本公开的实施例的产生过滤器中心管和/或过滤介质的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。在某些情况下，在本说明书中将指出附图标记，并且附图将示出后接字母(例如100a，100b)或后接撇号(例如100′，100″)等的附图标记。应当理解，紧跟在附图标记之后使用字母或撇标志是为了指出这些特征具有相似的形状和相似的功能，在几何结构关于对称平面成镜像时通常就是这样。为了便于在本说明书中阐释，字母和撇号通常不包括在本文中，但是可在附图中示出以指示在本书面说明书中论述的具有相似或相同功能或几何形状的特征的重复。
本文中将论述过滤器和/或过滤介质的各种实施例，其利用现有增材制造技术来实施产生可重复过程的方法，所述可重复过程生成可使用效率等级的多孔过滤介质。所述过程的实例包括FFF、FDM、SLA等、3D打印硬件，以及打印头的移动模式的特定控制，使得当材料增加到零件时，产生小间隙以构建多孔结构。此方法利用开源软件，该开源软件基于由用户给予的输入来生成过滤结构。所述方法可以改变打印头的速度和路径、沉积的塑料的流速、冷却方法等。位于下面的结构可能下垂或以其它方式变形，以致产生小尺寸的孔。
例如，材料可以从一层滴到下一层，从而用下一层产生密封。因此在介质中产生两个(或更多个)孔和更细的孔隙度。变形(例如，滴落、下垂等)可由从热喷嘴保留在最新产生的层中的热量和重力产生。因此，先前铺设的层可附接到新的层。垂直于/不平行于分隔合适距离的两个平行层的滴落层可能变形，直到其接触邻近层，从而在每一侧上产生两个(或更多个)较小的孔。实际上，这可产生更细的孔径以用于更细的过滤。所需变形可包括调整温度控制、层高度控制、挤出宽度、填充图案等。
过滤介质的单层的碎屑保持能力通常受到通过介质的流动通路的数目的限制。当流体通过介质时，大于通道的碎屑将不能流过介质并且最终阻挡流动通道或卡在介质中。为了增加过滤器的容量，介质也可以分层和/或交错，使得较大的碎屑可以在比较小的碎屑不同的深度处被阻挡。这导致介质碎屑保持能力增加。原型介质具有均匀的孔结构。这限制了介质的容量，因为由过滤器阻挡的大部分碎屑将发生在被污染的流体最初流过的表面附近。
在本文公开的过滤介质的各种实施例中，可以提供通过增材制造技术制造的介质的一级和/或若干分级介质包内的梯度。介质包可以由从增材制造过程中的输入设置的独特组合形成和合成的离散介质包组成。这些设置选择性地控制介质包中每一级的几何形状。分级制造离散且唯一的介质包允许整个介质包充当一个连续过滤元件，尽管允许如使用过滤器构造中的过滤器或系统中具有串联的多个过滤器那样进行多级过滤。与常规过滤器设计中的过滤器不同，添加额外级不一定导致零件复杂性和成本的显著增加。
因此，被污染的液流将通过经历不同形式的过滤的每一级，以实现某一效率水平。在一些实施例中，层的高度相对于该层保持恒定，并且限定在距刚添加到零件的层的固定距离处(在不同层高度处在所打印的零件的不同高度处打印是为减少打印时间而进行的。)
在一些实施例中，方法在打印层时改变层高，以产生在一个区域中较厚并且在另一区域中较薄的单层。层高相对于介质包中的深度的变化可以产生锥形，该锥形随着液流向下游前进而产生更小的孔径。这可以提高关于深度的效率，并且防止较大的颗粒比该粒度特定的适当深度通过得更远。这可以允许更好地利用介质包占据的体积，并且可以增加碎屑保持能力。锥形也可嵌套，以进一步增加介质包体积的利用率。嵌套的锥形可以是相同的尺寸，使得其可以用作过滤器，或者锥形可具有逐渐更小的规格，这可以关于介质包内的分级提高效率。
本文中论述的过滤器和/或过滤介质可用于去除任何类型的流体中的污染物，包括液压流体、油、燃料等，并且可以用于任何行业，包括土方移动、施工和采矿等。如本文所使用，术语“过滤器”被解释为包括“通气器(breather)”或用于从如本文任何地方所述的流体去除污染物的任何装置。另外，使用过滤器和/或通气器的如本文先前所述的任何合适的行业可以使用本文所论述的任何实施例。
关注图1到图3，将描述根据本公开的实施例的具有过滤器中心管的过滤器。应注意，图1中的过滤器已剖切来示出过滤器的内部工作原理。即使未完全示出，但也应理解，过滤器将是罐型过滤器，并且在实践中将形成中空圆柱形外壳。未具体显示但应理解为存在的过滤器的其它部件包括端盖、顶板等。在一些实施例中，可以省略中心管，因为过滤器可以具有更大的结构整体性，因为过滤器可制造有利用其它增材制造技术3D打印制造的过滤介质。
继续参照图1至图3，根据本公开的实施例的过滤器中心管100可包括多层固化材料，其包括第一层102，所述第一层具有在第一预定方向106上延伸的固化材料的第一起伏条104，以及第二层108，所述第二层具有在第二预定方向112上延伸的固化材料的第二起伏条110。第一层102与第二层108接触，并且第一预定方向106与第二预定方向112不平行，在其之间形成多个孔114。
在一些实施例中，如在图2中最佳所见，第一预定方向106与第二预定方向112垂直或相切(其它空间关系是可能的)。更具体地，固化材料的第一起伏条104具有梯形图案116，并且固化材料的第二起伏条110具有方形图案118。在其它实施例中，其它图案也是可能的。梯形图案116至少部分地限定多个孔114，多个孔各自包括沿第二预定方向112尺寸减小的孔尺寸120。同样地，如图3中最佳所见，过滤器中心管100可以限定第三预定方向122，并且孔尺寸120可以沿着第三预定方向122在尺寸上变化，如当变形发生在层上时(例如，经由下滴、下垂等)。
如本文中早些时候所提及且在图1中最佳所见，过滤器中心管100可包括限定外部环形区域124和内部环形区域126的圆柱形环形构造，并且多个层102、108彼此接触，在其间限定多个孔114。对于其它实施例，中心管100的其它构造如多边形、立方体等是可能的。
现在将参照图1论述根据本公开的实施例的过滤器。过滤器可以是罐式过滤器，但其它实施例中的其它构造和样式也是可能的。过滤器200可包括壳体201，所述壳体包括外壁202和内壁204，其中外壁202和内壁204限定相同的纵向轴线206。内壁204限定穿过纵向轴线206并且与其垂直的径向方向208，以及与径向方向208相切并且垂直于纵向轴线206的周向方向210。可由中心管100形成或与壳体201成一体的内壁204等远离外壁202径向向内间隔开。壳体201可以是或可以不是无缝的。
壳体201可进一步限定沿着纵向轴线206设置的第一端212和第二端214，以及中空内部216。可提供与中空内部216流体连通的一个或多个入口218。类似地，可以提供与中空内部216流体连通的至少一个出口220。对于此实施例，出口220可以围绕纵向轴线206。过滤器中心管100可设置在包括多个层102、108的中空内部216中，其中每个层包括如本文先前提及的固化材料的起伏条104、110。
过滤器中心管100可以包括限定外部环形区域124和内部环形区域126的环形形状。同样，中空内部216可包括与入口218和过滤器中心管100的外部环形区域124流体连通的外部环形室224。此外，过滤器200的中空内部216可包括围绕纵向轴线206同心的中心圆柱形空隙226，其与出口220和过滤器中心管100的内部环形区域126流体连通。过滤器中心管100限定多个孔114，所述多个孔可限定小于200μm的最小尺寸120。
过滤器200可进一步包括沿径向设置于过滤器中心管100与外壁202之间的圆柱形环形构造的过滤介质228。过滤介质228可以包括传统的过滤介质，如具有孔口230的折叠织物。在其它实施例中，过滤介质也使用诸如3D打印的增材制造工艺制造。在这种情况下，过滤器中心管100可以充当次级过滤介质，而外部过滤介质228可以充当初级过滤介质。在这种情况下，与过滤器中心管100的孔114相比，过滤介质228的孔口230可以限定更大大小的尺寸。通过过滤器200的流体流由箭头234标示。在其它实施例中，流体流可以反向。
这些各种配置、空间关系和尺寸可以根据需要或期望变化以与其它实施例中已经具体示出和描述的不同。例如，孔径可以根据需要很大或可以根据需要很小。在各种实施例中，入口和出口的数量和布置也可以根据需要或期望而变化。
如刚刚提到，可以提供多个过滤级，使得较大大小的污染物在第一级由第一过滤介质228过滤掉，更精细的污染物在第二级由第二过滤介质(即，中心管100)过滤掉，以此类推。在各种实施例中可根据需要或所需提供许多过滤状态(一直到包括第n级)。在其它实施例中，第一过滤介质228可配置成去除水，第二过滤介质100可配置成去除碎屑，以此类推。在一些实施例中，第一过滤介质228和第二过滤介质100是可以插入到壳体201中的单独部件。在这种情况下，过滤器200的壳体与第一过滤介质228和第二过滤介质100分离。在其它实施例中，第一过滤介质228和第二过滤介质100与壳体201一体并且彼此一体，经由增材制造工艺与壳体201同时构建。
还应注意，如本文所述的过滤介质的各种实施例可通过从过滤介质反冲洗所捕获的碎屑或其它污染物来重新使用。
在图1中，提供了笛卡尔坐标系，其示出第一预定方向106可以经过X方向，第二方向112可以是Y方向，并且第三方向122可以是Z方向。对于包括极性、球形等的其它实施例，其它坐标系和方向可能是可能的。
本文中针对过滤介质或过滤器、过滤器中心管或过滤器或相关联特征的任何实施例所论述的尺寸或配置中的任一个可根据需要或期望而变化。另外，过滤介质、过滤器中心管或过滤器可以由具有所需结构强度并且与待过滤流体化学相容的任何合适材料制成。例如，可以使用各种塑料，包括但不限于PLA、共聚酯、ABS、PE、尼龙、PU等。
工业适用性
实际上，根据本文描述的任何实施例的过滤介质、过滤器中心管或过滤器可以在OEM(原始设备制造商)或售后市场(例如，替换零件)中出售、购买、制造或以其它方式获得。
参照图4和图5，所公开的过滤器介质、过滤器中心管和过滤器可以使用诸如铸造或模制的常规技术来制造。备选地，可以使用大体称为增材制造或增材制作的其它技术来制造所公开的过滤介质、过滤器中心管和过滤器。
已知的增材制造/加工过程包括例如3D打印等的技术。3D打印是其中材料可以在计算机的控制下以连续层沉积的过程。该计算机控制增材制造设备以根据三维模型(例如，诸如AMF或STL文件的数字文件)沉积连续层，该三维模型配置为转换为多个切片，例如基本上为二维切片，它们各自限定了过滤器、过滤器中心管或过滤介质的横截面层，以便制造或制作过滤器、过滤器中心管或过滤介质。在一种情况下，所公开的过滤器、过滤器中心管或过滤介质将是原始部件，并且3D打印过程将用于制造过滤器、过滤器中心管或过滤介质。在其它情况下，3D工艺可用于复制现有过滤器、过滤器中心管或过滤介质，并且复制的过滤器、过滤器中心管或过滤介质可作为售后零件出售。这些复制的售后过滤器、过滤器中心管或过滤介质可以是原始过滤器、过滤器中心管或过滤介质的精确拷贝，或仅在非关键方面不同的伪拷贝。
参照图4，用于表示根据本文中公开的任何实施例的过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的三维模型1001可以是计算机可读存储介质1002，例如磁性存储装置，包括软盘、硬盘或磁带；半导体存储装置，如固态磁盘(SSD)或闪存；光盘存储装置；磁光盘存储装置；或任何其它类型的物理存储器，或其上可以存储可由至少一个处理器读取的信息或数据的非暂时性介质。此存储介质可与可商购获得的3D打印机1006结合使用以制造或制作过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228。备选地，三维模型可以以串流方式电子地传输到3D打印机1006，而不永久地存储在3D打印机1006的位置处。在任一情况下，三维模型构成过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的数字表示，适合用于制造过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228。
三维模型可以多种已知方式形成。一般来说，通过将表示过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的数据1003输入到计算机或处理器1004(如基于云的软件操作系统)来创建三维模型。然后，数据可以用作表示物理过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的三维模型。三维模型旨在适用于制造过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的目的。在示例性实施例中，三维模型适合于通过增材制造技术制造过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的目的。
在图4所描绘的一个实施例中，可以用3D扫描器1005来实现数据的输入。所述方法可以涉及经由接触和数据接收装置接触过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228，以及从接触接收数据以便生成三维模型。例如，3D扫描器1005可以是接触式扫描器。扫描的数据可以导入3D建模软件程序中以制备数字数据集。在一个实施例中，接触可以通过使用测量过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的物理结构的坐标测量机经由直接物理接触而发生，所述物理接触通过使探针与过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的表面接触，以便生成三维模型。
在其它实施例中，3D扫描器1005可以是非接触类型的扫描器，并且所述方法可以包括将投影能量(例如，光或超声波)引导到待被复制的过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228上并接收反射的能量。根据这种反射的能量，计算机将生成计算机可读三维模型，以用于制造过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228。在各种实施例中，多个2D图像可用于创建三维模型。例如，3D物体的2D切片可以组合以产生三维模型。代替3D扫描器，数据的输入可使用计算机辅助设计(CAD)软件完成。在这种情况下，三维模型可以通过使用CAD软件生成所公开的过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的虚拟3D模型来形成。将从CAD虚拟3D模型生成三维模型，以便制造过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228。
用于产生所公开的过滤器中心管100、过滤器200或过滤介质100、228的增材制造过程可以涉及如本文前面所述的材料。在一些实施例中，可以执行额外过程以产生成品。此类额外过程例如在采用金属材料时可包括例如清洗、硬化、热处理、材料去除和抛光中的一种或多种。作为这些已指出的过程的补充或代替，还可以执行完成成品所需的其它过程。
关注图5，根据本文中公开的任何实施例的用于制造过滤器中心管或过滤介质的方法600可包括提供过滤器中心管或过滤介质的计算机可读三维模型，所述三维模型配置成转换成多个切片，每个切片各自限定过滤器中心管或过滤介质的横截面层(方框602)；以及通过增材制造依次形成过滤器中心管或过滤介质的每一层(方框604)。通过增材制造依次形成过滤器中心管或过滤介质的每一层可包括构建多个层，其中所述多个层中的至少一个包括在第一预定方向上延伸的材料的第一起伏条(方框606)。
另外，所述方法可包括形成多个层中的第二层，所述第二层包含在第二预定方向上延伸的材料的第二起伏条，所述第二预定方向与第一预定方向不同(方框608)。此外，所述方法可包括改变以下变量中的至少一个以产生所需孔的最小尺寸：打印头的速度和/或路径、塑料的流速、塑料的类型、塑料的冷却速率，以及起伏材料的图案或构造以产生层变形(方框610)。过滤器中心管或过滤介质可以从底部朝顶部构建。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本文中讨论的设备和组装方法的实施例进行各种修改和变化。考虑到本文中公开的各种实施例的说明和实施，本公开的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，一些设备可以被构造并且不同于本文中所述起作用，并且任何方法的某些步骤可以被省略，按照与具体提到的不同的顺序被执行或者在一些情况下同时或在子步骤中被执行。此外，可以对各种实施例的某些方面或特征进行变化或修改以产生另外的实施例，并且各种实施例的特征和方面可以补充或替代其它实施例的其它特征或方面以便提供另外的实施例。
因此，说明书和示例旨在认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由下面的权利要求及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种过滤器中心管(100)，包括：
多个固化材料层(102、108)，所述多个固化材料层包括
第一层(102)，所述第一层具有在第一预定方向(106)上延伸的固化材料的第一起伏条(104)；以及
第二层(108)，所述第二层具有在第二预定方向(112)上延伸的固化材料的第二起伏条(110)；
其中所述第一层(102)与所述第二层(108)接触，并且所述第一预定方向(106)与所述第二预定方向(112)不平行，在所述第一层与所述第二层之间形成多个孔(114)。
2.根据权利要求1所述的过滤器中心管(100)，其中所述第一预定方向(106)与所述第二预定方向(112)垂直或相切。
3.根据权利要求2所述的过滤器中心管(100)，其中固化材料的所述第一起伏条(104)具有梯形图案(116)，并且固化材料的所述第二起伏条(110)具有方形图案(118)。
4.根据权利要求3所述的过滤器中心管(100)，其中所述梯形图案(116)至少部分地限定多个孔(114)，每个孔包括沿着所述第二预定方向(112)尺寸减小的孔尺寸(120)。
5.根据权利要求2所述的过滤器中心管(100)，其中所述过滤器中心管(100)包括限定外部环形区域(124)和内部环形区域(126)的圆柱形环形构造，并且所述多个层(102、108)彼此接触，在所述层之间限定多个孔(114)。
6.根据权利要求4所述的过滤器中心管(100)，其中所述过滤器中心管(100)限定第三预定方向(122)，并且所述孔尺寸(120)沿着所述第三预定方向(122)尺寸变化。
7.一种过滤器(200)，包括：
壳体(201)，所述壳体包括外壁(202)和内壁(204)，其中所述外壁(202)和所述内壁(204)限定相同的纵向轴线(206)，所述内壁(204)限定径向方向(208)，所述径向方向穿过所述纵向轴线(206)并且垂直于所述纵向轴线，以及与所述径向方向(208)相切并且垂直于所述纵向轴线(206)的周向方向(210)，并且所述内壁(204)远离所述外壁(202)径向间隔开，所述壳体(201)进一步限定沿着所述纵向轴线(206)设置的第一端(212)和第二端(214)，以及中空内部(216)；
入口(218)，所述入口与所述中空内部(216)流体连通；
出口(220)，所述出口与所述中空内部(216)流体连通；以及
过滤器中心管(100)，所述过滤器中心管设置在所述中空内部(216)中，包括多个层(102、108)，其中每个层(102、108)包括固化材料的起伏条(104、110)。
8.根据权利要求7所述的过滤器(200)，其中所述过滤器中心管(100)包括限定外部环形区域(124)和内部环形区域(126)的环形形状，并且所述中空内部(216)包括与所述入口(216)和所述过滤器中心管(100)的外部环形区域(124)流体连通的外部环形室(224)，以及围绕所述纵向轴线(206)同心的中心圆柱形空隙(226)，所述中心圆柱形空隙与所述出口(220)和所述过滤器中心管(100)的内部环形区域(126)流体连通。
9.根据权利要求7所述的过滤器(200)，其中所述过滤器中心管限定多个孔(114)，所述多个孔限定小于200μm的最小尺寸(120)。
10.根据权利要求9所述的过滤器(200)，进一步包括沿径向设置在所述过滤器中心管(100)与所述外壁(202)之间的圆柱形环形构造的过滤介质(228)，并且所述过滤介质(228)包括具有孔口(230)的折叠织物。
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